معامل افتراضية باستخدام المحاكاةةاكاحملا

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262، ، الدورة الثامنةالدورة الثامنة ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

.... وتم قبوله للنشر يوم .... ، ومراجعته يوم .... تم استقبال هذا البحث يوم

....رقم البحث

معامل افتراضية باستخدام المحاكاةمعامل افتراضية باستخدام المحاكاة ، محمود أصغر، محمود أصغرعبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

جامعة الجوف، كلية العلوم واآلداب بطبرجل، المملكة العربية السعودية،

[email protected] ،[email protected]

الباب أهداف

عبر . منذ فترة ليست بالقصيرة رنت والدراسة عن بعدلقد ظهر التعليم عبر االنت

عبارة عن مواقع وصفحات ويب، في البداية كانت معظم أنواع التعليم عن بعد

ثم تطورت .للطالب بديل عن الكتاب أو دفتر المحاضراتوتمثل مواقع ويب ساكنة

ة الدراسة عن بعد مع ظهور الصحفات الديناميكية، حيث أصبحت الدروس تفاعلي

.ويستطيع الطالب أن يجيب على بعض االسئلة ويقييم نفسه

في هذه الورقة تم وضع مقترحات لالستفادة من الحوسبة السحابية والمحاكاة

. االفتراضيفي إضافة خاصية جديدة للتعليم عن بعد، أال وهي التدريب العملي

مكمل سعى هنا لتوفير معامل افتراضية وتوفير التدريب عن بعد كجزءنحيث

قمنا في هذه الورقة بالمرور على أمثلة ناجحة في . للتعليم االلكتروني النظري

تجربة المعامل االفتراضية ووضعنا مقترح لالستفادة من هذه التجارب الناجحة

.وتكاملها مع الحوسبة السحابية لتمكين الطالب من القيام بالجانب العملي عن بعد

، ، المحاكاةالمحاكاةتعليم عن بعد، التدريب عن بعد، تعليم عن بعد، التدريب عن بعد، ابية، الابية، الالحوسبة السحالحوسبة السح: : الكلمات الجوهريةالكلمات الجوهرية

..، الصفحات السالكنة، الصفحات الديناميكية، الصفحات السالكنة، الصفحات الديناميكيةالمعامل االفتراضيةالمعامل االفتراضية

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

مقدمةمقدمة 11

إن انخفاض سعر الحواسيب والهواتف النقالة وسهولة استخدامها وتوفر االنترنت

في كل مكان ورخص تكلفته، وتحول كل معامالتنا عبر االنترنت جعل انتشار

. 0، شكل رقم[0] سب والهاتف النقال واالنترنت قد وصل كل مكتب وكل بيتالحا

تقنية هذا االنتشار دفع كل المؤسسات الحكومية والخاصة من االستفادة من

استخدم االنترنت أيضا توسع التعليم في .وتحويل كل عملياتها عبرهااالنترنت

العديد من البرمجيات التي تدعم كذلك ظهرت ، ووضع معظم الخدمات في االنترنت

قع الويب التي تشرح المواد األكاديمية وتوفر الفصول االفتراضية، والكثير من موا

هنا يستطيع الطالب الحصول على . فيما يسمى التعليم عن بعدنظرية المحاضرات ال

.محاضراته ودروسه عبر االنترنت دون الذهاب لجامعة أو معهد

6100 و 6110 بينعدد مستخدمي االنترنت زيادة (: 0)شكل رقم

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

ITU Statistics (http://www.itu.int/ict/statistics) منمأخوذة

العمليالعملي التدريبالتدريباحتياجات احتياجات 22

هذا التطبيق وقد يكون ، التدريب هو عملية تطبيق ماتعلمناه من دروس نظرية

عتمدا على المعلم فقط وال يحتاج أجهزة أو معامل مثل تدريس التجويد وتدريس م

ولكن هنالك انواع . (قد يحتاج معمل صوتيات فقط) غة العربية أو االنجليزيةالل

أخرى من التدريب تحتاج معمل ومعدات ومواد تستخدم في التجارب مثل الكيمياء

.والفيزياء

أيضا هنالك بعض أنواع التدريب تحتاج معامل معينة قد ال تستطيع الجامعة أو

ل تطبيق التدريب، مثل بناء سحابة خاصة أو المعهد الحصول عليها، أو حتى يستحي

.عامة أو بناء حوسبة شبكية وتعليم كل طالب القيام بهذا العمل على حدة

أيضا قد . ومكان ووقت مال وخبرةمثل هذه األنواع من التدريب تحتاج إلى

يتعرض المتدرب لمخاطر نتيجة التدريب وال بد من احتياطات سالمة، إن لم تتوفر

فمثال إذا كنت . ضرار بليغة نتيجة لالستخدام الخاطئ لألجهزة أو الموادقد تحدث أ

أقوم بتجربة كيمائية وقمت بخلط مادتين بالخطأ فقد تنفجر هذه المواد وتضر بكل ما

.في المعمل من متدريب وأجهزة ومدربين

التجارب السابقةالتجارب السابقة 33

تجارب ناجحة في التدريب النظريتجارب ناجحة في التدريب النظري 1.31.3

افتراضية عبر اإلنترنت، فاألستاذ والمتدرب من السهل استخدام حلقات تدريبية

و فصل افتراضي عبر غرف المحادثةيمكن أن يكونوا في بيوتهم ، ويشكلون حلقة أ

( المعلم)يكون المايكروفون عند متحدث واحد ما هنا غالبا . مثل غرف البالتوك

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

واء يقوم بشرح الدرس، ثم ينتقل المايكروفون ألحد الطالب، ليقوم بالمشاركة سف

.بعرض ما تعلم على األستاذ أو بالسؤال

ا النوع من التدريب، مثلهنالك الكثير من األمثلة الحقيقية التي استخدم فيها هذ

هو أحد المواقع المشهورة التي توفر فصول افتراضية ( factway)طريقة الحقيقة

، وما على عبر االنترنت لتعليم التجويد وتحفيظ القرآن الكريم والمحاضرات الدينية

الطالب إال أن يكون لديه حاسب يدعم تعدد الوسائط بمايكروفون وسماعة، واتصال

.[6] باالنترنت، ليسجل ويصبح طالبا منتظما في هذه الفصول

تجارب ناجحة في التدريب العملي اإلفتراضيتجارب ناجحة في التدريب العملي اإلفتراضي 1.31.3

المعامل االفتراضية أنواع مختلفة نذكر منها هنا المعمل االفتراضي باستخدام

.المحاكاة والنوع اآلخر هو المعمل االفتراضي باستخدام الحوسبة السحابية

المعمل االفتراضي باستخدام المحاكاة 1.6.0

لتدريبات العملية، مثل تعلم قيادة السيارة تم استخدام المحاكاة في العديد من ا

والطائرة وغيرها، فهي بهذا تغني عن الكثير من األجهزة والمعدات، وتقي من

خطورة استخدام هذه األجهزة والتعامل معها، وقد ال نحتاج لشراء معدات وأجهزة

.دمفهي تقلل التكلفة وتضمن سالمة االستخدام وسالمة المستخ. مكلفة للتدرب عليها

اعتمدت الكثير من الجهات في التدريب العملي على المحاكاة مثل شهادة

ي في تهيئة والتحكم في التي يعتمد تدريبها العمل( للتدريب على الشبكات)سيكسو

برنامج يحاكي هذه الموجهات، يمكنك تحميله من االنترنت باستخدام الموجهات

تحتاج على آاللف الدوالرات لشراء ، بينما س(إذا كنت طالبا لديهم)دون أي تكلفة

هذه االخيرة معرضة للتلف موجهات حقيقية لتدريب الطالب عليها، وفد تكون

.[1]والضياع

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

مثل .[4]أيضا هنالك الكثير من المعامل االفتراضية في الفيزياء والكيمياء

ا شركة مالتي طورته كروكودايل الكيمياءوبرنامج الفيزياءبرنامج كروكودايل

الطالب من اجراء تجارب بشكل سهل ومرن هذه البرامج تمكنحيث .مجد للتطوير

بدء تنفيذ مشروع المعالم في عالم افتراضي دون هدر مواد أو وجود معمل وقد

وذلك بعد أن بعد أن [5]السعودية مدرسة بالمملكة العربية 0261االفتراضية في

.مدرسة بالمملكة 0012تم تجربته مسبقا في

الذي يستخدم CloudSimبرنامج استخدام المحاكاة في الناجحة أيضا من األمثلة

.[2] وتطبيقات عليها محاكاة بناء نماذج حوسبة سحابية في

حابية موثوق بها سرائدة في مجال تقديم خدمات الحوسبة السحابية هي تكنولوجيا

سحابة قيد التطويرنجاح هذه الخصائص في نظم ولضمان .وقابلة للتطوير وآمنة

بحيث يمكن التحكم فيها لتقييم ة للتكرارمنهجيات قابلالبد من وقت كافي و

. منتجات السحابةمطوري قبل من جديدة السياسات الوالجديدة التطبيقات السحابية

حجم يوالتجارب هذه يحد من وعمل تجارب عليها سحابة حقيقة ألن استخدام و

لذلك يعتبر صعبة للغاية،مهمة الحصول على نتائج مختلفة ختبارات ويجعل اال

.في هذا المجال مهم جدا ام المحاكاةستخدا

ةوموسع ةمعممية مرنة وتطويرتزفير بيئة من CloduSimويهدف المحاكي

المهتم بمجال التطوير في الحوسبة السحابية من تطوير والمحتص مكن الباحث ت

وتعديلها وتعييرها كما يشاء ، هاحوسبة السحابية وتطبيقاتللالبنى التحتية ومحاكاة

مجال الحوسبة السحابية دون يالتي تهمه فقضايا الستخدم التركيز على تيح للموي

االهتمام بالنبية التحتية للسحابة وتفاصيلها والتركيز على ما يريد من عمل في

.المجال

يساعد في اجراء تجارب في مجال GridSim محاكاة يسمى برنامجهنالك أيضا

د دون الحاجة لبناء حوسبة شبكية بالتجرب التي تريالحوسبة الشبكية واالهتمام

.[2] حقيقية ومعامل واجهزة ومعدات

فوائد التدريب االفتراضيفوائد التدريب االفتراضي 44

وضح من التدريب الحقيقي، ذلك ألن قد يكون التدريب االفتراضي أقوى وأسهل وأ

تائج واضحة ألسباب تكون النتجربة عملية في الواقع قد ال قد يجري المتدرب

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

إعادة يستطيع المتدرب مناخية أو فنية أو غيرها، أما في التدريب االفتراضي ف

كذلك يمكن . إعادة مشاهدة النتائج دون هدر مواد أو موارد أوربة عدة مرات التج

خ تار المنايخوقد . مرات ومرات وبطرق مختلفة وبسهولةربة تكرار التجللمتدرب

تجربة ما في الصيف إجراء بالمتدرب قوم ي، فقد والوقت المناسب الجراء التجربة

لشخص قيادة يمكن أيضا . قارن بين النتيجتينيالشتاء وفي ةتجربيعيد في نفس الثم

قودها وهي يقودها في جو ضبابي، وقد يالطائرة افتراضيا في جو صحو ، و

األحوال وبكل األوضاع، هذه اإلمكانيات للتدريب كل مشتعلة ، أو مختطفة، وفي

.العملي يستحيل توفرها في التدريب الفعلي حتى ومع أعلى اإلمكانيات

قد يقود شخص ة من مخاطر االستخدام، فمثال من فوائد التدريب االفتراضي الوقاي

طائرة افتراضيا في جو محاكاة يشبه في تفاصيله كل شي واقعي، ولكن هنا إذا

ستطيع يوهكذا . سقطت الطائرة فلن تتضرر أنت وال طائرتك وال الذين من حولك

صبح قائدا يقود الطائرة مرات ومرات دون الخوف من الفشل، حتى يأن المتدرب

.[2] اقعيستطيع التجربة على أرض الوماهرا، بعدها

فيمكن للؤسسة التعليمية هنا سيحل التدريب االفتراضي كل المشاكل سابقة الذكر،

ت سالمة ولن مكان، مدرب، معدات، وال أدواتدريب الطالب دون الحاجة إلى

هذا باإلضافة إلى أن المتدرب يمكنه تكرار التجارب . المتدرب لمخاطريتعرض

. عدة مرات دون أن يمل البرنامج أو تصرف مواد أكثر إلعادة التجربة

:لآلتيفقد بتعرض تجربة كيميائية لخلط محلولين قام متدرب بإجراء مثال إذا

مخاطر ناجمة عن عملية الخلط.

د في التجربة قد تكون باهظ السعراستهالك موا

كون بحاجة إلعادة التجربةال يالحظ الطالب النتائج ويأو يفهمقد ال.

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

إعادة المدرب ب افق أو ال يسمح وقته وقد ال يومتدرب معيحتاج الطالب

.التجربة

هنا البد )متدربون آخرون يريدون فرصتهم في عمل التجربة طالب هنالك

(.دة األساتذة المشرفينمن زيادة المواد وزيا

مثال في الشتاء )في مناخين مختلفين التجارب إجراء بعض الطالب حتاج يقد

مستحيلة في الخاصية تكون هذه و، (والصيف، أو في الجو الصحو وفي الضباب

.التدريب الواقعي

ولكن ماذا إذا كانت . إذن المتدرب مقيد بالزمن، بالمواد المتاحة، باألستاذ المدرب

التجربة افتراضية باستخدام برنامج محاكاة؟ هذه

:يستطيع المتدرب أن يقوم بالتجربة دون الخوف من

مخاطر التجربة.

زمن المدرب.

استهالك المواد.

توفر األجهزة.

إعادة التجربة.

(.مستحيلة في التدريب الواقعي)إعادة مشاهدة النتائج

تحديات التدريب االفتراضيتحديات التدريب االفتراضي 55

حتاج إلى أجهزة عالية السرعة، خاصة إذا كانت تبعض برامج المحاكاة

هنا يصعب استخدام األجهزة العادية . البرامج التدريبية التي نريد تطبيقها ضخمة

. مكلف جدا( سوبر كمبيوتر)في ذلك، ونجد أن تكلفة شراء أجهزة فائقة السرعة

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

ن لذلك يمكن استخدام معامل سحابية رخيصة وسريعة ومالئمة لنظم المحاكاة ع

.[9] طريق بناء حوسبة سحابية أو تأجير معامل في السحاب

واالفتراضيواالفتراضي عناصر التدريب الواقعيعناصر التدريب الواقعي 66

:6، شكل رقم اآلتيمن بالجامعات غالبا ما تكون عناصر التدريب

(.وقد يكون هنالك نسخ إلكترونية على موقع الجامعة)قاعة الدرس للتدريس النظري

مل التدريب العمليمع.

(.التدريب العملي يشرف علىاألستاذ الذي يدرس النظري، واألستاذ الذي )هيئة التدريس

الطالب.

األجهزة والمعدات التي يحتاجها المعمل.

المواد التي تستخدم في إجراء التجارب.

اإلدارة لإلشراف.

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

عناصر التدريب الواقعي(: 6)شكل رقم

لبناء معامل اكاديمية ب االفتراضي فيمكننا إنشاء وحدة ولكن بالنسبة للتدري

(1شكل ) :إفتراضية كاآلتي

الدروس االلكترونية تصميمقسم.

(االفتراضيةمعامل ال) برامج محاكاة تصميمقسم.

(.للنظري والعملي)هيئة التدريس

اتاحة المعامل االفتراضية على السحابة.

عبر حساباتهم في السحابةل معامتمكين الطالب من الوصول لهذه ال.

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

.عناصر التدريب االفتراضي: (1)شكل رقم

الخالصة والتوصياتالخالصة والتوصيات 88

المعامل االفتراضية ما هي إال برامج تم تصميمها لمحاكاة جهاز أو بيئة عملإن

هذه المعامل توفر لنا الكثير من الجهد . ، بحيث تكون مطابقة الرض الواقعمعينة

. أي طالب استخدامها والتعامل معها بكل سهولة ويسروالمال والوقت، ويستطيع

المتدرب لن يتردد من التعامل معها ما في هذه المعامل االفتراضية أنوأهم

فهو يستطيع إغالق المعمل . واستخدامها خوفا من الفشل أو الخطر أو هدر المال

د أو تعديل اخطاءه دون خسارة مواوإعادة تشغيل المعمل بنقرة فأرة ويستطيع

.أجهزة

ناها في هذه الورقة مختبرات الكيمياء والفيزياء التي رمن التجارب الناجحة التي ذك

.طبقت في اكثر من ثالث آاللف مدرسة بالمملكة العربية السعودية

أيضا من التجارب الناحجة التي يجب علينا االستفادة منها وتطبيقها في مجاالت

ير من طالبنا في الدول العربية من الذي مكن الكث CloudSimأخرى تجربة

االستفادة منه وخصوصا أن معظم جامعاتنا ليس لديها بيئة حوسبة سحابية، وحتي

فيها أو إجراء نشاء تطبيقات إمن هاال تسمح لطالب اتمثل هذه التقني كالتي تمتل

.تجارب عليها

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

المراجعالمراجع 99

1. Statistics, I. Global numbers of individuals using the

Internet, total and per 100 inhabitants, 2001-2011.

Available from: http://www.itu.int/ict/statistics.

2. FactWay. Factway for teaching QUran. Available from:

http://www.factway.net/quran-care.php.

3. Cisco. Cisco Networking Academy. Available from:

http://www.cisco.com/web/learning/netacad/index.html.

4. MGD. Virtual Laboratories. Available from:

http://www.emgd.com/.

5. paper, A.-m.n. start using virtual labrotaries in 1720

school in KSA. 5-12-2012; Available from:

http://www.al-madina.com/node/403153.

6. Melbourne, D.o.C.S.a.S.E.a.t.U.o. CloudSim: A

Framework For Modeling And Simulation Of Cloud

Computing Infrastructures And Services. Available from:

http://www.cloudbus.org/cloudsim.

7. Melbourne, T.C.C.a.D.S.L.a.U.o. GridSim: A Grid

Simulation Toolkit For Resource Modelling And

Application Scheduling For Parallel And Distributed

Computing. Available from:

http://www.cloudbus.org/gridsim/.

8. University, S.o.E.a.C. Flight Simulation Laboratory.

Available from:

http://www.cranfield.ac.uk/soe/facilities/page5265.html.

9. project, N. Parallel Supercomputer Simulations for

Education. Available from:

http://www.phy.syr.edu/courses/mra/.

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

قائمة المصطلحات المترجمةقائمة المصطلحات المترجمة

الترجمة االنجليزية المصطلح باللغة العربية

distance learning التعليم عن بعد

distance training بعد التدريب عن

Virtual laboratories المعامل االفتراضية

Grid Computing الحوسبة الشبكية

Cloud computing الحوسبة السحابية

Simulation المحاكاة

Routers موجهات

Forums منتديات

Static pages صفحات سالكنة

Dynamics pages صفحات ديناميكية

ة للباحثينة للباحثينالسيرة الذاتيالسيرة الذاتي

: عثمانأحمد محمد عبدالرحمن

، قسةةم كليةةة العلةةوم واآلداب بطبرجةةل –جامعةةة الجةةوف

علوم الحاسب

العنوان

:الوظيفة الحالية استاذ مساعد

61066106ديسمبر ديسمبر 6262--6262الدورة الثامنة، الدورة الثامنة، ––المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية المؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب باللغة العربية

:التخصص (معالجة متوازية ونظم موزعة)علوم حاسوب

:الدراسة

جامعةةةة –كليةةةة العلةةةوم الرياضةةةية –دكتةةةوراة فةةةي علةةةوم الحاسةةةوب

الخرطوم

611

2

جامعةةةة –كليةةةة العلةةةوم الهندسةةةية –ماجسةةةتير فةةةي علةةةوم الحاسةةةوب

امدرمان االسالمية

099

9

جامعةةةة –كليةةةة العلةةةوم الرياضةةةية –بكةةةاالريوس علةةةوم الحاسةةةوب

الخرطوم

099

6

:محمود الحسن علي أصغركلية العلوم واآلداب بطبرجل، قسم –جامعة الجوف

علوم الحاسب

العنوان

:ة الحاليةالوظيف محاضر

ماجستير من جامعة – (ذكاء صناعي)علوم حاسوب

.6101 –باكستان –كومسات

:التخصص

الملخص باللغة االنجليزيةالملخص باللغة االنجليزية

Virtual Labrotiries using Simulation

Abstract. Online education and distance learning appeared

since long time ago. Online education is actually the

globalization of ideas and the use of technology to exchange

ideas and providing access to more people. Few years ago, it

was started as static distance education through which the

medium was not enough for exchanging ideas. Students faced

a lot of problems due to the lack of technology.

With the advancement in technology, independent education

has become much more accessible for globally connected

جامعة الجوفجامعة الجوف، ، عبدالرحمن عثمانعبدالرحمن عثمان

students where educational institutions linked by modern

communication technologies.

With the recent development of advanced technology, the

management learning system, adaptive learning and mobile

learning system come to introduce.

In this paper some proposals have been discussed by taking

advantage of cloud computing and simulation to add a new

methodology for distance education, namely distance training

where we are able to provide a remote training as an integral

part of the e-learning theory. In this paper, we make a survey

and set a successful examples in a virtual laboratory to make

our proposal in a way so that students can take advantage from

these successful experiences and integration with cloud

computing enable students to expand their direction towards

practical side

Keywords: Cloud computing, Static pages, Dynamic pages,

Simulation, Virtual labrotaries, Distance learning, Distance

training.