التعليم عبر الإنترنت: المختبر الافتراضي

هل يمكن دمج التعليم النظري بالتعليم العملي وكسب الخبرة جراء هذا التعليم؟ هذا ما يناقشه المقال التالي

في مواجهة الشعبية الطاغية للتعلم عبر الإنترنت، يسعى الباحثون لطرق جديدة لتعليم مهارات العلوم العملية.

م. ميتشيل ولدروب

تجتاح العالم الأكاديمي ثورة جديدة حول المقررات الجامعية المتاحة عبر الإنترنت (MOOC) التي تتيح المحاضرات الجامعية لعشرات الآلاف من الطلاب في الوقت نفسه. فعلى مدى عام تقريبًا، سارعت الجامعات حول العالم لعقد مشاركات مع كبرى شركات المقررات الجامعية المتاحة عبر الإنترنت ، في تحركٍ يعتقد كثيرون أنه سيُحْدِث ثورة في التعليم العالي.

بالنسبة إلى كثيرين من العاملين في مجال التعليم، لم تمضِ المقررات الجامعية المتاحة عبر الإنترنت بالثورة بعيدًا بما يكفي.. فالمحاضرات الإلكترونية المصورة بالفيديو على الإنترنت جيدة من حيث نقل الحقائق والمعادلات والمفاهيم، لكنها ـ في حد ذاتها ـ لا تساعد أحدًا على تعلُّم كيفية وضع هذه الأفكار قيد الممارسة. ولا تمنح الطلاب الخبرة في تخطيط تجربة وتحليل بيانات، أو المشاركة ضمن فريق، أو تشغيل أنبوبة ماصة أو مجهر، أو المثابرة إزاء الانتكاسات، أو ممارسة أي مهارات عملية واجتماعية أخرى أساسية للنجاح في العلوم.يقول كريس ديديه، الذي يَدرُس أساليب المحاكاة في التعليم بجامعة هارفارد في كمبريدج، ماساتشوسيتس: « يمكنك أنْ تفهم أي شيء، إذا تعلمت كيف تفعله». ويضيف قائلًا: «وهذا لا يمكن تجريده في محاضرة. «

وبحكم تعريفها تقريبًا، ينبغي تحصيل المهارات العملية من خلال التجربة. فهي تتطلب نشاطات ممارسة عملية مباشرة وحل المشكلات، وهذه تقليديًّا مجالها مقررات المختبرات، والرحلات الميدانية، وتأهيل الخريجين، وفي نهاية المطاف.. العمل بمشروعات بحثية في مختبر لأكاديمي مخضرم. «

إنّ تقديم مثل هذه الخبرات عبر الإنترنت أمر صعب، لكنْ هناك باحثون في تكنولوجيا التعليم حققوا تقدمًا جوهريًّا في العقد الماضي. يقول جيمس جي ـ وهو باحث في تكنولوجيا التعليم بجامعة أريزونا، في تمبيه ـ إنه بفضل الهواتف الذكية وبرمجيات الألعاب الآسرة، والتقنيات الأخرى سريعة التطور، «استطعنا الحصول على تعلُّم يركز على المشكلات بصورة أفضل كثيرًا الآن». وباستطاعتنا إتاحته للطلاب حول الكوكب. ويضيف جي: «إنها طريقة لمنح الجميع نوعًا من التعليم، كنا نعتبره شيئًا من الترف. «

تدريب عملي عن بُعْد

الوسيلة القياسية لتعليم المهارات العملية في العلوم هي مقرر المختبر. يقول مايك شاربلز، الباحث في تكنولوجيا التعليم بالجامعة المفتوحة في ميلتون كينز بالمملكة المتحدة: «المختبرات هي المكان الذي نوفر فيه للطلاب فرصة للتعامل مع معدات المختبر الحقيقية، وتحليل بيانات حقيقية، وتجربة روعة الملاحظة. «

وجدير بالذكر أن حشد الطلاب في مختبر تقليدي لم يكن أبدًا خيارًا متاحًا للجامعة المفتوحة، التي تأسست في 1969؛ لإتاحة تحصيل الدرجات العلمية عن بعد، ويدرس فيها الآن أكثر من 240 ألف طالب حول العالم. وحتى نهاية التسعينات من القرن الماضي، كانت مقررات العلوم تُرسل إلى الطلاب بالبريد، وكانت المقررات بمثابة معدات معملية قد تضم المجهر، ولوحات دارات (إلكترونية)، وأدوات الكيمياء، وأحواض السمك، أو حتى تجهيزات ليزر. وكان الطلاب يجرون التجارب في المنزل، ثم يعيدون المعدات إلى الجامعة بالبريد. يقول شاربلز: «كان ذلك إجراءً باهظًا، وثقيلاً، وبطيئًا. «

أما اليوم، فكل أنشطة المختبرات متاحة عبر الإنترنت من خلال خدمة مختبر العلوم المفتوح OpenScience Laboratory التي تقدمها الجامعة. وكالعلماء الممارسين، يستطيع الطلاب جمع بيانات حقيقية من الآلات والأدوات التي يجري التحكم فيها عن بعد ـ ومن بينها مطياف أشعة جاما؛ لتحديد العناصر والنظائر، وتليسكوب بمقياس 0.43 متر في مايوركا بإسبانيا. كما يستطيع الطلاب استكشاف بيانات حقيقية باستخدام أدوات محاكاة، كالمجهر الافتراضي، حيث يُمَكِّنهم من مشاهدة صور عالية الاستبانة (الكثافة النقطية) بدلًا من عينات حقيقية. يقول شاربلز: «يستطيع الطلاب التقريب وضبط التركيز والتحكم في موضع العينة التي يفحصونها»، مثلما يفعلون مع الأدوات الحقيقية تمامًا.

يمضي باولو بليكستاين ـ مدير مختبر تقنيات تطوير التعليم بجامعة ستانفورد في كاليفورنيا ـ إلى أبعد من ذلك مع جيل جديد من مقررات المختبرات الرقمية. وأحد هذه المقررات يستخدم آلات، يجري التحكم فيها عن بُعْد بمختبر أحياء مركزي، وهو مشروع يطوره بالتعاون مع إنجمارريدل–كروز، الباحث في الهندسة الحيوية بجامعة ستانفورد. يقول بليكستاين: «الفكرة هي غرفة بها 10 آلاف طبق بتري، عرض أحدها بضع مليمترات، وروبوت يعمل كطابعة نافثة للحبر»، ثم «يقول الطالب للروبوت: «اذهب إلى طبقي، وأضف كذا من القطرات»، بحيث تكون هناك كاميرا تراقب ما يحدث. «

وبعض الباحثين يرون أن مختبرًا افتراضيًا بالكامل لا يمكن أبداً أن يعوض الوقت الذي يقضيه الطالب أمام مائدة المختبر التقليدي. فإذا كان الطلاب سيسعون لدراسة الدكتوراه أو الماجستير، فقد يكونون في وضع غير مواتٍ في المختبر الافتراضي. تقول بفرلي بارك وولف، عالِمة حاسوب تعمل في التعليم الرقمي بجامعة ماساتشوسيتس، أمهيرست: «إنني محافظة في هذا الصدد». وتضيف: «ينبغي أن تلمس المعدات»، وتشعر بمعنى تعديل المقادير والعناصر، وتقيس مستوى الكاشف الكيميائي بنفسك.

المختبر في جيبك

يقول مايكل شاتز ـ الفيزيائي بمعهد تكنولوجيا جورجيا بأتلانتا ـ إن المختبرات التقليدية قد تكون مُنْبَتَّة الصلة بالواقع.. فـ«الطلاب يتصورون أن المختبر ليس إلا غرفة متخصصة مليئة بمعدات متخصصة»، «ثم يخرجون من المختبر إلى العالم الحقيقي، حيث لا ينطبق عليه شيء مما تعلموه. «

لهذا السبب.. ألَّف شاتز مقررًا جامعيًا متاحًا عبر الإنترنت (MOOC) بعنوان «الفيزياء التمهيدية مع المختبر»، بدأ في مايو، وهو مكرس بالكامل لمبادئ علوم الحركة. وهو من أوّل مقررات الإنترنت المفتوحة المكثفة التي تدمج التعلم بالممارسة العملية المباشرة بشكل تام. ويعتمد هذا المقرر على حقيقة أن كل طالب في هذه الأيام يستخدم هاتفًا ذكيًّا مزودًا بكاميرا. يقول شاتز: «بدأنا المقرر بأن نطلب من كل طالب التقاط فيديو لأي شيء في بيئته يتحرك في اتجاه ثابت بسرعة ثابتة». (المختبرات اللاحقة تتضمن أنواعًا أكثر من الحركة المعقدة، كحركة كرة السلة القوسية نحو طوق السلة). ثم يحلل الطلاب فيديوهاتهم باستخدام برمجيات مفتوحة المصدر، تستخلص موضع الجسم بمرور الوقت، ثم يصوغون نظرية لتفسير بياناتهم، وبناء نماذج لوضعها موضع التنفيذ. وفي النهاية، يقومون بشرح نتائجهم ونموذجهم في تقرير مخبري مصور، مدته 5 دقائق، يتم تحميله على موقع «يوتيوب»؛ لكي يناقشه طلاب آخرون، وينقدونه عبر الإنترنت. 

وحسب قول شاتز.. ليس واضحًا كيف سيستفيد آلاف الطلاب من هذا، حتى اكتمال المقرر في أغسطس، لكن إذا ثبتت فعالية هذا النهج في مساعدة الطلاب على إتقان المادة، يأمل شاتز وزملاؤه أن يكون نموذجًا لكل مقررات العلوم على الإنترنت.

تستكشف الجامعة المفتوحة أيضًا الاستخدامات التعليمية للأجهزة المحمولة. ففي 2008، أطلقت الجامعة خدمة iSpot، يستطيع بها الأفراد الذين يتجولون في المناطق المفتوحة رفع صور رقمية لنباتات وطيور وحشرات وفطريات وأحياء أخرى، بجانب أفضل تخمين لهم لماهية هذه الكائنات. هذا البرنامج المستخدَم في بعض مقررات الأحياء بالجامعة ـ ومتاح لغير الطلاب ـ يستقطب أكثر من 30 ألف مشارك في المملكة المتحدة وجنوب أفريقيا.

كل صورة يتم تحميلها على الإنترنت تشعل مناقشات حيوية حول هوية الكائن، ومدى أهمية وجوده؛ لسلامة المنظومة البيئية، ومنها تعليقات من علماء يستخدمون بيانات iSpot في دراساتهم الخاصة. يقول شاربلز: «أي أنها أصبحت طريقة لممارسة العلوم العملية بالأماكن المفتوحة»، «لكن بطريقة جماعية تعاونية». وفي الواقع، وحسبما ذكر شاربلز، يصبح المشاركون علماء بيولوجيا تحت التمرين.

المختبر كلعبة فيديو

تأثرت منظومات تعليمية ـ مثل iSpot، ومقرر شاتز في الفيزياء التمهيدية ـ كثيرًا بفلسفة التعلم الاستقصائي الاستفهامي المفتوح معرفيًّا.. فبدلًا من حشو أدمغة الطلاب بالمعارف، من خلال محاضرة أو تمرينات مخبرية بوصفات جاهزة، وإخبارهم بالإجابة أو النتيجة مثلًا، يضع التعلم الاستقصائي الطلاب في فرق عمل، ويتحداهم معرفيًّا بسؤال؛ يجعلهم يكافحون حتى يجدوا الإجابة عليهم.

وحسب قول بليكستاين، تشير أدلة كثيرة إلى أن أسلوب التعلم الاستقصائي أفضل وأكثر فعالية من أساليب المحاضرات والتمرينات. ويضيف: للأسف «تخسر مناهج التعليم الاستقصائي دائمًا في أي نقاش كبير على المستوى القومي»، ويعود ذلك جزئيًّا لاعتبارها باهظة للغاية، وتستغرق وقتًا كثيرًا؛ مما يجعلها لا تلائم الاستخدام في الفصل الدراسي.

وفي الوقت الحالي، وجد المهتمون مكانًا طبيعيًّا في البيئات الافتراضية متعددة المستخدمين (MUVEs) التي ارتادتها مبكرًا ألعاب فيديو الإنترنت، كلعبة World of Warcrafts «عالم الطائرات الحربية. «

وهناك مثال بارز في هذا الإطار، هو مقرر الإنترنت «إيكوموڤ» EcoMUVE حول المنظومات البيئية، الذي وضعه ديديه وزملاؤه بجامعة هارفارد، حيث يشكل الطلاب فرقًا تقضي أسبوعين في استكشاف بِركة افتراضية ومحيطها. وفي أحد الأيام الافتراضية، يكتشف الطلاب أن سَمَك البركة يموت، وعليهم أن يجدوا السبب. تحدِّد الفرق البيانات التي ينبغي جمعها: فمثلًا، قد يقيسون تدفق المياه الملوثة من مشروع إسكان قريب وملعب الجولف، أو يراقبون التغيرات في ألوان البركة، أو ينظرون في كائنات البركة الحية بمجهر افتراضي.

وينبغي للفرق بعد ذلك أن تجد كيفية تحليل تلك البيانات، وتتفق على تفسير لما يحدث، بتطبيق مفاهيم رياضية، ومناقشة العلاقة السببية؛ لفَهْم كيف تؤثر إجراءات معينة ـ مثل رش ملعب الجولف بالمخصبات ـ على النظم البيئية. وقد تم اختبار برنامج «إيكوموڤ«  EcoMUVE مع طلاب المدارس بين 11 و13 سنة؛ فأظهروا تحسنًا ملموسًا في استيعاب مفاهيم كانت غامضة عليهم، كالقياس الكمي، وشبكات الغذاء، ومستجمعات المياه.

يستخدم ديفيد شيفر، أستاذ علم النفس التعليمي بجامعة ويسكونسِن–ماديسون وزملاؤه، نهجًا مماثلاً للتعلم القائم على الاستقصاء، وطرح الأسئلة في تطوير تمارين مهنية افتراضية لطلاب الهندسة. يقول شيفر: «عندما يظهر الطلاب في سنتهم الأولى بكلية الهندسة، يكونون متحمسين جميعًا لتصميم وبناء الأشياء»، لكن يكون لزامًا عليهم أولاً قضاء عامين في دراسة الرياضيات والفيزياء؛ مما يثبط همم كثيرين منهم. ولذلك.. قرر شيفر وفريقه أن يجعلوهم ينخرطون مباشرةً في تصميم وبناء الأشياء.

في هذا التدريب، يتمرّن الطلاب في شركة افتراضية لصنع آلات غسل الكلى، ويشكلون فرقًا لتصميم أحد أنظمة الجيل الجديد من آلات تنقية الدم من النفايات. يقوم الطلاب بالأبحاث، ويجرون تجارب محاكاة؛ لتقدير تكلفة تسويق مختلف الأنظمة، وقياس أدائها وقابليتها، ثم يعملون معًا لتقرير التجارب النهائية التي سيجرونها قبل تقديم التقرير.

وقد تم اختبار هذا التدريب الافتراضي مع طلاب الهندسة بجامعة ويسكونسن، وجامعة بنسلفانيا في فيلادلفيا، وجامعة بتسبرج في بنسلفانيا، وأكد تقييم البرنامج قبل وبعد إجراء هذا التدريب أن البرنامج يؤدي إلى استدامة ثقة الطلاب وحماسهم. وحاليًا يطوِّر شيفر والمتعانون معه مقررًا هندسيًّا تمهيديًّا كاملاً، أساسه المحاكاة، ويحولون برنامجهم إلى مِنَصَّة برمجيّة يمكنها دعم التدريب المهني في أي تخصص.

يشكو بعض خبراء التعليم من أن التعلم الاستقصائي يفتقد التركيز والتوجيه. يقول آرت جرايسر، أستاذ علم النفس بجامعة ممفيس، تينيسي: «إذا تركت الطلاب يتفاعلون بأنفسهم في بيئة لعبة افتراضية، فقد يقضون وقتًا ممتعًا، لكنهم لن يتعلموا كثيرًا عن العلوم». ولتناول ذلك.. يُدْرِج المصمِّمون في اللعبة مُوَجِّهًا بشريًّا أو رقميًّا؛ حتى لا يغفل الطلاب عن المهمة المطلوبة.

يرى جرايسر أن المحادثة عنصر أساسي في التوجيه الفعال. ويقول: «عندما يقرأ الطلاب كتابًا مدرسيًّا، أو يستمعون إلى محاضرة، يُحَصِّلون معرفة سطحية»، لكن عندما يتحدثون عن المادة، يشرعون في فهمها بعمق. فقد طوَّر جرايسر وزملاؤه ـ على سبيل المثال ـ نظامًا أساسه «حوارات ثلاثية»، بحيث يتفاعل الطالب مع عاملين (شخصين) حاسوبيين متحركين، هما مدرس وطالب، يتحدثان بلغة طبيعية، ويكيِّفان سلوكهما حسب استجابة الطالب الحقيقي. ويستطيع الطلاب الحقيقيون التفاعل مع المدرس مباشرة، بينما تقوم شخصية الطالب الحاسوبي بمداخلة متناغمة مع الطالب الحقيقي، كما أنّ بإمكان الطلاب تعميق تحصيلهم المعرفي بتدريس المواد للفصل الافتراضي.

وأحد النظم التي تستخدِم الحوارات الثلاثية لعبة «عملية برج الحِمل!» Operation ARIES!، وهي لعبة صُممت لتعليم التفكير النقدي والتفكير العلمي لطلاب الجامعات والمرحلة الثانوية. تقوم اللعبة على تسجيل اللاعبين لدى «مكتب العلوم الفيدرالي»؛ لإنقاذ الأرض من الغرباء الذين يستخدمون العلوم السيئة؛ لتحويل البشر إلى مستهلكين بلا عقول. يعمل الطلاب معًا لتقييم تقارير الإعلام الواقعية والمدونات والبيانات الصحفية. يحددون منها ما يحتوي على عيوب بحثية، كالزعم بأنّ علاقة الارتباط تعني التسبب، وبالتالي تُعَدّ دليلًا على نشاط الغرباء.

تضافر الجهود

أحد أكبر العوائق أمام الانتشار واسع النطاق لنظم تعليم المهارات العملية هو عدم ارتباط تجارب عديدة تجرى مرة واحدة بالمقررات الجامعية المتاحة عبر الإنترنت (MOOCs). تقول دافني كولر، المؤسس المشارك لأكبر شركات مقررات الإنترنت المفتوحة، «كورسيرا» في ماونتن فيو، كاليفورنيا: «ينتهي بك الأمر إلى وضع مشروع تطبيقاتك على موقع مجهول، لا يعرفه أي أحد».

تقول كولر إن شركة «كورسيرا» تحاول تغيير هذا الأمر، ليس فقط بتشجيع التجارب كمقرر الفيزياء التمهيدية لشاتز، بل أيضًا بإعادة تطوير برمجياتها؛ حتى يمكنها توفير تطبيقات عملية بجانب مقررات المحاضرات. وفور نشر الإصدار الجديد، سيستطيع المحاضرون في مقررات الإنترنت المفتوحة تثبيت برنامج إضافي؛ لتشغيل خدمة iSpot، مثلًا، أو الحصول على بيئة افتراضية، مثل «إيكوموڤ»، أو تطبيقات للمهارات العملية من ابتكارهم. ويؤمل أن يوفر هذا سوقًا مشتركة لتلك التطبيقات، ويتيح لها انتشارًا أكبر.

يقول شيفر إن ذلك مجرد مثال واحد فقط على التحولات الجذرية التي حرَّكتها ثورة المقررات الجامعية المتاحة عبر الإنترنت (MOOC)، مردِّدًا نقطة أدلى بها مراقبون كثيرون آخرون. ويضيف شيفر: «نظامنا التعليمي أشبه بسترة كبيرة قديمة مريحة رثة». لقد طال أَمَدها، وتبدو غير قابلة للتدمير، لكنْ عندما تسحب منها خيطًا سائبًا، أي بوضع المحاضرات على الإنترنت، تبدأ السترة بالكامل في الانحلال أنكاثًا. يقول شيفر: «إنّ طريقة ترابط ذلك النموذج سابقًا لم تعد فاعلة بعد الآن. «

يرى شيفر أن نسيج النظام التعليمي يعاد غزله الآن مجددًا، وبنتائج لا يستطيع أحد التنبؤ بها.. وذلك ما يجعل هذه اللحظة مثيرة. ويقول: «إننا في موقف نستطيع أن نبدأ فيه التفكير في التعليم بطريقة جديدة تمامًا. «

المصدر

هذه المقالة الرائعة في محتواها تبيّن لنا كم هي مهمة وجود التجارب في أي عملية تعليمية وخاصة في الاختصاصات العلمية كالهندسة والفيزياء وغيرها. هدف هذا المقال هو محاولة ايجاد حل لانعدام التجربة العملية في التعليم الالكتروني وخاصة ذاك التعليم الذي يقوم كاملاً عبر الانترنت ومثله المقررات المجانية الواسعة الانتشار MOOC .

ورغم كون التعليم الالكتروني افتراضياً بالكامل فإن ذلك لا يمنع وجود المختبرات الافتراضية او البعيدة التي يمكن التحكم بها عن بعد ، كما هي تجربة باولو بليكستاين، وهي تجربة ممتازة وممكنة جداً ومتاحة رغم كونها باهظة الثمن.

وبرأيي فإن الطرق المبتكرة الجديدة التي تحدث عنها المقال: (طريقة  مقرر EcoMuve ) و (طريقة الاسئلة المهنية ) و (عملية برج الحِمل) كفيلة بإعطائنا فكرة انه يمكن وبكل تأكيد دمج التعليم النظري بالتعليم العملي ، فالعبرة في التعليم هو اكساب الخبرة النظرية والعملية حتى لو كان هذا التعليم افتراضياً والكترونياً.

ورغم كون الطرق المبتكرة الجديدة فعالة لكن ذلك لم يرقى للأمل المطلوب وهو تضافر جميع الجهود نحو انهاء حالة انعدام الخبرة العملية في التعليم الالكتروني، وهي رسالة هذا المقالة.