Переход на дистанционное образование, случившийся из-за неблагоприятной эпидемиологической обстановки, произвел неодинаковый эффект на процесс обучения у учащихся различных сфер. Так, студенты, чье образование требует практических экспериментов, оказались лишены некоторых работ, вследствие их непригодности для выполнения во внелабораторных условиях. В данной работе рассматривается создание интерактивного симулятора химической лаборатории.
Ожидаемый конечный формат работы — это приложение для персонального компьютера, в котором выполняются отдельные эксперименты и симуляции. Всё управление лабораторией происходит при помощи мыши. Для создания данного приложения необходимы схема и логика управления, а также набор трехмерных объектов, достаточно точно соответствующих реальным предметам. Например, колбы, штатив, пипетки, набор необходимых для эксперимента реагентов. Также необходимо заранее знать уравнения химических реакций и объемов участвующих в них веществ. Для получения данной информации и повышения реалистичности симуляции были проведены консультации с преподавателями химического факультета.
Данный интерактивный симулятор химической лаборатории создается на платформе Unity 3D с помощью языка программирования C#. Для большего погружения обучающихся в процесс эксперимента использовалась камера от первого лица. В качестве первого исследования реализована лабораторная работа по титрованию – аналитическому методу, предназначенному для количественного определения анализируемого компонента, растворенного в образце.
Для проведения данной лабораторной работы студенту предоставляются необходимые материалы, а именно колбы с исходным реагентом(индикатором) и растворенным веществом, ожидающим определения концентрации. Задача обучающего состоит в определении максимально точного объема индикатора при котором раствор меняет цвет на требуемый в задании. Далее студент записывает полученное значение в уравнение реакции и отправляет свой результат на проверку системе.
Также во время проведения эксперимента обучающийся должен бережно обращаться с лабораторным оборудованием, то есть не опрокидывать колбы, не отпускать их высоко над рабочей поверхностью, не проливать жидкости и так далее. В противном случае система будет показывать студенту предупреждения и при большом количестве таких замечаний это может влиять на итоговый результат всей работы.
Предложенный метод интерактивного взаимодействия с программой не может в полной мере заменить выполнение лабораторных работ лично, но позволяет проводить первичную подготовку в условиях дистанционного обучения. В отдельных экспериментах, требующих дорогих и редких реактивов, такая симуляция также может быть востребована. На данном этапе разработаны: модель взаимодействия реактивов на основе уравнений реакций, автоматизированная проверка правильности выполнения лабораторной работы и основные технические подсистемы проекта: пользовательский ввод и механика работы с химическим оборудованием. Дальнейшее развитие проекта предполагает добавление новых лабораторных работ и создание версий симулятора для других платформ, в том числе платформ дополненной и виртуальной реальности.