توصیه های شماره (۳) کارگروه تخصصی آموزش عالی الکترونیکی در مورد راهکارهای اجرای دروس عملی و کارگاهی

توصیه های کارگروه در مورد راهکارهای اجرای دروس عملی و کارگاهی دانشگاهها و مراکز آموزش عالی با کمک بستر آموزشهای الکترونیکی در شرایط خاص حاضر جهت جلو گیری از وقفه جدی در برنامه های آموزشی دانشجویان (کارگروه آموزش عالی الکترونیکی شورای گسترش وزارت عتف- ۱۴/۴/۱۳۹۹)
(اعضای کارگروه اموزش الکترونیکی وزارت علوم:اقای دکتر کاهانی ( دانشگاه فردوسی مشهد)، اقای دکتر فاطمی( دانشگاه تهران)، اقای دکتر سراجی( دانشگاه همدان)، اقای دکتر ناظمی (دانشگاه شهید بهشتی)، خانم دکتر خطیب زنجانی( دانشگاه پیام نور مرکزی)، اقای دکتر زاهدی ( دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی) آقای دکتر صفوی( دانشگاه شیراز)

 

مقـدمه

“آموزش و تحقیق” در جهان علمی بر دانش گسترده بنیادی ، تئوری و مهارت ها تاکید می کند. از طرفی تحولات ناشی از دنیای دیجیتال در سالهای اخیر شیوه نگاهها و تمام ابعاد آموزش، یادگیری، پژوهش و مهارت آموزی را متحول کرده است و این تغییرات با سرعتی بسیار بیشتر از گذشته در حال افزایش است. از سوی دیگر اهمیتی که آموزشهای مبتنی بر فناوری در راستای آموزشها و پژوهش های عملی و مهارتهای مبتنی بر فضای مجازی دارند، کمتر شناخته شده هستند. در عین حال بخش بزرگی از نیاز های پیشرفته جهت پژوهش و تولید علم دانشگاهی و توسعه و تحقیق در صنعت را این ابعاد لازم است پوشش دهند. از چند دهه قبل بحث ورود تحولات دیجیتال به ابزار های آزمایشگاهی شروع گردید و علاوه بر بحث یادگیری الکترونیکی ( یا مجازی)، مفاهیمی چون ابزار دقیق مجازی، آزمایشگاههای مجازی و از راه دور و اکنون نیز بحث دو قلو های دیجیتال در قالب انقلاب چهارم صنعتی مطرح شده است.
در شرایط فوق العاده ای که در نتیجه همه گیری ویروس کرونا (کووید-۱۹) برای نظام های آموزش عالی رقم خورد، تردیدهایی در ابتدا درباره ظرفیت آموزش الکترونیکی برای دروس نظری مطرح شد که امروزه هر روز کم رنگ تر می شود. این تردید بدلیل عدم شناخت و نیز پیچیدگی بیشتر برای دروس عملی بسیار جدی تر مطرح بوده است و هم اکنون نیز مورد سوال بسیاری از دانشگاهیان است. گرچه در مورد دروس عملی نمی شود با قاطعیت مشابه دروس نظری گفت که همه دروس را می توان در بستر آموزش الکترونیکی اجرا کرد، ولی با جرات می توان گفت که حتی با فناوریهای و دانش همین امروز هم اغلب دروس عملی و کارگاهی را می توان با کیفیتی بسیار خوب بر بستر آموزشهای الکترونیکی پیاده کرد. برای آن دسته هم که اکنون امکان پیاده سازی ممکن است نباشد راهکارهای عملیاتی خوبی وجود دارد که در ادامه به آنها پرداخته می شود.

دسته بندی دروس عملی

درس های عملی را به طور کلی می توان در دسته های زیر طبقه بندی کرد:
۱- دروس آزمایشگاهی که نرم افزارهای کامپیوتری هستند مثل برنامه نویسی یا پردازش های پر سرعت با کامپیوتر های خاص
۲- دروس آزمایشگاهی و کارگاهی که کار با تجهیزاتی هستند که یا هم اکنون با کامپیوتر برنامه ریزی و کنترل می شوند یا به سادگی امکان اتصال آنها به کامپیوتر مهیا است مثل کنترل کننده های قابل برنامه ریزی یا میکرو کنترلرها و یا دستگاههای پیشرفته متصل به کامپیوتر
۳- دروس آزمایشگاهی و کارگاهی که صرفا اتصال قطعاتی الکتریکی و مکانیکی است که در نهایت با جریان برق فرمان می گیرند مثل کارگاه برق یا آزمایشگاههای قطعات الکترونیکی و غیره
۴- دروس کارگاهی که نیاز به کار با دستگاهها و تجهیزاتی است که ممکن است هیچ المان اتصال کامپیوتری نداشته باشند مثل تراشکاری، جوشکاری، نجاری، سفال سازی، تعمیر موتور و آزمایشگاه شیمی و غیره
۵- دروس عملی که نیاز به کار کامل بدنی یا حضور در محیط خاص است مثل شنا و وزنه برداری و فوتبال و کالبد شکافی و غیره
۶- دروس عملی میدانی مثل کاشت و برداشت در مزارع و باغات
۷- دروس کارورزی مثل کارآموزی در صنایع و یا حضور در یک جلسه مشاوره
۸- سایر دروس عملی خاص که در دسته بندی های فوق نگنجند.

نحوه مدیریت این دسته بندی ها از دروس متفاوت است. اما در ساده ترین حالت برای همه این دسته بندیها می توان دوره حضور فیزیکی را فشرده و با تعداد ساعات بالاتر در روز و حتی در صورت لزوم با تعداد شرکت کننده کمتر اجرا نمود. به عنوان مثال اگر یک کارگاه برق یا سفال را دانشجو به مدت ده هفته و هر هفته دو ساعت در یک روز هفته اجرا می کرده است، می توان آن دوره عملی را بصورت ۵ روز فشرده با تعداد ساعت بیشتر در روز اجرا کرد و حتی بدلیل حفظ فاصله فیزیکی در چند گروه با تعداد کمتر در تابستان یا فاصله بین دو نیمسال تحصیلی اجرا نمود. این تجربه در نزدیک به دو دهه گذشته در دوره های آموزش الکترونیکی دانشگاههای کشور بخوبی تجربه شده است. در ادامه ما روشهای غیر حضوری برای اغلب دسته بندی های فوق الذکر را بر اساس مدلهای موجود در دنیا و نیز تحولات فناورانه قطعی آینده تشریح می نماییم. در عین حال اگر روش های پیشنهادی زیر در هر موردی مورد پسند نبود یا امکان فنی آن نبود، استفاده از روش فشره فوق الذکر توصیه می گردد.

آزمایشگاه های مبتنی بر وب

محیط مجازی یکی از جالب ترین دستاوردهای تکنولوژی اطلاعات می باشد. ابزار دقیق مجازی (Virtual Instrumentation) به معنای استفاده از محیط های نرم افزاری به جای استفاده از ابزار و وسایل فیزیکی مرسوم جهت اندازه گیری و کنترل متغیرهای مختلف می باشد. با استفاده از فناوری محیط‌های مجازی مهندسین و متخصصین می توانند در وقت و هزینه صرفه جویی کنند. تجهیزات مجازی از طریق فراهم کردن یک مدل جدید ساختاری از پروسه، به تحلیل و تنظیم آنها می‌پردازند.
تمام دسته بندی های ۱-۴ فوق الذکر را می توان به کمک آزمایشگاههای مبتنی بر وب اجرایی نمود. موارد ۵-۸ این دسته بندی را بصورت نمایش فیلم یا بصورت حضوری و فشرده شده می توان عملیاتی نمود. در عین حال جهت درک بهتر این موضوع ابتدا به تشریح بیشتر مفاهیم این آزمایشگاهها می پردازیم.
آزمایشگاه های مبتنی بر وب به دو دسته آزمایشگاه های از راه دور و آزمایشگاه های مجازی تقسیم می شوند.

آزمایشگاه مجازی

آزمایشگاه هایی که بر مبنای نرم افزار و شبیه سازی های آموزشی تشکیل می شوند را آزمایشگاه مجازی می گویند. در این محیط علاوه بر تصاویر و فیلم های دستگاه ها و ابزارهای واقعی، مدلهای شبیه سازی شده دستگاهها و ابزارها در دسترس کاربران قرار می گیرد. استفاده از آزمایشگاه مجازی یکی از اشکال اجرای فناوری اطلاعات و ارتباطات در یادگیری کلاس درس می باشد. پژوهشگران استفاده از آزمایشگاه های مجازی را از جمله راه حل های غلبه بر محدودیت امکانات و زیر ساخت ها به عنوان عناصر پشتیبان در استفاده از فعالیت های عملی می دانند. توسعه شدید فناوری اطلاعات باعث شده است تا طراحی و توسعه محیط آزمایش مجازی به واقعیتی در حال توسعه تبدیل شود و در عمل امکان ساخت انواع آزمایشگاه های مجازی را فراهم آورد.

آزمایشگاه از راه دور

آزمایشگاه های واقعی که از طریق شبکه به کاربر متصل می‌شوند را آزمایشگاه از راه دور گویند، یعنی یک دستگاه از طریق شبکه و از راه دور مورد استفاده قرار می گیرد. این آزمایشگاهها در بسیاری اوقات نه تنها قابلیت رقابت با روشهای سنتی را دارند بلکه امکانات بهتری جهت کار از طریق شبکه و مانیتور کردن داده ها را هم فراهم می کنند. به بیانی دیگر پیشرفت های صورت گرفته در زمینه خدمات اینترنتی امکان مانیتور کردن و کنترل از راه دور یک سیستم را به وجود آورده که این منجر به ایجاد آزمایشگاه های از راه دور متعددی در سراسر دنیا شده است. مزیت ویژه آزمایشگاه‌های از راه دور در مقایسه با آزمایشگاه های مجازی این است که کاربر می‌تواند از طریق اینترنت با حوزه های واقعی ارتباط برقرار کند که این امر برای او واقعی تر و جذاب تر از استفاده از محیط های شبیه سازی شده نرم افزاری است. در آزمایشگاه از راه دور اپراتور می تواند آزمایش را انجام داده و پارامترهای کنترلی آن را تغییر دهد و نتیجه را ببیند و داده‌ها را از طریق شبکه دریافت کند.

مزایای ایجاد آزمایشگاه های مجازی و از راه دور
• انجام آزمایش در هر زمان و از هر مکان
• درک بهتر از انجام آزمایش ها و همراه تدریس تئوری
• صدمه کمتر ابزار و تجهیزات آزمایشگاهی
• صرفه جویی اقتصادی از نظر تعداد دستگاه ها
• گسترش تعداد دانشجو
• همکاری مراکز آموزشی و تحقیقاتی
• همکاری با صنایع

به منظور طراحی و راه اندازی آزمایشگاه های مجازی نیاز به نرم افزارها، ابزار های تحت وب و همچنین محیط های مجازی می باشد؛ این نرم افزارهای اغلب توسط خود دانشگاهها و دانشجویان می تواند نوشته و اجرایی شود. البته از نرم افزارهایی که دیگران قبلا تولید کرده اند و ممکن است دارای دقت و کارایی بیشتری هم باشد می توان استفاده نمود.

در محیط آزمایشگاه مجازی علاوه بر شبیه سازیهای متداول، می توان از فناوری های به روز گسترده ای همچون واقعیت افزوده (Augmented Reality) و واقعیت مجازی (Virtual Reality) هم استفاده نمود. البته استفاده از این ابزارهای به نسبت هزینه بر تر و زمان بر تر هستند اما همانند سایر ابزارهای موحجود روی اینترنت نمونه های رایگان آنها برای برخی موارد یافت می شود. همچنین برخی شرکتهای خارجی تولید کننده این شبیه ساز های اموزشی با توجه به شیوع کرونا و یا حتی بخاطر تحریمهای ظالمانه علیه کشورمان استفاده از آنها را برای ایران رایگان کرده اند.

در شکلهای زیر تصاویری از آزمایشگاههای مجازی و از راه دور موجود دانشگاههای مختلف جهان ارائه می گردد.
همان گونه که از این شکل بخوبی مشاهده می شود تنوع بسیار زیادی در حوزه های عملکردی و ماهیت این آزمایشگاهها وجود دارد.

جهت مشاهده نمونه های بیشتر لطفا به لینک های زیر مراجعه کنید:

https://pages.jh.edu/~virtlab/virtlab.html
http://www.elli.ruhr-uni-bochum.de/virt.html.en

در ادامه به توضیح مختصر در رابطه با هریک این نرم افزارها و فناوری های مفید در طراحی آزمایشگاه های مجازی خواهیم پرداخت.

نمونه فیلم هایی از آزمایشگاههای مجازی و از راه دور در حوزه های مهندسی و علوم و پزشکی در بخش دروس عملی و کارگاهی وب سایت کارگروه آموزش عالی الکترونیکی وزارت عتف قرار دارد. لیست برخی از آنها چنین است:

دروس عملی و کارگاهی:
فیلم آموزشی: سکوی آموزشی پست برق برای مهندسین به صورت واقعیت مجازی (دانلود)
فیلم آموزشی: شبیه سازی آزمایشگاه الکترونیک (دانلود)
فیلم آموزشی: تشریح مجازی (دانلود)
فیلم آموزشی: نمونه مجازی میز آموزش دهنده درس عملی (دانلود)
فیلم آموزشی: واقعیت افزوده در اتاق عمل (دانلود)
فیلم آموزشی: آزمایشگاه مجازی شیمی شماره ۱ (دانلود)
فیلم آموزشی: آزمایشگاه مجازی شیمی شماره ۲ (دانلود)
فیلم آموزشی: معرفی و ارائه نمونه های آزمایش های شبیه سازی شده آزمایشگاه کنترل پیشرفته دانشگاه شیراز (دانلود)

همچنین در وبگاه فوق الذکر مجموعه قابل توجهی از وبینارهای آموزشی در زمینه راهکاری اجرای دروس عملی و کارگاه همراه با مثالهای متعدد بصورت فیلم ضبط شده قرار داده شده است که مشاهده آنها به همگان توصیه می گردد و در ادامه به چند مورد آنها اشاره می شود.

وبینارها:

چکیده ای از کارگاه آموزشی دروس عملی دانشگاه فنی و حرفه ای استان آذربایجان شرقی ۱۳۹۹/۰۲/۱۷ (دانلود)
آموزش الکترونیکی و اجرای دروس آزمایشگاهی و کارگاهی دانشگاه نوشیروانی بابل ۱۳۹۹/۰۲/۲۹ (دانلود)
توضیحات تکمیلی کارگاه آموزشی دانشگاه نوشیروانی بابل ۱۳۹۹/۰۲/۲۹ (دانلود)
کارگاه مجازی چالش های اجرای دروس کارگاهی و طراحی در آموزش الکترونیکی ۱۳۹۹/۰۳/۰۳ (دانلود)

برای آشنایی بیشتر و درک بهتر اکیداً توصیه می‌شود به طور کامل به این کارگاهها مراجعه شود.

ابعاد لازم برای ایجاد آزمایشگاههای مجازی و از راه دور

ایجاد یک آزمایشگاه مجازی و از راه دور نیازمند توجه به مولفه های و تعاملهای متعددی می باشد. در شکل زیر نمونه ای از دسته بندی این ابعاد نشان داده شده است.

جهت مطالعه دقیق تر هر یک از این ابعاد و مولفه های مربوطه می توانید به کتابها و مقالات مرتبط در وبگاه کارگروه مراجعه نمایید.

دروس عملی و کارگاهی:
طـراحی مفهومی و مدلسازی یک آزمایشگاه مجازی (دانلود)
کتاب آموزش الکترونیکی: از ایده تا عمل (خصوصا فصل سوم) (دانلود)
Safavi Talavaki Virtual Lab Conceptual Model (دانلود)
Safavi PLC Remote Lab (دانلود)

باید توجه نمود که ضروری است اعضای هیئت علمی، تکنسین ها، کارشناسان آزمایشگاه و مربیان دروس عملی در فرایند آموزش¬های ضمن خدمت، به این باور برسند که اولاً آموزش الکترونیکی یکی از راه های برگزاری دروس عملی است؛ ثانیاً طراحی و اجرای این دروس به ویژه در مرتبه های نخست اجرایی شدن، به مطالعه؛ مشورت؛ صرف وقت؛ و کوشش زیادی نیازمند است. کارگروه آموزش عالی الکترونیکی، در این زمینه نیز آمادگی خود برای ارایه مشورت به دانشگاه ها و مؤسسات آموزش عالی در پیشبرد هدف های یادگیری با حفظ کیفیت در وضعیت فوق العاده کنونی را اعلام می کند.

امکان ارسال دیدگاه برای این نوشته وجود ندارد.