تطوير مفاعل حيوي قائم على الواقع الافتراضي وتجريبه في مختبرات التصنيع الحيوي والهندسة البيئية

تمهيد

تواجه المختبرات التعليمية في تخصصات التصنيع الحيوي والهندسة البيئية معضلة مزمنة تتمثل في ارتفاع كلفة المعدات المتخصصة ومحدودية توفرها، فالمفاعلات الحيوية الصناعية أجهزة باهظة لا تستطيع كثير من المؤسسات التعليمية اقتناءها أو إتاحتها لجميع الطلاب للتدرب عليها بحرية، ومن هنا برزت تقنيات الواقع الافتراضي والألعاب التعليمية التفاعلية بديلًا واعدًا يتيح للطالب استكشاف الأنظمة المعقدة والتدرب على تشغيلها في بيئة آمنة قابلة للتكرار، وتقدم دراسة الحالة هذه تجربة عملية في تطوير نظام مفاعل حيوي افتراضي تفاعلي وتوظيفه في مقررين مختلفين، فتجمع بين منظور التطوير والدمج من جهة ومنظور التجريب والتقويم عبر التخصصات من جهة أخرى

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى تحقيق غايتين متكاملتين، أولاهما تطوير نظام لعبة مفاعل حيوي افتراضي تفاعلي ودمجه في صورتين هما لعبة حاسوبية بزاوية رؤية مقدارها 360 درجة ولعبة واقع افتراضي غامرة لصالح مقرر مختبر في التصنيع الحيوي، وثانيتهما التجريب الاستكشافي لاعتماد مفاعل الواقع الافتراضي ذاته في مقرر مختبر للهندسة البيئية مع تقييم جدوى استخدامه في هذا التخصص الجديد، ويعيد النظام الافتراضي إنشاء مفاعل حيوي من الفولاذ المقاوم للصدأ بسعة 30 لترًا شاملًا لوحة التحكم والمعدات المساندة والأنابيب والعناصر الرئيسة، ويدعم أنشطة محاكاة من قبيل التعرف إلى المكونات وتشغيل عملية التعقيم بالبخار في المكان، وقد طور النظام أولًا لمقرر التصنيع الحيوي وطبق فيه أداة تدريب تلبي احتياجات التعلم، ثم جُرب لاحقًا في مقرر الهندسة البيئية حيث لم تكن أنظمة المفاعلات المادية متاحة، وحُللت بيانات أداء الطلاب في المختبر واستجاباتهم على استبانة بلغ عدد المشاركين فيها 13 مشاركًا لفهم مشاركتهم الأساسية وخبرتهم المدركة بالواقع الافتراضي ومستوى راحتهم ورضاهم

ثانيًا: أبرز النتائج

أولًا، أظهر الطلاب مشاركة مرتفعة مع النظام الافتراضي، إذ تعرف 85 بالمئة منهم إلى 30 مكونًا أو أكثر من مكونات المفاعل البالغ عددها 35 مكونًا خلال تجربة واقع افتراضي مدتها خمس دقائق فقط، وهو مؤشر قوي على سرعة التعلم الاستكشافي داخل البيئة الغامرة

ثانيًا، ظهرت المشاركة السلوكية جلية في سلوك الطلاب أثناء الاستكشاف وفحص النظام ومكوناته بعناية، فلم يكونوا متلقين سلبيين بل فاعلين يتنقلون ويدققون ويجربون داخل المحاكاة

ثالثًا، أبلغ الطلاب عن مستويات مرتفعة من الراحة والرضا إلى جانب الاستمتاع بالتجربة الغامرة والانخراط في التأمل حولها، مما يعني أن التقنية لم تكن عائقًا نفسيًا أو معرفيًا أمام التعلم بل بوابة جاذبة له

رابعًا، قدم الطلاب مقترحات تتعلق بتحديات دوار الحركة الرقمي وبطلب مزيد من التفاعلات داخل النظام، وستوجه هذه المقترحات التحسينات المستقبلية في تصميم التجربة الافتراضية وتوسيع إمكاناتها التفاعلية

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تشير النتائج إلى جدوى تطبيق لعبة المفاعل الحيوي بالواقع الافتراضي في مختبرات الهندسة البيئية بديلًا عن معدات مختبرية مكلفة وغير متاحة، رغم أن النظام طور أصلًا لمختبر تصنيع حيوي، وتفتح إمكانية توظيفه في مختبرات تخصصات متعددة الباب لدراسات مستقبلية حول اعتماد وحدات الواقع الافتراضي عبر التخصصات ومراعاة البعد بين التخصصي عند تطوير هذه الوحدات أو تطبيقها، وتفيد هذه التجربة مخططي المناهج العملية في الكليات الهندسية والعلمية العربية التي تعاني مؤسسات كثيرة منها شح المعدات المتقدمة وازدحام المختبرات، إذ يمكن للوحدات الافتراضية أن توسع فرص التدريب الآمن والمتكرر قبل الاحتكاك بالمعدات الحقيقية، أما طلاب الدراسات العليا والباحثون في تقنيات التعليم فيجدون في الدراسة نموذجًا لتقويم الجدوى والمقبولية عند نقل تقنية تعليمية من تخصص إلى آخر

وخلاصة القول إن الواقع الافتراضي لم يعد ترفًا تقنيًا في التعليم الهندسي والعلمي، بل أداة عملية قادرة على حمل مختبرات مكلفة إلى قاعات الدراسة وشاشات الطلاب، وإن نجاح تجربة المفاعل الحيوي الافتراضي عبر تخصصين مختلفين يشجع على استثمار أوسع في وحدات افتراضية مصممة بعناية وقابلة للمشاركة بين التخصصات