CC BY
0ЭОЖ 556
ВИРТУАЛДЫ ЗЕРТХАНАЛЬЩ Ж¥МЫСТАР: ФИЗИОЛОГИЯ ПЭН1НДЕ ЦОЛДАНЫЛУ МАЗМ¥НЫ ЖЭНЕ ЕРЕКШЕЛ1КТЕР1
ТЕМИРГАЗИНА БАЛЫМ НУРГАЗЫКЫЗЫ
2 курс магистранты Аманжолов атындагы Шыгыс ^азакстан университет^ Эскемен,
^азакстан
Еылыми жетекшi: МАЙМАТАЕВА А.Д. phd -доктор Аманжолов атындагы Шыгыс ^азакстан университетi, Эскемен, ^азакстан
Аннотация: Мацалада PhysioEx 6.0 платформасына баса назар аудара отырып, физиологияны оцытуда виртуалды зертханалыц жумыстарды цолдану царастырылган. Виртуалды зертханалардыц оцу Yдерiсi контекст1ндег1 артыцшылыцтары мен шектеулер1, сондай-ац олардыц практикалыц дагдыларды дамытуга жэне физиологиялыц процестердi тYсiнуге эсерi багаланады. Виртуалды зертханалар нацты элемде орындау циын болатын эксперименттердi имитациялауга мYмкiндiк бередi жэне студенттерге интерактивтi жэне цаутЫз ортада физиологиялыц процестердi зерттеуге мYмкiндiк береди Тыныс алу, газ алмасу процесmерiн, органдар мен дене ЖYйелерiнiц жумысын зерттеу Yшiн мундай платформаларды цолданудыц тшмдыт царастырылады. Жумыста виртуалды зертханалардыц физиологияны терецдетт оцуга жэне студенттердщ сыни ойлауын дамытуга усынатын мYмкiндiкmерiне баса назар аударылады.
Ty^h свздер: виртуалды зертхана, физиология, PhysioEx 6.0, онлайн оцыту, медициналыц бшм беру, тыныс алу, физиологиялыц процесmердi модельдеу, бшм беру технологиялары, инmеракmивmi оцыту.
Виртуалды зертханалык жумыс студенттерге интерактивт жэне каушаз ортада кYPделi физиологиялык процестердi зерттеуге мYмкiндiк беретш физиология пэншщ оку процесше белсендi турде енпз^де [1]. Олар накты жагдайда жYргiзу киын немесе мYмкiн емес эксперименттердi имитациялауга мYмкiндiк беред^ осылайша пэндi тYсiнудi терецдетедь
Виртуалды зертхана - бул жеке немесе топтык интерактивт окытуга непзделген, студенттерге тшелей физикалык шындыкка ие болмайтын асинхронды тYPде такырыптарды зерттеуге мYмкiндiк беретiн кез келген онлайн орта [2]. Виртуалды зертханалар 1990 жылдардан берi дамыды, мунда муFалiмдер окушылар кол жеткiзе алатын виртуалды зертханаларды жобалау Yшiн ыкшам дискщеп тек окуFа арналFан жады (CD-ROM) сиякты оцай кол жетiмдi технологияларды пайдаланды [3]. Со^ы онжылдыкта дэстYрлi физикалык зертханаларды толыFымен ауыстыру немесе толыктыру Yшiн бiрте-бiрте виртуалды форматтарFа кeштi. Сонымен катар, онлайн куралдарды пайдаланып университет курстары кeбiрек окытылады жэне толыFымен онлайн режимiнде жетюзшетш курстардыц саны есуде. Осы орайда, бул жумыстыц мацсаты - физиологияны окытуда виртуалды зертханалык жумыстарды колданудыц мазмуны мен ерекшелiктерiн талдау, сонымен катар олардыц оку Yрдiсiндегi тшмдшшн баFалау.
Макалада студенттер арасында оку сапасын арттыру жэне практикалык даFдыларды дамыту Yшiн виртуалды зертханаларды пайдаланудыц артыкшылыктары, шектеулерi жэне перспективалары талкыланады.
Физиологияны окытудаFы зертханалык жумыс пен виртуалды эксперименттердщ рел1 Физиологияныц практикалык зертханалык сабактары студенттерге физиологиялык уFымдарды бiрлескен жэне тэж1рибелш окыту аркылы тYсiнуге кемектесуде шешушi рел аткарады. Бул сабактар студенттер мен окытушылар ужымы арасындаFы карым-катынас пен
элеуметлк езара эрекеттесудi дамытады, бiрлескен окуга ыкпал етедi жэне инклюзияныц жагымды сезiмiн тудыру аркылы студенттердщ белсендiлiгiн арттырады [4].
Виртуалды зертханалар виртуалды кауымдастыкта тэжiрибе жасауга мYмкiндiк бередi жэне оны тэуелсiз пайдалануга немесе баска накты элемдегi практикалык зертханалармен бiрлесiп жумыс iстеуге болады [5]. Виртуалды зертхананы жобалау процестерi анимациялар мен имитациялык технологияларды, нускаулык дэрiстер мен бiрлескен демонстрацияларды камтуы мYмкiн. Бул бiлiм беру технологиясыныц негiзiнде жаткан теория студенттер кез келген уакытта жэне кез келген жерде веб непзшдеп оку акпаратымен езара эрекеттесе алатын шыгармашылык окыту ортасыныц болуы болып табылады. Студенттер виртуалды зертханада табиги зертханаларга караганда арзанырак жэне каушаз жагдайларда онлайн тэжiрибелер жYргiзе алады [6]. Сонымен катар, деректер мен окигаларды усыну окушыларга кYPделi гылыми жаца угымдарды тYсiнуге кемектеседь
Компьютерлiк модельдеу эсiресе узак уакытты кажет ететiн немесе этикалык мэселелерге немесе баска шектеулерге байланысты дэстYрлi практикалык сабактарда мYмкiн емес эксперименттер Yшiн эсiресе пайдалы [7]. Дегенмен, виртуалды эксперименттерде шектеулер бар. Олар студенттерге дэстYрлi зертханалык жагдайда Yйренетiн бiрлескен жэне практикалык техникалык дагдыларды дамытуга мYмкiндiк бермейдi. Олар сондай-ак студенттердi гылыми деректердщ езгермелiлiгiне ушыратпайды жэне кебiнесе студенттердщ уакытты баскаруына косымша талаптар коюы мYмкiн ездшнен багытталган окуга CYЙенедi. Виртуалды немесе дэстYрлi зертханалардыц токтатылуы туралы сауалнамаларда студенттер екеуш бiрге пайдалану кажеттшгш бiлдiрдi [8].
^олжетiмдi онлайн модельдеу аркылы кашыктыктан окытудыц зертханалык компонентш енгiзу (iс жYзiнде немесе Yйде) кептеген артыкшылыктар бередi, соныц шшде шексiз кол жетiмдiлiк жэне эксперименттердi кайталау мYмкiндiгiн айтуга болады [9].
Заманауи виртуалды зертханалык платформалар интерактивт элементтердi гылыми эксперименттермен бiрiктiру аркылы физиологияны Yйренуге мол мYмкiндiктер усынады (1 - кесте).
Платформа Шолу ФизиологиядаFы колданбалар
Labster Labster (www.labster.com) — STEM жэне баска пэндер бойынша интерактивтi, виртуалды зертханалык модельдеудi жэне курстарды усынатын 3D зертханалык окыту багдарламалык куралы. Ол геймификацияны, алгоритмдiк генерацияны, багалауды жэне модельдеудi бiрiктiретiн виртуалды гылыми кампус жагдайында иммерсивтi окыту тэжiрибесiн усынады [10]. Платформа жиi жацартылатын 300-ден астам курстарды усынады. - Булшыкет жиырылуы мен газ алмасу сиякты физиологиялык процестердi имитациялау - ЖYрек-тамыр жэне тыныс алу жYЙелерi сиякты мYшелер жYЙесiн зерттеу.
BioDigital Human Адам анатомиясы мен физиологиясын визуализациялауга арналган 3D интерактивтi платформа [11]. Ол дене жYЙелерi мен физиологиялык процестердi зерттеуге арналган егжей-тегжейлi Yлгiлердi усынады.
- Тыныс алу, кан айналым жэне жYЙке жYЙелерiн бейнелеу; - Демшпе немесе гипертония сиякты патофизиологиялык езгерiстердi керсету; - Органдардыц езара эрекеттесуш жэне динамикалык физиологиялык процестерiн зерттеу.
Anatomy and Physiology REVEALED (APR) Anatomy and Physiology REVEALED (APR) - лекциялар мен зертханаларды 3D интерактивт модельдермен, тартымды анимациялармен жэне шынайы eмiрдегi кескiндермен кернею тYрде байытатын соцгы диссекция тэж1рибеа [12]. - Орган курылымдары мен функцияларын зерттеуге арналган виртуалды диссекциялар; - Тыныс алу жэне отгегшщ тасымалдану механизмдерiн тYсiну; - Ион алмасу жэне энергия ендiру сиякты жасушалык физиологияны зерттеу.
Виртуалды физиология (Virtual Physiology) Физиологиялык тYсiнiктердi тYсiнудi жаксарту Yшiн симуляциялар мен интерактивтi мазмунды камтамасыз ететiн физиологиялык бiлiм беруге арналган платформа. - Дэршк заттардыц жYЙке жэне жYрек-тамыр жYЙесiне эсерiн модельдеу; - Гормоналды реттеу жэне эндокриндiк жYЙе функцияларын зерттеу; - Стресске немесе жаттыгуга физиологиялык реакцияларды имитациялау.
VirtuLab Бул жоба студенттерге арналган виртуалды зертханаларды куруга багытталган (www.virtulab.net). Ол онлайн эксперименттер жYргiзуге, кYPделi кубылыстарды визуализациялауга жэне баскарылатын виртуалды ортада процестердi имитациялауга арналган куралдарды усынады. - Тыныс алу функциясы жэне жYрек-кан тамырлары динамикасы сиякты физиологиялык процестердi модельдеу жэне керсету; - Окушыларга виртуалды ортада осы угымдарды интерактивт тYPде зерттеуге мYмкiндiк беру.
PhET PhET интерактивтi модельдеулерi Колорадо Боулдер университетi эзiрлеген PhET физика, биология, химия, математика жэне жер туралы гылымдар сиякты пэндер бойынша виртуалды зертханалардьщ кец аукымын усынады [13]. - Экпедегi газ алмасу сиякты биологиялык процестердi имитациялау; - Жаттыгудыц жYрек согу жиiлiгiне эсерiн зерттеу; - Теориялык бiлiмдi физиологиядагы практикалык колданумен байланыстыру Yшiн тартымды модельдеулердi камтамасыз ету.
PhysioEx 6.0 PhysioEx 6.0 - физиологиядагы зертханалык эксперименттерге арналган интерактивтi багдарламалык курал. Ол Тыныс алу вентиляциясы, жYрек-кан тамырлары кызмет1, зат алмасу жэне жYЙке-булшыкет белсендiлiгi сиякты физиологиялык процестердi
студенттерге ортада процестердi виртуалды
баскарылатын физиологиялык зерттеу y™h эксперименттер
жYргiзуге мYмкiндiк бередi.
модельдеу Ymm колданылады. Деректердi талдау жэне
практикалык тапсырмалар y™h колайлы.
1 - кесте: Виртуалды зертханалык платформалар жэне олардьщ физиологиядагы
колданылуы
Тыныс алу физиологиясын зерттеу ушш PhysioEx 6.0 багдарламасын пайдалану
PhysioEx 6.0: Физиологиядагы зертханалык эксперименттер - физиологиялык процестердi модельдеуге арналган интерактивт багдарламалык курал. Ол студенттерге агза мYшелерi мен жYЙелершщ жумысын жаксырак тYсiнуге кeмектесетiн виртуалды эксперименттер жYргiзуге мYмкiндiк бередi. Тыныс алу физиологиясын зерттеу Yшiн багдарламаны пайдалануды карастырайык.
Тыныс алу - дене тшдерше оттегiн жеткiзетiн жэне кeмiркышкыл газын кетiретiн eмiрлiк мацызды процесс. Бул процесс бiрнеше негiзгi курамдастарды камтиды: желдету (дем алу жэне дем шыгару), екпе альвеолаларында газ алмасу жэне жYрек-тамыр жYЙесi катысатын газ тасымалдау [14].
PhysioEx 6.0 бул процестердi виртуалды ортада кайта жасауга мYмкiндiк бередi. Модель екпе, тыныс алу жолдары, диафрагма сиякты элементтердi жэне тыныс алу жYЙесiн сипаттайтын параметрлердi (толкындык келем, резервтiк келем, eмiрлiк сыйымдылык жэне т.б.) усынады. Платформалык эксперименттер студенттерге тыныс алу жолдарыныц диаметршщ немесе тыныс алу жишгшщ eзгеруi сиякты эртYрлi факторлардыц тыныс алу функциясына эсерiн зерттеуге мYмкiндiк бередi.
PhysioEx 6.0 ^мепмен студенттер тыныс алудыц негiзгi параметрлерш зерттей алады, соныц iшiнде:
• Тыныс алу кeлемi (TV) — калыпты тыныс алу кезiнде eкпеге кiретiн жэне шыгатын ауа адлемц
• Резервтiк тыныс алу кeлемi (IRV) жэне резервтiк дем шыгару кeлемi (IRV) - калыпты тыныс алудан тыс косымша дем алуга немесе дем шыгаруга болатын ауа ^лемц
• Экпенщ eмiрлiк сыйымдылыгы (VC) - тыныс алу адлемшщ косындысы, IRV жэне
IRV;
• 1^алдык кeлемi (RV) — максималды дем шыгарганнан кейiн eкпеде калган ауа ^лемц
• Экпенщ жалпы сыйымдылыгы (TLC) — eмiрлiк сыйымдылык пен калдык ^лемшщ косындысы.
1 - сурет: «Тыныс алу келемЬ» жумыс экраны [14]
Экранньщ теменп жагында Yш тYЙме бар: «Бастау», ERV (дем шыгарудыц резервтiк келем^ жэне FVC (мэжбYрлi eмiрлiк сыйымдылык). «Бастау» тYЙмешiгiн баскан кезде калыпты толкындык келемде тыныс алуды имитациялау процес басталады. ERV тYЙмесiн баскан кезде, екпе тыныс алу келемшен тыс ауаны мYмкiндiгiнше кеп шыгарады. FVC тYЙмесiн басканда, екпе ец терец ингаляциядан кейiн мYмкiн болатын ауаныц максималды мeлшерiн шыгарады.
Жогаргы оц жакта кeлемдi графикалык тYPде кeрсететiн осциллограф бар. Y ос миллилитрдщ орнына литрдi кeрсетедi, ал X ос 60 секундтык толык сканерлеу узактыгымен еткен уакытты керсетедь Монитордыц астында бiркатар нэтижелердi жазуга арналган дисплей бар. Тэж1рибелер сериясын аяктаганнан кейiн «Нэтиженi тiркеу» тYЙмесiн басу нэтижелердi жазып алады жэне оларды экранда кeрсетедi.
Корытынды
PhysioEx 6.0 сиякты виртуалды зертханалар студенттерге интерактивтi жэне кауiпсiз ортада кYPделi физиологиялык процестердi модельдеуге мYмкiндiк беру аркылы физиологияны Yйренудi айтарлыктай жаксартады. Бул платформалар накты элемде жYзеге асыру киын эксперименттерге кол жеткiзудi камтамасыз етедi жэне тэуелсiз талдау мен сыни ойлау дагдыларын дамытады. Тэжiрибелiк техникалык дагдылардыц жоктыгы сиякты шектеулерге карамастан, виртуалды зертханалар бшм беру сапасын жаксартатын жэне студенттердi мансапка дайындайтын тецгерiмдi тэсiл кура отырып, дэстYрлi окыту эдiстерiн тиiмдi толыктыра алады.
ПАЙДАЛАНЫЛГАН ЭДЕБИЕТТЕР
1. Zhang, X., Al-Mekhled, D., & Choate, J. (2021). Are virtual physiology laboratories effective for student learning? A systematic review. Advances in Physiology Education, 45(3), 467-480. https://doi.org/10.1152/advan.00016.2021
2. Chan CKY. Laboratory learning. In: Encyclopedia of the Sciences of Learning, edited by Seel N. M. Boston, MA: Springer, 2012.
3. Potkonjak V, Gardner M, Callaghan V, Mattila P, Guetl C, Petrovic VM, Jovanovic K. Virtual laboratories for education in science, technology, and engineering: a review. Comp Educ 95: 309-327, 2016. doi:10.1016/j.compedu.2016.02.002
4. Dohn NB, Fago A, Overgaard J, Madsen PT, Malte H. Students' motivation toward laboratory work in physiology teaching. Adv Physiol Educ 40: 313-318, 2016. doi:10.1152/advan.00029.2016.
5. Aljanazrah, Ahmad. (2020). The Effectiveness of Using Virtual Experiments on Students' Learning in the General Physics Lab. Journal of Information Technology Education: Research. 19. 977-996. 10.28945/4668.
6. Brinson, James. (2015). Learning outcome achievement in non-traditional (virtual and remote) versus traditional (hands-on) laboratories: A review of the empirical research. Computers and Education. 87. 218-237. 10.1016/j.compedu.2015.07.003.
7. Lewis DI. The Pedagogical Benefits and Pitfalls of Virtual Tools for Teaching and Learning Laboratory Practices in the Biological Sciences. Heslington, York, UK: The Higher Education Academy: STEM, 2014.
8. Dewhurst DG, Hardcastle J, Hardcastle PT, Stuart E. Comparison of a computer simulation program and a traditional laboratory practical class for teaching the principles of intestinal absorption. Am J Physiol 267: S95-S104, 1994. doi:10.1152/advances.1994.267.6. S95.
9. Conway-Klaassen, Janice & Wiesner, Stephen & Desens, Christopher & Trcka, Phyllis & Swinehart, Cheryl. (2012). Using Online Instruction and Virtual Laboratories to Teach
Hemostasis in a Medical Laboratory Science Program. Clin Lab Sci. 25. 224-9. 10.29074/ascls.25.4.224.
10. What is Labster? - Staff Guide | Digital Education Systems Help. (2024). Leeds.ac.uk. https://desystemshelp.leeds.ac.uk/labster-staff/what-is-labster-staff-guide/
11. BioDigital. (2024). Interactive 3D Consumer Health Solution. BioDigital. https://www.biodigital.com/customers/consumer-health
12. Anatomy and Physiology Revealed 4.0 - Virtual VSTE 2020. (2020). Vste.org. https://vste.org/vstevirtual2020/anatomy-and-physiology-revealed-4-0/
13. University of Colorado Boulder. (2019). PhET Interactive Simulations. PhET. https://phet.colorado.edu/
14. ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет». (2022). Виртуальный практикум по нормальной физиологии: Методические рекомендации по проведению виртуального физиологического эксперимента в среде PhysioEx 6.0: Laboratory Experiments in Physiology (2-е изд., перераб. и доп.). Томск: Издательство СибГМУ.
15. Conway-Klaassen, Janice & Wiesner, Stephen & Desens, Christopher & Trcka, Phyllis & Swinehart, Cheryl. (2012). Using Online Instruction and Virtual Laboratories to Teach Hemostasis in a Medical Laboratory Science Program. Clin Lab Sci. 25. 224-9. 10.29074/ascls.25.4.224.
