التدريس من خلال الفصول الافتراضية

Views: 56

كنانة أونلاين: لاشك أن عصرنا الحالي هو عصر العلم والتكنولوجيا بكافة صورها وأنواعها والذي شهدت فيه السنوات الأخيرة ثورة هائلة في مجال الحاسوب واستخداماته في الحياة بشكل عام والتعليم بشكل خاص .

ولقد أصبح التعليم الالكتروني ضرورة تدعمها التطورات الهائلة في مجال الاتصالات وتكنولوجيا المعلومات وتحتمها ما تعانيه النظم الاجتماعية من عثرات(رضا،2010،ص1).


وتعتبر المعامل الافتراضية الركيزة الأساسية في التعليم الالكتروني ،كما أنها من أهم تطبيقاته والتي تخدم بشكل خاص مناهج العلوم بتخصصاتها المختلفة ، وتعد مواد العلوم الطبيعية من أهم المواد التي تحتاج في شرحها وتفسيرها إلي المعمل،لكن المعامل الحقيقية يكتنفها العديد من العوائق والصعوبات التي تتمثل في كثرة أعداد الطلاب وعدم توفر الأجهزة والمواد الكافية لممارسة التجارب المعملية بشكل مناسب (الشهري،2009،ص15).

ويمكن اعتبار المعامل الافتراضية بديلا مناسباً للمعامل الحقيقية يمكن بواسطتها التغلب على كثير من الصعوبات التي تواجهه الطلاب والمعلمين في المعامل الحقيقية .

ولقد جاء اختياري للمعامل الافتراضية كأحد التطبيقات الهامة للخدمات الالكترونية ،لأنها مناسبة لمناهج العلوم ،بل أنها خاصة بها وهذا ما يعطي هذا الموضوع أهمية خاصة لدي معلمي العلوم .

ولقد اهتمت العديد من الدراسات والأبحاث بموضوع المعامل الافتراضية ومنها دراسة( الشهري،2009)ودراسة (رضا ،2010) ودراسة(احمد،2010)ودراسة (بايت وآخرون، 2012 )ودراسة ( دوبليدي وآخرون2011).ولقد أجمعت معظم هذه الدراسات علي أهمية المعامل الافتراضية لمعلمي العلوم والطلاب خصوصا في هذا العصر الذي لم يعد فيه المعمل الحقيقي ملبياً لحاجات المعلمين والطلاب .

ولقد تناولت في هذا البحث عن المعامل الافتراضية مفهومها وتعريفها وعلاقتها بالتعلم الالكتروني والمبادئ التي يعتمد عليها التعلم الافتراضي ، كما استعرضت مكونات المعامل الافتراضية ومميزاتها ،وتم الوقوف على بعض المعوقات والصعوبات التي تواجه المعلمين والطلاب في الاستفادة من هذه التقنية المفيدة .

ولقد قمت بإعداد درس يستخدم فيه هذه التقنية وهو التغذية والسعرات الحرارية ، ولهذا الموضوع برمجية خاصة يمكن لمعلم العلوم وطلابه استخدامها.

كما قمت بإعداد عرض موجز لعدد من الدراسات العربية والأجنبية التي تناولت هذا الموضوع بشيء من الإيجاز، ثم عرضت بشكل تفصيلي احد الدراسات الحديثة والهامة وهي رسالة دكتوراه للباحث علي بن محمد الشهري وموضوعها :

“اثر استخدام المختبرات الافتراضية في إكساب مهارات التجارب المعملية في مقرر الأحياء لطلاب الصف الثالث الثانوي بمدينة جدة”

ولقد استعرضت في هذا البحث فصول هذه الدراسة الخمسة مع التركيز على كيفية استفادة الباحث من تقنية المعامل الافتراضية في بحثه .

وفي نهاية عرض هذه الرسالة تناولت مميزاتها الهامة ، كما تناولت بعض الملاحظات إلي وجدتها بعد قراءة الرسالة ، راجيا من الله تعالي أن يكون هذا الجهد المتواضع خالصاً لوجهه الكريم، وأن ينال استحسان أستاذنا الفاضل الدكتور وجيه المرسي وفقه الله، وصدري رحب لتلقي توجيهاته السديدة والله الموفق .

المعامل الافتراضية virtual lab

مفهوم المعامل الافتراضية :

تحدد (الفارسية ،2009) مفهوم المعمل الافتراضي بالاتي:

هي بيئات تعليم وتعلم إلكترونية افتراضية يتم من خلالها محاكاة مختبرات العلوم الحقيقية وذلك بتطبيق التجارب العملية بشكل افتراضي وتكون متاحة للاستخدام من خلال قرض مدمج أو موقع علي شبكة الانترنت.

تعريف المعمل الافتراضي :

هناك العديد من التعريفات للمعامل الافتراضية ومنها :

ذكر (الراضي ، 1429هـ ،ص3) العديد من التعريفات للمعامل الافتراضية ومنها :

تعريف وود فيلد وآخرون woodfield,etal,2004)) بأنه “عبارة عن بيئة منفتحة يتم من خلالها محاكاة مختبر العلوم الحقيقي والقيام بربط الجانب النظري بالجانب العملي ، ويتم من خلاله تدريس مهارات التفكير ، ويكون لدي الطلاب مطلق الحرية في اتخاذ القرارات بأنفسهم دون أن يترتب على هذا القرار أي أثار سلبية” .

تعريف ميرسر وآخرون Mercer ,et,al,1990)) بأنه عبارة عن “بيئة تفاعلية تهدف إلي إجراء وتنفيذ التجارب بشكل يحاكي التجربة الواقعية فهو بمثابة حقل للتجريب المعملي ويشتمل المعمل الافتراضي على برامج محاكاة خاضعة للمجال الذي يتم محاكاته “

كما يعرفه( زيتون ،2005)بأنه عبارة عن “بيئة تعليم وتعلم افتراضية تستهدف تنمية مهارات العمل المخبري لدي الطلاب وتقع هذه البيئة علي احد المواقع في شبكة الانترنت وينضوي هذا الموقع عادة علي صفحة رئيسية ولها عدد من الروابط أو الإيقونات المتعلقة بالأنشطة المختبرية وإنجازاتها وتقويمها “

الواقع الافتراضي والبيئة الافتراضية :

نظرا للعلاقة الوثيقة بين المعامل الافتراضية ومفهوم الواقع الافتراضي والبيئة الافتراضية يجدر بنا التعرف على كلا المفهومين فيما يلي :

تعريف الواقع الافتراضي :هو عبارة عن بيئة محاكاة حاسوبية ، سواء كانت هذه البيئة تحاكي عالم حقيقي أو عالم خيالي .كما يقصد به بيئة ذات أبعاد ثلاثية يتم إنتاجها بواسطة الحاسب تعمل في الوقت الحقيقي وتستجيب لتصرف المستخدم وتتفاعل معه.(رضا،2010،ص68).

تعريف البيئة الافتراضية : هي بيئة يتم إنتاجها خلال الحاسب الآلي وتمكن المستخدم من التفاعل معها سواء بتفحص ما تحتويه من خلال الإمكانات المتوفرة من خلال التكنولوجيا الحديثة (صوت –صورة ثلاثية الأبعاد –رسومات )لإنتاج مواقف حياتية أو التفاعل مع البيئة من خلال التغير والتعديل . (احمد،2010،ص10).

أنواع المعامل الافتراضية :

هناك نوعان من المعامل الافتراضية وهما :(رضا، 2010،ص66)

المعمل الافتراضي الاستقصائي:ويعرف بأنه “بيئة تعلم افتراضية توفرها برمجيات الحاسب الآلي تتيح للمتعلمين الحرية في تصميم التجارب الكيميائية واختيار أدواتها وابتكار إجراءاتها حتى يتوصلوا إلي النتائج بأنفسهم ، مع إمكانية المحاولة والتكرار بدون التعرض لأدني مخاطرة ، وبأقل جهد وتكلفة ممكنة “.

المعمل الافتراضي التوضيحي :يعرف بأنه “بيئة تعلم افتراضية توفرها برمجيات الحاسب الآلي يزود فيها المتعلمين بنماذج وأمثلة للتجارب الكيمائية التي يمكن لهم محاكاتها بأتباع الخطوات الموضحة وباستخدام الأدوات المحددة حتى يتم التوصل إلى النتائج مع أمكانية تكرار ذلك بدون التعرض لأدني مخاطرة ،وبأقل جهد وتكلفة ممكنة “.

مكونات المعامل الافتراضية :

يمكن تحديد المكونات الرئيسية للمعامل الافتراضية في الأتي (البياتي ،2006):

1-الأجهزة والمعدات المختبرية :

وتتمثل تلك المستلزمات في ربط الأجهزة المتخصصة التي تقوم باستلام البيانات والأوامر وتغيير قيم المدخلات حسب متطلبات التجربة ، كما تقوم هذه الأجهزة بمهمة إرسال البيانات والملاحظات الخاصة بالتجربة .

2-أجهزة الحاسبات الآلية :

وتتمثل في أجهزة حاسوب شخصية متصل بالشبكة المحلية متصل بالشبكة العالمية لكي يستطيع الطالب من خلالها العمل مباشرة في المعمل أو لكي يتمكن من العمل عن بعد .

3-شبكة الاتصالات والأجهزة الخاصة بها :

وتعتبر مثل هذه الأجهزة ضرورية عندما يمارس الطلاب التجارب عن بعد

4-البرامج الخاصة بالمعمل الافتراضي :

وتتمثل في برامج المحاكاة والمصممة من قبل متخصصين في هذا المجال مثل برامج شركة مجد للمعامل الافتراضية في الفيزياء والكيمياء المعتمدة من قبل وزارة التربية والتعليم في المملكة العربية السعودية .

5-برامج المشاركة والإدارة

وهي التي تتعلق بكيفية إدارة المختبر والعاملين على أداء التجارب من قبل الطلاب والباحثين بحيث تقوم هذه البرامج بتسجيل الطلاب في البرنامج المعملي وتحدد أنواع وحقوق الوصول الواجب توفرها لكل مستخدم وتساهم مثل هذه البرامج في ممارسة الطلاب للتجارب التي تناسب مستوياتهم .

بعض الأجهزة الإضافية للمعامل الافتراضية :

بالإضافة للمكونات السابقة للمعامل الافتراضية إلا أن هناك بعض الأجهزة الإضافية التي تساعد الطالب أن يعيش الواقع الافتراضي ومن أمثلة هذه الأجهزة ما يلي(رضا،2010،ص74) نقلاً عن (الشرهان،2001):

1-أجهزة تلبس على الرأس:مثل القناع أو الخوذة التي توضع على الرأس وتكون مزودة بشاشة أو شاشتين لعرض مناظر أحادية أو سماع الأصوات المؤثرة عن طريق رؤية الأجسام بأبعادها الثلاثية .

2- قفازات اللمس :وهي القفازات التي تغطي اليدين وتولد تفاعلاً بين المستخدم والبيئة الافتراضية للإحساس باللمس والشعور بدرجة الحرارة مثلاً.

3-البدلات الكاملة :وهي التي تغطي جسم الإنسان ويقوم الفرد باستخدامها من اجل الشعور بالحركة وتحسس الأجسام السائلة والخشنة .

4-الأجهزة المساعدة ونظام الحاسب الآلي :وهي الأجهزة المرتبطة بالحاسبات مثل عصا التحكم والفارة ولوحة المفاتيح .

مميزات وفوائد المعامل الافتراضية :

للمعامل الافتراضية العديد من المميزات ومنها (الفارسية ،2009):

– يمكن استخدامها في أي مكان أو أي زمان بأقل تكلفة وادني جهد.

– تنمي مهارات التعلم الذاتي لدي الطالب .

– ترفع كفاءة المعلم المهنية من خلال استخدامه لهذه الوسيلة الفعالة في إجراء التجارب

– تحتوي برامج المعامل الافتراضية على كل الأدوات والأجهزة الموجودة في المعامل الحقيقية

وتضيف ( رضا،2010) عدداً من المميزات ومنها الأتي :

– يراعي الفروق الفردية بين الطلاب ويؤدي إلي التأمل والملاحظة والتفكير.

– يستطيع الطالب إن يتلمس الأبعاد المختلفة ومنه الأبعاد الثلاثية (3D).

– تخلق جواً من المتعة والإثارة والتشويق ، ويعتبر عنصرا جاذبا في مدرسة المستقبل .

– يحاكي الأنظمة التي يصعب التواجد بقربها أو بداخلها مثل الانفجاريات والتفاعلات النووية .

– يوفر نفقات إنشاء المعامل الحقيقية .

– يساعد من الاقتراب الشديد من العوالم الصغيرة في مستوي الجسيمات أو الكبيرة مثل الأجرام السماوية .

– يعطي فرصة للطلاب في المحاولة والتكرار في التجارب

كما يضيف (الراضي ،1429هـ) عددا من المميزات ومنها الأتي :

– تقليل وقت التعلم الذي يقضيه الطالب في المعمل التقليدي .

– إمكانية وسهولة متابعة انجاز الطالب وتوجيهه.

– احتواء برامج المعامل الافتراضية على أدوات تساعد على دعم التجربة مثل الرسوم البيانية والرسوم المتحركة .

– تقضي على مشكلة نقص الأجهزة والمعدات وخصوصا الثمينة منها .

– تعطي الفرصة للطلاب لتقييم أنفسهم ذاتياً.

– إجراء التجارب التي يصعب إجراؤها في المختبرات التقليدية نظرا لخطورتها أو تكلفتها المادية المرتفعة .

دور المعلم و الطالب في المعمل الافتراضي :

يتغير دور كل من المعلم والطالب في البيئة والتعليم الافتراضي ويمكن توضيح هذه الأدوار فيما يلي(رضا,2010):

أولا:دور المعلم:

– يتحول المعلم من الحكيم والمحاضر الذي يزود الطلاب بالإجابات إلي الخبير بإثارة النقاش ليرشد ويمد بالمصادر التعليمية .

– يصبح المعلمين مصممين للخبرات التعليمية مع إمداد الطلاب بالدفعة الأولي للعمل وزيادة تشجيعهم على التوجيه الذاتي ، والنظر إلي الموضوعات برؤى متعددة ، وزيادة التنافس بين المعلمين .

– يعد المعلم مركز القوة لبنية التغيرات فهو يتحول من العضو المنزوي في مراقبته الكلية لبيئة التعلم إلي عضو في فريق التعلم مشاركاً في البيئة التعليمية كرفيق للطلاب المتعلمين.

ثانياً:دور الطالب:

– يتحول الطلاب من أوعية لحفظ المعلومات عن ظهر قلب والتعامل مع ادني مستوي للمعرفة إلى واضع الحلول للمشكلات المعقدة التي تبني المعارف.

– ينقح الطلاب أسئلتهم ويبحثوا عن إجابات بأنفسهم ، مع رؤية الموضوعات بمنظورات متعدد وفقا لعملهم في مجموعات .

المبادئ التي يرتكز عليها التعلم الافتراضي :

هناك عددا من المبادئ يرتكز عليها التعلم الافتراضي أشار لها (الشهري ،1430،ص55) نقلاً عن (عوض ،2003) في الأتي :

– مبدأ تفريد التعليم :بما يجعل العملية التعليمية تراعي قدرات الفرد واستعداداته وميوله واتجاهاته وسرعته في التعلم .

– مبدأ ضبط المتعلم لعملية التعلم :حيث يقبل المتعلم علي التعلم بدافع ورغبة ذاتية.

– مبدأ التعليم المستمر: فالتعليم الافتراضي عملية مستمرة مدي حياة المتعلم ، يلبي رغبته في تنمية نفسه مهنيا أو علميا أو ثقافيا .

– مبدأ التعلم الذاتي :القائم على مبدأ أن الفرد المتعلم هو محور العملية التعليمية ، وكلما كان التعلم ذاتيا كلما زاد التحصيل .

– مبدأ ديمقراطية التعلم :حيث يجب أن يحقق التعلم الافتراضي أحقية كل فرد من أفراد المجتمع في التعليم بعيداً عن أي اعتبارات سواء اللون أو الجنس أو الدين أو الوطن .

نماذج من التجارب العالمية في استخدام المعامل الافتراضية :

لاشك أن الدول المتقدمة سبقت الدول العربية كثيراً في تصميم المعامل الافتراضية واستخدامها ففي الولايات المتحدة قد يضم المعمل الافتراضي ( 150) الف طالب يجلسون أمام شاشات الكمبيوتر لإجراء التجارب (رضا،2010).

ولقد جمع (الراضي ،1429هـ)مجموعة من تجارب الدول المتقدمة في استخدام وتفعيل المعامل الافتراضية يمكن ذكرها فيما يلي :

1-جامعة بتسبيرغ في أمريكا :

تم إنشاء معمل افتراضي لتعليم الكيمياء بواسطة أستاذ المادة ديفيد يارون وآخرون( David Yaron,2005)وكان الغرض من المشروع هو تحسين التعليم في الدورات التمهيدية للكيمياء من خلال شبكة الانترنت وتم تصميم موقع لهذا الغرض.

2-جامعة تكساس في أمريكا :

تم إنشاء مشروع معمل الأحياء الدقيقة الافتراضي ، حيث أسست الجامعة معملاً حيويا على الانترنت بواسطة فيكي فريماVicki .Frema والذي تميز بقدرته على استثمار الوقت في تنمية المزارع البكتيرية الذي تأخذه في المعمل الحقيقي بالإضافة إلي تخفيض التكاليف .

3-جامعة تشارلز ستيورات باستراليا:

تم إنشاء معمل للكيمياء يتم فيه التدريس عن بعد ، حيث يقوم الطلاب بإجراء التجارب من خلال المعمل الافتراضي ويتميز شكل هذا المعمل بالأبعاد الثلاثية والمواقع الفعلية لجميع الأجهزة والأدوات المستخدمة كما في الشكل التي :

4- جامعة هانوفر في ألمانيا :

حيث قام مجموعة من الباحثين بتطوير بيئة التصور والمحاكاة في العلوم الطبيعية والهندسية حيث قاموا بصياغة برامج المعامل الافتراضية وجعلها متوافقة مع المناهج ، بالإضافة إلي تطوير معمل افتراضي في مجال الأرصاد الجوية .

5- جامعة جون هوبكنز في أمريكا :

قام فريق العمل في الجامعة بإنشاء هذا المعمل الافتراضي ويتم فيه عرض التجارب ليستفيد منها الطلاب وتشمل مجموعة كبيرة من التجارب الخاصة بالدوائر المنطقية –الحفر لاستخراج البترول –انتقال الحرارة في الأنابيب –تصميم الجسور-انتقال الصوت –توصيل الحرارة .

6-في الولايات المتحدة الأمريكية :

يشير ديلون Dilon,2007))أن هناك 25 ولاية في أمريكا قد طبقت نظام يعتمد على الانترنت كوسيلة تعليمية ، كما أكد مجلس الشمال الأمريكي أن 60 ألف طالب من المدارس العامة قد قاموا بالتسجيل في دورات العلوم الالكترونية المتمثلة في المعامل الافتراضية .

7-المعمل الافتراضي المنتج من قبل شركة كروكودايل كليبز Croco dile Clips:

وهي شركة بريطانية رائدة في مجال البرمجيات تأسست عام 1994 وبرامج هذه الشركة مستخدمة في أكثر من 70% من المدارس البريطانية ، ولقد أنتجت الشركة معامل افتراضية خاصة بالكيمياء والفيزياء والرياضيات .

ومن الجدير بالذكر أن برمجيات هذه الشركة معتمدة من قبل وزارة التربية والتعليم في المملكة العربية السعودية عن طريق الموزع المعتمد لها وهي شركة مجد، ولقد لاقت هذه البرمجيات استحساناً كبيراً لدي عدد كبير من معلمي العلوم.

علاقة المعامل الافتراضية بالتعلم الالكتروني :

لاشك أن المعامل الافتراضية تعتبر أحد التطبيقات الهامة للتعلم الالكتروني الذي تسعي كثير من الدول المتقدمة للاستفادة من الخدمات التي يقدمها للمتعلمين .وتعتبر المعامل الافتراضية وثيقة الصلة بمواد العلوم فهي البديل المناسب للمعامل الحقيقية التي لم تعد في العصر الحاضر ملبية لكثير من احتياجات المتعلمين .

ويجمل (الراضي ، 1429هـ ) علاقة المعامل الافتراضية بالتعلم الالكتروني في الأتي :

– تعتبر المعامل الافتراضية احد بيئات التعلم الالكتروني التي يتم من خلالها محاكاة المختبر الحقيقي المعتاد في وظائفه وأحداثه والتي يقوم الطالب من خلالها بممارسة الأنشطة المعملية التي تحدث عادة في المعمل التقليدي .

– المعامل الافتراضية هي عبارة معامل الكترونية يتم من خلالها استخدام المحاكاة الحاسوبية لتنفيذ التجارب .

– تعتبر مواد العلوم من أكثر المواد الدراسية ارتباطا بالتقنية سواء كان ارتباطاً معرفياً أو من حيث دمج التقنية في نمو الطالب العلمي .

معوقات استخدام المعامل الافتراضية :

يعتبر استخدام المعامل الافتراضية من قبل معلمي العلوم تقدما هائلا في ربط التعليم بالتقنية ووسيلة عصرية تلبي احتياجات الطلاب في هذا العصر ، لكن علي الرغم من ذلك يواجهه معلمي العلوم والطلاب عند استخدام المعامل الافتراضية العديد من العقبات ومنها(رضا ،2010):

– أنها تتطلب أجهزة حاسب آلي ومعدات ذات مواصفات خاصة لتمثيل الظواهر بشكل واضح .

– تصميمها وإنتاجها يحتاج إلي فريق عمل متخصص من خبراء الحاسب الآلي والمناهج وعلم النفس ومن متخصصين في العلوم المختلفة

– أن المختبرات الافتراضية التي تعتمد اللغة العربية نادرة وقليلة جدا .

– نقص التفاعل الحقيقي مع الأجهزة والأدوات والمواد والمعلم والزملاء.

– نقص مهارات بعض الطلاب في استخدام الحاسب الآلي .

– التكلفة الباهظة لتصميم بيئات التعلم الافتراضية .

ويضيف الراضي (1429هـ) عددا من المعوقات ومنها :

– الحاسب الآلي لا يضاهي المعمل الحقيقي في تعلم المهارات المعملية .

– مهارات الاتصال والعمل الجماعي من خلال المحاكاة لن تنافس المهارات الاجتماعية المكتسبة من التجربة الحقيقية .

– من المحتمل انحصار عمل الطلاب في التجارب المبرمجة في برنامج المعمل الافتراضي فقط.

ويري (الشهري، 2009، ص76)أن تطبيق هذه التقنية بالشكل الجيد والمفيد يحتاج بالإضافة إلي المكونات المادية إلي تهيئة الطلاب المستفيدين من التقنية وذلك بالتركيز على التدريس بواسطة الحاسب الآلي بشكل تطبيقي عملي بعيداً عن الجوانب النظرية حيث نجد أن طلابنا لازالوا يدرسون الحاسب الآلي دراسة نظرية .

تحضير درس يتم تطبيقه في المعمل الافتراضي

عنوان الدرس :التغذية والسعرات الحرارية

الأهداف السلوكية :يتوقع من الطلاب بعد نهاية الدرس أن :

– يحدد أنواع الأغذية ذات السعرات الحرارية العالية

– يتعرف على الأغذية الصحية للإنسان .

– يقترح مواصفات الغذاء المناسب للإنسان

– يتعرف علي أهمية ممارسة الأنشطة الرياضية لصحة الإنسان .

الوسائل التعليمية :

برمجية خاصة عن التغذية وقياس السعرات الحرارية

العرض :يتم عرض الدرس عن طريق برمجية خاصة تمثل المعمل الافتراضي وتحتوي البرمجية علي أنواع متعددة من الأغذية يستطيع الطالب تحديده من خلال البرمجية ،كما يستطيع كل طالب إدخال المعلومات الخاصة به من حيث العمر والطول والوزن.ومن ثم يتعرف الطلاب على نتائج إدخال بياناتهم وعند تناول أي نوع من الأطعمة وكذلك السعرات الحرارية التي تحتويها تلك الأطعمة.

ويتم ذلك بمراقبة مباشرة من المعلم ومتابعة للنتائج التي يتوصل إليها الطلاب .

الدكتور/ وجيه المرسي أبولبن

Hits: 36

Comments: 0

Your email address will not be published. Required fields are marked with *