Создание так называемых Виртуальных тренажеров - новый путь при решении проблемы организации учебных лабораторий по изучению сложной измерительной аппаратуры и приборов. Эта проблема особенно актуальна при изучении медицинской техники из-за высокой стоимости оборудования. Основное достоинство применения Виртуальных тренажеров в том, что можно создавать системы, не существующие в реальности. То есть системы, состоящие из элементов, недоступных в данный момент для соединения, находящихся в разных частях страны или только за рубежом.
Виртуальные тренажеры могут использоваться как в учебном процессе (при проведении лабораторных работ или для осуществления теоретического допуска к ним), так и для самостоятельного обучения студентов.

Виды виртуальных тренажеров.

Согласно выполняемым функциям Виртуальные тренажеры можно разделить на группы:

1. Обучающие знаниям тренажеры - Электронные учебники (ЭУ). За счет широкого использования средств мультимедиа (графики, анимации, звука) существенно повышается эффективность обучения. Современные технологии позволяют легко дополнять присутствующие в ЭУ математические формулы "всплывающими" подсказками, а графические иллюстрации - контекстными пояснениями.

2. Контролирующие тренажеры - программы тестирования, предназначенные для проверки знаний студента по темам лабораторных работ. Они могут применяться для самоподготовки или для получения теоретического допуска к работе. В состав тестов можно включать вопросы, позволяющие установить степень готовности студента к осмысленной работе с тренажером. Для усиления контролирующего эффекта результаты прохождения тестов оцениваются в баллах, студенту сообщается количество пройденных тестов и сумма штрафных баллов. Для минимизации угадывания ответов в программе блокируется вывод на экран информации с результатом каждого отдельного теста.

3. Обучающие умениям тренажеры - мультимедийные анимационные имитаторы, предназначенные для имитации изменения состояний физического оборудования (приборов, устройств) при различных условиях, создавая иллюзию действий с физической аппаратурой. Основной их особенностью является максимально полное воспроизведение внешнего вида физических устройств (передних панелей, шкал, стрелок и других элементов показывающих и регистрирующих приборов) и элементов управления ими (кнопок, тумблеров, переключателей), а также движения отдельных элементов в соответствии с воздействиями пользователя на основе создания анимационных объектов и сложных сцен. Студент получает возможность подробно рассмотреть техническое устройство, ознакомиться с его деталями, а также выполнить ограниченный набор действий, связанных с разборкой или настройкой прибора.

Следует отметить, что полноценная Виртуальная лаборатория должна обязательно включать тренажеры всех перечисленных видов.

Основные принципы разработки виртуальных тренажеров.

Для эффективного виртуального тренажера необходимо создать удобную для пользователя среду, в которой пользователь сможет легко ориентироваться, сосредоточив свое внимание на учебном материале, вопросах тестов и порядке работы, а не на управлении программой тренажера.

На основании имеющегося опыта можно выделить несколько основных правил при разработке ЭУ:

1. Обязательное использование фреймов. Деление области экрана на несколько самостоятельных окон позволяет решить задачи навигации, упростить пользователю поиск нужной информации, более эффективно организовать диалог (контекстные подсказки, замечания, помощь). Желательно, чтобы структура фреймов не менялась значительно в ходе работы, так как мелькание фреймов на экране утомит пользователя и запутает его.
2. Необходимо, по возможности, уменьшить прокрутку. Лучше разбить материал на главы, для просмотра каждой главы пользователь не должен тратить много времени. Иллюстрации, фотографии, анимационные клипы должны быть такого размера, чтобы целиком умещаться на экране.
3. Чтение большого количества текста с экрана утомляет глаза, поэтому текст можно продублировать звуком. Особенно удобно это по отношению к эл. схемам: вместо того, чтобы перебегать глазами с рисунка на описание, пользователь может изучать схему, слушая пояснения к ней.

В Тверском государственном техническом университете разработана Виртуальная лаборатория, включающая электронный учебник, программу тестирования и мультимедийный виртуальный тренажер-имитатор. Программа может быть использована для проведения лабораторных работ и проверки знаний студентов, но в большей степени ориентирована на самостоятельную работу студентов.
Виртуальный тренажер имеет два режима работы: знакомство со стендом и выполнение работы. При разработке тренажера использовались фотографии реального стенда. С помощью редактора трехмерных сцен 3D STUDIO MAX фотографиям придан объем и создано большое количество анимационных клипов движений элементов стенда. Следует отметить, что стенд имеет ограниченное количество движущихся элементов. Это различные стрелки, отметки шкал, рукоятки, кнопки, тумблеры, переключатели. Остальное оборудование неподвижно и в программе тренажера выполняет роль фона. Движущиеся элементы внедрялись на этом фоне в трехмерные сцены и для них создавались сценарии анимации.
При выполнении работы на виртуальном тренажере пользователю предоставлена такая же свобода действий, как и при работе с реальным стендом. Пользователь не ограничен жесткой последовательностью действий. В тренажере не реализована функциональная зависимость между движениями элементов, для фиксации состояний используются цифровые коды. Они скрыты от пользователя и меняются по ходу его действий. Изменения кодов заставляет движущиеся элементы стенда принимать заранее известные положения. Существует набор состояний движущихся элементов стенда, цифровые коды для этих состояний жестко определены и постоянно контролируются, промежуточные состояния стенда не проверяются. Таким образом, пользователь может достигать желаемых результатов различными путями. Например, порядок включения и выключения двух независимых устройств не имеет значения и пользователю разрешается производить эти операции в произвольном порядке. При этом если пользователь существенно нарушает порядок работы, так, что на реальном стенде работа не могла бы выполняться, то виртуальный стенд также не работает. Некоторые действия пользователя могут вызвать так называемую "нештатную ситуацию" (моделируется авария, поломка оборудования), они влекут за собой наказание пользователя. Возможность моделирования подобных нештатных ситуаций - одно из достоинств виртуальных тренажеров, так как на реальном дорогостоящем оборудовании подобные действия студента не допускаются.