به گزارش «فرهیختگان»، همه‌گیری کرونا از ماه‌ها قبل چالش تعطیلی دانشگاه‌ها و آنلاین شدن بسیاری از کلاس‌های درس را در بیشتر کشورهای دنیا به‌دنبال داشت. در این میان، دروس تئوری مشکلی از این نظر پیدا نکرده و دانشجویان و استادان به‌راحتی توانسته‌اند با هم تعامل داشته باشند و ارتباط برقرار کنند، اما گاهی دروس دانشگاهی به همین درس‌های تئوری محدود نمی‌شود و واحدهای عملی مانند آزمایشگاه‌ها و کارگاه‌ها را هم شامل می‌شود. تاکنون برای دروس آزمایشگاه و کارگاه‌های عملیاتی، حضور دانشجو و استاد در محیط آزمایشگاه الزامی بوده و دانشجویان با در اختیار داشتن ابزارآلات و دستگاه‌ها و موادشیمیایی آزمایش‌های مختلف را انجام داده‌اند. اما آنلاین شدن کلاس‌های دانشگاهی تجربه جدیدی از کار آزمایشگاهی را به‌وجود آورده و دانشگاه‌ها برای موفقیت در ارائه دروس آزمایشگاهی در دوران کرونا، دست به خلاقیت زده و شبیه‌سازهای آنلاینی را ایجاد کرده‌اند که نه‌تنها باعث می‌شود دانشجویان از طریق آنلاین راحت‌تر بتوانند دروس عملی را آموزش ببینند و از طرف دیگر، آموزش به این شکل کاملا عادلانه، کارآمد و موثرتر خواهد بود.
شبیه‌سازی مجازی جایگزین آزمایشگاه
ویروس کرونا دقیقا زمانی از راه رسید که برخی استادان دانشگاهی تلاش می‌کردند با استفاده از فناوری‌های نوین، آموزش‌های آزمایشگاهی مجازی را هم در دستورکار خود قرار دهند. به‌نوعی شیوع این ویروس، فرآیند مجازی شدن دروس آزمایشگاهی را تسریع کرده و باعث شده است این هدف در مدت‌زمان کوتاه‌تری به سرانجام برسد. واحد آزمایشگاه در دانشگاه‌ها معمولا به‌دلیل تجهیزات و دستگاه‌هایی که دراختیار دانشجویان قرار می‌گیرد، جزء گران‌ترین واحدها به‌شمار می‌رود و اصولا باید به‌گونه‌ای زمانبندی شود که همه دانشجویان وقت کافی برای آزمایش و کسب تجربه داشته باشند و با هم همکاری کنند.
«رابرت لو»، یکی از استادان بیولوژی سلولی و مولکولی دانشگاه هاروارد معتقد است یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش‌رو این است که مفهوم کارهای آزمایشگاهی طی چنددهه به‌طور کورکورانه و ناآگاهانه پیش‌می‌رود و تاکنون هیچ‌اقدامی برای بهبود این وضع صورت نگرفته است. در ماه ژانویه و درست پیش از اینکه دنیا اطلاعات زیادی از کووید- 19 در دست داشته باشد و شهرها درحالت قرنطینه قرار گیرند، او آغاز تغییرات آزمایشگاهی را پیشنهاد کرد که شامل آموزش آنلاین و رایگان تجربه‌های آزمایشگاه مجازی بود. این پیشنهاد درقالب پلتفرمی موسوم به LabXchange آغاز به‌کار کرد که بودجه آن از سوی بنیاد Amgen تامین می‌شد. این پلتفرم در مدت کوتاهی حدود یک‌میلیون استاد و دانشجو را در دنیا جذب کرد و آزمایشگاه شیمی و علوم مختلف زندگی را در بر گرفت و به‌عبارتی نسخه آزمایشگاهی کلاس درس را تداعی کرد. در قالب این طرح، دانشجویان پیش از حضور در کلاس درس مجازی و تست قابلیت‌های عملیاتی خود، با کمک شبیه‌سازهای آنلاین به کسب مهارت می‌پرداختند.
این امر سنگ بنایی بود که بسیاری از استادان دانشگاه هم از آن پیروی کردند و متعهد به ادامه آن شدند. یکی از آنها، استاد مهندسی پزشکی است که پنج سال از عمر خود را به ایجاد سازگاری‌های آنلاین برای دروس ارائه‌شده اختصاص داده است. ازجمله پروژه‌های او می‌توان به خلق مدل‌های مجازی مدارها اشاره کرد که سیگنال‌های دستگاه الکتروکاردیوگرام را تقویت می‌کند. این کار به او در شناسایی هدف واقعی کار آزمایشگاهی کمک کرده است. از دیدگاه او این شیوه تدریس خیلی هم عملیاتی نیست و بیشتر به حل مساله می‌ماند. در اینجا باید از استادان پرسید شما چگونه مهارت‌های حل مساله را تدریس می‌کنید؟
از سوی دیگر «مارتین استورکسدیک»، استاد آموزش در دانشگاه ایالت اورگان و مدیر مرکز تحقیقات دروس علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات مدعی است استادان دانشگاه‌ها معمولا به‌اندازه‌ای که باید برای ارائه آموزش‌های آزمایشگاهی ارزش قائل نمی‌شوند و به‌اندازه کافی جدی گرفته نمی‌شود. به عقیده او تجربه کلاس‌های حضوری آزمایشگاه اهمیت بالایی دارند و واکنش افراد درمقابل بوها و سروصداهای مختلف، خود جزئی از همین تجربه شیرین درس آزمایشگاه است. از سوی دیگر محققان معتقدند دیگر مزایای کلیدی آموزش آزمایشگاه می‌تواند قرار دادن اتاقی به دانشجویان باشد تا در آن به آزمایش و ترکیب مواد شیمیایی با یکدیگر و کار با دستگاه‌ها و ابزارآلات مختلف بپردازند؛ کاری که ممکن است حتی در آموزش مجازی و واقعی هم نادیده گرفته شود.
مخالفان و موافقان آزمایشگاه‌های مجازی
همان‌طور که گفتیم شهریه دوره‌های آزمایشگاه گاهی بسیار گران تمام می‌شود، اما برگزاری این کلاس‌ها به‌صورت آنلاین هزینه شهریه کلاس‌های آزمایشگاه را تا حد قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد و این امکان را فراهم می‌کند که دانشجویان بیشتری در یک زمان در آزمایشگاه مجازی حضور پیدا کنند. علاوه‌بر این، به‌دلیل مجازی و غیرواقعی بودن آزمایش‌ها دانشجویان آزادی عمل بیشتری دارند و می‌توانند با بارها انجام یک آزمایش بر خطاهایی که درطول آزمایش مرتکب می‌شوند، فائق آیند و در آن آزمایش مهارت لازم را کسب کنند. با وجود این همه استادان در بخش آموزش عالی نسبت به مزیت‌های برگزاری کلاس‌های آزمایشگاه‌های آنلاین متقاعد نشده‌اند، این مساله به‌ویژه به‌دلیل پیچیدگی‌های ایجادشده در دوران کرونا و ناهماهنگی‌های به‌وجود آمده بیشتر خودنمایی می‌کند. به‌طوری که برخی از این موضوع می‌هراسند که اگر موسسه‌های آموزشی نتوانند در فرصت باقی‌مانده کلاس‌های حضوری دانشگاه را از سر نگیرند، کووید- 19 عواقب سخت مالی را به‌دنبال خواهد داشت.
بسیاری از مدیران دانشگاه‌های آمریکا برای شروع ترم پاییز تمهیدات ایمنی و بهداشتی ویژه‌ای اندیشیده‌اند و ناامیدانه مطرح کرده‌اند که آموزش‌های آنلاین باید هرچه زودتر به اتمام برسد و دانشجویان به کلاس‌های درس حضوری برگردند. یکی از آنها «رابرت رابینز»، رئیس دانشگاه آریزوناست که با اشاره به گوشه‌ای از برنامه‌های خود برای بازگشایی دانشگاه ابراز امیدواری کرده دانشجویان به‌دنبال شیوع ویروس کرونا و قرار گرفتن در شرایط آموزش آنلاین از نظر تحصیلی افت نکنند و در بین حرف‌های خود، آزمایشگاه‌های علمی را نوعی جاذبه برای جذب دانشجو در برخی رشته‌ها عنوان کرده است.
«رابینز» در ادامه گفته است: «من این مثال را بارها و بارها عنوان می‌کنم؛ نمی‌دانم دانشجویان چگونه به‌طور آنلاین مواد شیمیایی طبیعی را مخلوط می‌کنند یا اینکه چگونه تشریح بدن را به‌صورت آنلاین انجام می‌دهند، اما تصور می‌کنم اینها جزء مواردی هستند که حتما باید رودررو و حضوری انجام شوند تا نتیجه قابل‌قبول حاصل شود و دانشجویان در انجام آن مهارت لازم را کسب و نتیجه آزمایش را با پوست و گوشت خود لمس کنند.» در این میان، بسیاری از استادان و محققان برگزاری کلاس‌های آزمایشگاه‌های مجازی را به‌ویژه در دوران همه‌گیری کرونا با آغوش باز پذیرفته‌اند، اما چنانچه از شواهد برمی‌آید این کلاس‌ها خیلی دوام نمی‌آورند و با پایان همه‌گیری کرونا، دوباره رنگ‌وبوی قبلی را به‌خود می‌گیرند و واحدهای آزمایشگاه با حضور دانشجویان در آزمایشگاه‌های دانشگاه برگزار خواهند شد.
تجربه موفق آزمایشگاه‌های مجازی
یکی از استادان فیزیک دانشگاه کلورادو معتقد است برگزاری کلاس‌های آزمایشگاه به‌طور آنلاین تجربه‌ای بود که در اواخر ترم بهار این دانشگاه به‌وقوع پیوست. یکی از نمونه‌های بی‌نظیر در این تجربه، این بود که استادان متوجه شدند در این دوران که کلاس‌های آزمایشگاه به‌طور آنلاین برگزار شد، باعث شد دانشجویان تصمیمات مهمی بگیرند و عملکرد بهتری هم داشته باشند. دانشکده علوم این دانشگاه در رویکردهای خود که بیشتر تجویزی بوده‌اند، بسیار رشد کرده و همه‌گیری کرونا در بعضی از این موارد این قالب را شکسته است. اما به‌گفته این استاد دانشگاه، آزمایشگاه‌های مجازی راه‌حل درازمدتی محسوب نمی‌شوند، بلکه نوعی سوپاپ اطمینان برای این روزهای کرونایی به‌شمار می‌روند. زمانی که دوباره دوره‌های حضوری آزمایشگاه‌ها برقرار شوند، آزمایشگاه‌های مجازی و از راه دور به‌طور کامل از میان برداشته می‌شوند و درواقع تجربه آزمایشگاه‌های حضوری را با هیچ چیز دیگری نمی‌توان عوض کرد.
«لو» و «دوراند» دو تن از استادانی هستند که معتقدند تجربه حضوری برای کار در آزمایشگاه‌ها ابزاری ضروری برای دانشجویان و پیشرفت عملیاتی آنهاست، اما حالا که امکان برگزاری کلاس‌های حضوری در بسیاری از دانشگاه‌های دنیا وجود ندارد، می‌توان دوره‌های حضوری را مکملی برای گسترش روش‌های مجازی به‌شمار آورد. آزمایشگاه‌های مجازی راهی برای فرار از تعطیلی کلاس‌های آزمایشگاه دانشگاه‌ها هستند. درحالی‌که استادان به‌راحتی می‌توانند ازطریق شبیه‌سازی‌های کامپیوتری درس تشریح را به دانشجویان خود آموزش دهند، برخی محققان بر این نکته تاکید دارند که ایجاد سازگاری در بعضی دوره‌ها مانند شیمی ارگانیک دشوار است و دانشجویان به‌راحتی نمی‌توانند با آن کنار بیایند، اما هرچه باشد دنیا تجربه جدیدی را پشت‌سر گذاشته که ارزشمند بوده و مزایایی هم به‌دنبال داشته است که به‌طور قطع در آینده از آن استفاده خواهد شد.
پلتفرم‌های آزمایشگاه آنلاین چگونه است؟
در همه‌گیری کرونا و آنلاین شدن دانشگاه‌ها، بیشتر دانشجویان شیوه یادگیری آنلاین و از راه دور را تجربه کردند که واقعیت جدیدی را پیش روی آنها قرار داد. این واقعیت شاید برای بسیاری از آنها مخرب بوده و یادگیری آنها را تا حد زیادی تحت‌تاثیر قرار داده است. همان‌طور که اشاره شد، برای برگزاری راحت‌تر کلاس‌های آزمایشگاهی دانشگاه‌ها، پلتفرمی به نام LabXchange راه‌اندازی شد و آغاز به کار کرد که طراحان این سیستم تلاش کرده‌اند دانشجویان را بیشتر با محتوا آشنا کنند و آنها را در قالب چنین پلتفرمی به‌گونه‌ای هدایت کنند که بتوانند از قابلیت‌های مختلف آن بهره‌مند شوند. در این مسیر، دانشجویان هم باید کمک کنند و در مسیر یادگیری تلاش کنند. یکی از چالش‌هایی که دانشجویان موقع کار با تدریس مجازی و آنلاین مواجه هستند، این است که به‌خوبی نمی‌توانند به استاد، دانشجویان دیگر و حتی خود فرد ثابت کنند که تا چه حجم از مطالب را فرا گرفته‌اند. درواقع، بدون در اختیار بودن محیط فیزیکی برای یادگیری، تسهیل فرآیندهای یادگیری خلاقانه و استفاده از روش‌های خلاقانه در یادگیری بسیار محدود شده است. پلتفرم LabXchange ابزارهایی را برای ایجاد محتوا در اختیار قرار می‌دهد که نیازها و علائق دانشجویان را هم مدنظر قرار می‌دهد و آنها از این طریق می‌توانند از روش‌های معناداری برای نشان دادن اطلاعات خود استفاده کنند.
یادگیری آنلاین بیوتکنولوژی
پلتفرم LabXchange در قالب کارگاه آنلاین فناوری‌های کاربردی را در اختیار دانشجویان قرار می‌دهد که آنها برای ایجاد و بیان DNA نوترکیب در بیوتکنولوژی از آن استفاده می‌کنند. دانشجویان با این پلتفرم علاوه‌بر اینکه دانش خود را از اصول زیست‌شناسی مولکولی با فناوری‌های ویرایش DNA بالا می‌برند، از تجربه دانشمندان دانشگاه هاروارد در استفاده از این فناوری‌ها برای انجام تحقیقات استفاده می‌کنند. این کارگاه، در قالب دو جلسه وبینار مشارکتی با دو موضوع شبیه‌سازی ژن و CRISPR برگزار می‌شود. آزمایشگاه علوم از راه دور هم جزء برنامه‌های همین پلتفرم است که در کارگاه‌های آنلاین 5/1 ساعته معمولا در قالب پلتفرم LabXchange برگزار می‌شود و راه‌هایی را برای برنامه درسی آزمایشگاهی زیست مولکولی یا بیوتکنولوژی ارائه می‌کند که از طریق شبیه‌سازهای مجازی آزمایشگاهی به‌طور آنلاین یا از راه دور انجام می‌شوند.
تجزیه و تحلیل داده‌ها با ابزار دیجیتال
پروفسور «کلی لئو» از استادان دانشگاه مری ویل، سنت لوییس، از دانشجویان آزمایشگاه فیزیک خواسته بود تا از ابزارهای اندازه‌گیری بی‌سیم و یک نرم‌افزار PASCO استفاده کنند. درحال حاضر، با وجود آنلاین شدن آموزش‌ها، استاد با استفاده از دستگاه‌های PASCO به‌عنوان رابطی جایگزین بین دانشجویان و تجهیزات استفاده می‌کند. دانشجویان از طریق آن، داده‌های خام را به دانشجویان دیگر برای تجزیه و تحلیل می‌فرستند. این فرآیند، بخش اندازه‌گیری را حذف می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد با تجزیه و تحلیل داده‌ها و نتیجه‌گیری از آنها روی مهارت‌های تصمیم‌گیری استفاده کنند. به‌عنوان مثال، برای آزمایش فشار، استاد حسگر فشار بی‌سیمی را به یک سرنگ وصل کرد، پیستون را تا حدی بیرون کشید و سپس آن را به داخل فشار داد. او داده‌های به‌دست‌آمده را برای تجزیه و تحلیل برای دانشجویان فرستاد. آنها باید داده‌ها را از طریق نرم‌افزار تجزیه و تحلیل و نتیجه‌گیری کنند.
نرم‌افزار شبیه‌ساز برای آزمایشگاه فیزیک
روش دیگر این استاد برای آموزش مجازی آزمایشگاهی، استفاده از فناوری آموزش فیزیک است که نوعی شبیه‌سازی ابزارها به‌صورت آنلاین است. برخی از این ابزارها تنها شبیه‌سازی مفاهیم علمی هستند که به تعامل دانشجویان کمک می‌کند. یکی از این نمونه‌ها، شبیه‌ساز مدارساز است. این شبیه‌ساز به دانشجویان امکان می‌دهد که به‌طور مجازی تمام عناصر یک مدار را مانند یک آزمایشگاه سنتی آزمایش کنند. زمانی که دانشجویان مدار را سرهم می‌کنند، نتیجه مدار ساخته‌شده در قالب تصویری شبیه‌سازی‌شده برایشان نمایش داده می‌شود. در روش شبیه‌سازی آزمایشگاهی، استاد زمان کمتری را به رفع اشکال دانشجویان اختصاص می‌دهد و به‌راحتی به آنها کمک می‌کند تا مدارها را سرهم‌بندی کنند.
* مترجم: ندا اظهری