المعامل الافتراضية (مفهوم - المكونات الرئيسية للمعامل الافتراضية- مميزات المعامل الافتراضية - المعوقات التي تحد من استخدام المعامل الافتراضية -دراسات اهتمت بالمعامل الافتراضية)

مفهوم المعامل الافتراضية:

 
   تعد المعامل الافتراضية Virtual Labs أحد تطبيقات ما يسمي بالواقـــــــــــــــع الافتراضيVirtual Reality وهو أحد مستحدثات تكنولوجيا التعليم، والذي يعد بيئة تعليم مصطنعة أو خيالية بديلة عن الواقع الحقيقي وتحاكيه، والمتعلم هنا يعيش في بيئة تخيلية يتفاعل ويشارك ويتعامل معها من خلال حواسه وبمساعدة جهاز الكمبيوتر وبعض الأجهزة المساعدة.

   
  وتعرف المعامل الافتراضية بأنها بيئة منفتحة يتم من خلالها محاكاة مختبر العلوم الحقيقي والقيام بربط الجانب العملي بالجانب النظري، ويتم من خلاله تدريس مهارات التفكير، ويكون لدى الطلاب مطلق الحرية في اتخاذ القرارات بأنفسهم دون أن يكون لذلك أي آثار سلبية (Woodfield,et al.2004)

     كما تعرف بأنها بيئة تعلم وتعليم افتراضية تستهدف تنمية مهارات العمل المخبري لدى الطلاب وتقع هذه البيئة على أحد المواقع في شبكة الانترنت وينضوي هذا الموقع عادة على صفحة رئيسية ولها عدد من الروابط أو الأيقونات (الأدوات) المتعلقة بالأنشطة المختبرية وانجازاتها وتقويمها. حسن زيتون(165:2005).

     ويشير Alexiou,C.& et al.(2008) إلى أن المعامل الافتراضية تمثل أحد المستحدثات التكنولوجية التي ظهرت في الفترة الأخيرة والتي تعد امتدادا لأنظمة المحاكاة الإلكترونية ، فهي تحاكي المعامل الحقيقية ويمكن الحصول منها على نتائج مشابهة لنتائج المعامل الحقيقية.

     كما يعرفها عبد الله المناعي ( 2008) بأنها مختبرات علمية رقمية تحتوى على أجهزة كمبيوتر ذات سرعة وطاقة تخزين وبرمجيات علمية مناسبة ووسائل الاتصال بالشبكة العالمية، تمكن المعلم من القيام بالتجارب العلمية الرقمية وتكرارها ومشاهدة التفاعلات والنتائج بدون التعرض لأدنى مخاطرة وبأقل جهد وتكلفة ممكنة.

     كما تعرف بأنها بيئات تعليم وتعلم الكترونية افتراضية يتم من خلالها محاكاة مختبرات ومعامل العلوم الحقيقية وذلك بتطبيق التجارب العملية بشكل افتراضي يحاكي التطبيق الحقيقي ،وتكون متاحة للاستخدام من خلال الأقراص المدمجة أو من خـــــلال موقع على شبكة الانترنت( أحمد بن صالح الراضي، 2008)

     فالمعامل الافتراضية هي معامل مبرمجة تحاكي المعامل الحقيقية،  ومن خلالها  يتمكن المتعلم من إجراء التجارب المعملية عن بعد لأي عدد ممكن من المرات، كما تعوض غياب الأجهزة المعملية ، كما يمكن تغطية معظم أفكار المقررات بتجارب افتراضية وهو ما يصعب تحقيقه في الواقع نظرا لمحدودية وقت العملي وعدد المعامل.


  المكونات الرئيسية للمعامل الافتراضية:

أشارمهند البياتي ( 2006: 28-32) إلى المكونات الرئيسية للمعامل الافتراضية، وذلك لتشمل ما يلي:

1-   الأجهزة والمعدات المعملية:

تبعا للتجربة المعملية ونوع المختبر فإنه بالإمكان ربط أجهزة متخصصة تقوم باستلام البيانات والأوامر الخاصة بتغيير الأجهزة وإعطاء إشارات التحكم اللازمة، وكذلك تغيير قيم المدخلات حسب متطلبات التجربة، كما تقوم هذه الأجهزة بمهمة إرسال البيانات الخاصة بنتائج التجربة والقراءات المحصلة والملاحظات الخاصة بالتجربة، وقد تتوافر كاميرات في المعامل تساعد على الإلمام بنوعية الأجهزة وكيفية عملها حسب المطيات المدخلة.


2-   أجهزة الحاسب الآلي:

يحتاج الطالب أو الباحث لإجراء التجربة جهاز حاسب شخصي متصل بالشبكة المحلية أو الإنترنت ليستطيع العمل مباشرة في المعمل أو ليتمكن من العمل عن بعد في أي زمان ومكان بالإضافة إلى البرامج الخاصة لتصفح الشبكة إضافة إلى البرامج الخاصة بالمحاكاة.


3- شبكة الاتصالات والأجهزة الخاصة بها:

في حالة إجراء التجارب عن بعد وبما أن ربط جميع المستفيدين مع المختبر يكــــــون عن طريق التراسل الرقمي فيجب أن تربط جميع الأجهزة مع شبكة الحاسوب وأن تكون خطـــــوط الاتصال مأمونة، وأن يتوفر للمستفيد قناة اتصال ذات جودة عالية تمكنه من التواصــــــــل مع المعمل عن طريق الشبكة المحلية أو العالمية حتى يستطيع القيام بجميع التجارب المطلوبة.


4- البرامج الخاصة بالمعمل الافتراضي:

وتنقسم إلى نوعين النوع الأول خاص بتعلـــــــم أداء التجارب وتوفير ما تتطلبه التجربة، والثاني يتضمن برامج المحاكاة والمصممة من قبل المتخصصين في المجال وكيفية استخدامها.


5- برامج المشاركة والإدارة:

وهي التي تتعلق بكيفية إدارة المعمل والعاملين في أداء التجارب من طــلاب وباحثين، حيث تقوم هذه البرامج بتسجيل الطلاب في البرنامج المختبري وتحديد أنواع حقوق الوصــــــــــول الواجب توافرها لكل مستخدم بالمعمل في التجارب المختلفة. 


مميزات المعامل الافتراضية:

وقد حدد المركز القومي للتعليم الإلكتروني (2010)  مميزات استخدام المعامل الافتراضية في:

1- تعوض النقص في الإمكانات المعملية الحقيقية لعدم توفر التمويل الكافي
2- إمكانية إجراء التجارب المعملية التي يصعب تنفيذها في المعامل الحقيقية بسبب خطورتها علي المتعلم مثل تجارب الطاقة النووية أو الكيمياء أوالبيولوجيا الحيوية أو غيرها.
3- إمكانية العرض المرئي للبيانات والظواهر التي لا يمكن عرضها من خلال التجارب الحقيقية.
4- إمكانية تغطية كل أفكار المقرر الدراسي بتجارب عملية تفاعلية وهذا يصعب تحقيقه من خلال المعمل الحقيقي نتيجة لمحدودية الإمكانات والمكان والوقت المتاح للعملي.
5- التزامن بين عملية شرح الأفكا النظرية والتطبيق العملي حيث أن التجارب المعملية الحقيقية مرتبطة بجدول معامل منفصل عن المحاضرات النظرية.
6- إتاحة التجارب المعملية للمتعلمين في كل الأوقات ومن أي مكان
7- إمكانية إجراء التجرية أي عدد ممكن من المرات طبقا لقدرة المتعلم علي الاستيعاب وفي الوقت المناسب له ودون وجود رقيب بشري.
8- سهولة تجريب المعاملات المختلفة ودراسة أثرها علي مخرجات التجرية من خلال لوحات تحكم افتراضية.
9- إمكانية التفاعل والتعاون مع آخرين في إجراء نفس التجرية من بعد.
10- إمكانية توثيق نتائج التجارب إلكترونيا بهدف تحليلها أو معالجتها أو مشاركتها مع الآخرين
11- إمكانية تقييم إداء الطالب إلكترونيا ومتابعة تقدمهم في إجراء التجربة
12- إمكانية شخصنة التجارب المعملية بما يتواءم مع قدرات المتعلم
13- ميكنة تدريس المعامل
14- المرونة في إجراء التجارب
15- دعم الاقتصادات الضعيفة بتوفير المواد المستهلكة مثل الكيماويات والوسائل المعملية ومكونات التجارب
16- إمكانية تنفيذ سيناريوهات ديناميكية للقياس.
17- حماية المتعلم من مخاطر التدريب العملي في بداية مراحل التعلم
18- حماية المنشئات والمرضي وغيرهم من مخاطر الممارسات الخاطئة للمبتدئين
19- الشراكة في بناء وتطوير المعامل الافتراضية يدعم العملية التعليمية ويقلل من كلفتها ويساهم في التعاون وتبادل الأفكار والمساهمة في استخدام الأجهزة باهظة التكلفة.
20- إضافة طابع اللعب الجاد في الممارسة العملية يساهم في جذب اهتمام المتعلمين ويشجع علي اندماجهم في عملية التعلم.
21- إمكانية نقل التجارب ونتائجها لحافظة الوثائق الإلكترونية التعليمية الخاصة بالمتعلم والتي تمثل وسيلة فعالة للتقييم الشامل لأدائه.
22- عدم تأثر المستخدم بنوع البرمجيات أو الأجهزة المستخدمة حيث أن البرامج المستخدمة صالحة لكل النظم
23- تتيح المعامل الافتراضية الفرصة لتعريض المتلعم لمواقف يحرم منها في المعامل الحقيقية نظرا لخطورتها وبالتالي تتكامل معلوماته فيما يتعلق بتلك المواقف
24- سوف يساعد إنتشار المعامل الافتراضية وعولمتها علي ظهور معايير للتجريب العلمي.
25- تحسين أداء الباحثين نتيجة لتوفير وقت الانتقال إلي أماكن تواجد المعامل البحثية.


  المعوقات التي تحد من استخدام المعامل الافتراضية:


ويحدد حسن زيتون( 2005: 165-166) بعض المعوقات التي تحد من استخدام هذه التقنية في:

1.     تتطلب أجهزة حاسب آلي ومعدات ذات مواصفات خاصة وذلك لتمثيل الظواهر المعقدة بشكل واضح.
2.  يحتاج تصميمها وإنتاجها إلى فريق عمل متخصص من المبرمجين والمعلمين وخبراء المناهج وخبراء المادة الدراسية وعلماء النفس.
3.     ندرة المعامل الافتراضية التي تعتمد على اللغة العربية في التعامل معها.
4.     نقص التفاعل الحقيقي مع الأجهزة والأدوات والمواد والمعلم والزملاء.


  دراسات اهتمت بالمعامل الافتراضية:

      هناك العديد من الدراسات العربية والأجنبية التي اهتمت باستخدام المعامل الدراسية في المجالات المختلفة والت أثبتت فاعلية استخدامها وتحقيق الأهداف المحددة، فمن الدراسات العربية دراسة نهير طه حسن (2006)، دراسة إبراهيم أحمد نوار( 02009)، دراسة رانيا عبد الفتاح (2009)، ودراسة علي بن ظافر الكلثمي (2009)، ومن الدراسات الأجنبية دراسة Tracey,A.&Stuckey,M.(2



اجراء تجربة فى معمل افتراضى :