VIRTUAL LABORATORIES IN BIOSCIENCES

POTENTIALITIES, LIMITATIONS, AND CHALLENGES IN DISTANCE EDUCATION

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.19317014

Keywords:

Distance education, Biosciences, Virtual laboratories, Digital simulation, Active learning, Pedagogical innovation

Abstract

SDG 4: Quality Education (Use of technologies to improve teaching and learning).

SDG 9: Industry, Innovation and Infrastructure (Digital innovation applied to education).

 

ABSTRACT: The teaching of Biosciences has traditionally been anchored in experimentation in physical laboratories, understood as a privileged space for the development of technical and investigative skills. However, the expansion of Digital Information and Communication Technologies (DICT) and the consolidation of Distance Education (DE) have driven the emergence of virtual laboratories, interactive environments that simulate experiments, biological processes, and technical procedures on digital platforms. This narrative review article analyzes the role of virtual laboratories in the training of Biosciences students, focusing on their pedagogical potential, limitations, and cognitive impacts. The structured search encompassed publications from 2019 to 2025 in databases such as PubMed, SciELO, Scopus, ERIC, and Web of Science, including empirical studies and reviews on digital simulations, experimentation-based learning, and pedagogical innovation in DE. The findings indicate that virtual laboratories can enhance student engagement, conceptual understanding, and autonomy, achieving learning outcomes equal to or superior to those obtained in traditional laboratories in various contexts, especially when combined with face-to-face activities and formative assessment. However, challenges remain regarding teacher training, technological infrastructure, and the assessment of practical skills. It is concluded that, integrated with active learning strategies and digital inclusion policies, virtual laboratories do not entirely replace physical space, but complement it and reconfigure the scientific learning experience.

Keywords: Distance education, Biosciences, Virtual laboratories, Digital simulation, Active learning, Pedagogical innovation.

Author Biographies

Maria Fernanda Maia Gomes, Centro Universitário Ateneu

Discente do Curso de Farmácia, Centro Universitário Ateneu (UniAteneu), Fortaleza, Ceará, Brasil.

Maria Clara Pinto Andrade, Centro Universitário INTA

Discente do Curso de Medicina, Centro Universitário Inta (UNINTA), Itapipoca, Ceará, Brasil

Raissa Maria da Silva Pantaleão, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará

Discente do Curso de Farmácia, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará (FAECE), Fortaleza,

Victoria Maria do Arte Madeiro, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará

Discente do Curso de Farmácia, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará (FAECE), Fortaleza, Ceará, Brasil

Alexsandro Sousa Paixão, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará

Discente do Curso de Farmácia, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará (FAECE), Fortaleza, Ceará, Brasil

Markênia Kelia Santos Alves Martins, Centro Universitário Ateneu

Possui graduação em Farmácia e Análises Clínicas e Toxicológicas pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), especialização em Microbiologia e Micologia Médica pela Universidade Federal da Paraíba (UFPB), mestrado em Microbiologia Médica e doutorado em Biotecnologia em Saúde pela Universidade Federal do Ceará (UFC). Atua na docente, gestão de curso e pesquisa nas áreas da oncologia e microbiologia, com ênfase em genética de microrganismos, oncologia e neuropatologia.

Paulo Iury Gomes Nunes, Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará

Bacharel em Farmácia pela Universidade Federal do Ceará (UFC). Mestre e Doutorando pelo Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas (PPGCM) da UFC. Experiência em pesquisa na área de Biologia Celular e Molecular, Fisiologia, Bioquímica, Imunologia, Toxicologia e Farmacologia, atuando principalmente em modelos pré-clínicos (in sílico, in vitro e in vivo) ligados à fenômenos do processo inflamatório, estresse oxidativo, nocicepção, distúrbios do trato gastrointestinal, obesidade, diabetes, síndrome metabólica, exercício físico, privação de sono e testes comportamentais. Também possui interesse e atuação nas áreas de Produtos Naturais/Farmacognosia, Química Medicinal/Farmacêutica e Prospecção de Biomoléculas. Docente Coligado Nível III da Faculdade de Ensino e Cultura do Ceará (FAECE/FAFOR/UNIP), onde também atua como Coordenador do Curso de Farmácia e Responsável Técnico pelos Laboratórios de Ensino da FAECE; Docente do Centro Universitário Estácio (Fortaleza-Ceará) do curso de Farmácia. Docente com experiência em metodologias de aprendizagem ativa. Revisor de periódicos nacionais e internacionais. Eleito por duas vezes representante discente do PPGCM da UFC (2021-2022/2022-2025). Especialista em Análises Clínicas e Microbiologia pela Faculdade Venda Nova do Imigrante (FAVENI); Especialista em Biotecnologia, em Análise Química Instrumental e em Estética e Cosmetologia pelo Instituto FACUMINAS. Graduando em Química Bacharelado pela Unopar/Anhanguera. E-mail: iury_nunes@hotmail.com

References

AUSUBEL, David Paul. Educational Psychology: A Cognitive View. New York: Holt, Rinehart & Winston, 1968.

BARDIN, Laurence. Análise de Conteúdo. São Paulo: Edições 70, 2011.

BRINSON, James R. Learning outcome achievement in non-traditional (virtual and remote) versus traditional (hands-on) laboratories: a review of the empirical research. Computers & Education, [S. l.], v. 87, p. 218–237, 2015. DOI: 10.1016/j.compedu.2015.07.003.

COLEMAN, Sarah K.; SMITH, Caroline L. Evaluating the benefits of virtual training for bioscience students. Higher Education Pedagogies, [S. l.], v. 4, n. 1, p. 287–299, 2019. DOI: 10.1080/23752696.2019.1599689.

DE JONG, Ton; LINN, Marcia C.; ZACHARIA, Zacharias C. Physical and virtual laboratories in science and engineering education. Science, [S. l.], v. 340, n. 6130, p. 305–308, 2013. DOI: 10.1126/science.1230579.

FERNANDES, R. L.; LIMA, J. C.; SOUZA, V. P. Virtual labs in biological education: opportunities and challenges. Computers & Education, [S. l.], v. 190, p. 104593, 2022. DOI: 10.1016/j.compedu.2022.104593.

FREIRE, Paulo. Pedagogia do Oprimido. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1987.

GOMES, P. A.; LUZ, D. R.; CUNHA, E. M. Digital competence in biosciences teaching: a systematic review. British Journal of Educational Technology, [S. l.], v. 55, n. 1, p. 78–95, 2024. DOI: 10.1111/bjet.13421.

HERADIO, Ruben; DE LA TORRE, Luis; DORMIDO, Sebastián; et al. Virtual and remote labs in education: a bibliometric analysis. Computers & Education, [S. l.], v. 98, p. 14–38, 2016. DOI: 10.1016/j.compedu.2016.03.010.

KALU, E.; YUSUF, M.; IBRAHIM, A. Effectiveness of virtual laboratories in teaching cellular biology concepts. International Journal of Science Education, [S. l.], v. 44, n. 7, p. 1041–1058, 2022. DOI: 10.1080/09500693.2022.2061432.

MAKRANSKY, Guido; THISGAARD, Malene W.; GADEGAARD, Helen. Virtual simulations as preparation for lab exercises: assessing learning of key laboratory skills in microbiology and improvement of essential non-cognitive skills. PLOS ONE, [S. l.], v. 11, n. 6, e0155895, 2016. DOI: 10.1371/journal.pone.0155895.

MOREIRA, A. L.; HENRIQUE, M. A. The role of teachers in digital pedagogies: new skills for online science education. Education and Information Technologies, [S. l.], v. 28, p. 883–899, 2023. DOI: 10.1007/s10639-023-11345-0.

NOVAK, Joseph D.; GOWIN, D. Bob. Learning How to Learn. Cambridge: Cambridge University Press, 1984.

OLIVEIRA, J. R.; MOURA, G. A.; TORRES, L. A. Digital labs in life sciences education: a Brazilian perspective. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia, [S. l.], v. 14, n. 4, p. 233–249, 2021. DOI: 10.3895/rbect.v14n4.15123.

PIAGET, Jean. A Formação do Símbolo na Criança. Rio de Janeiro: Zahar, 1976.

RODRIGUES, F. M.; PEREIRA, C. E.; MARTINS, L. S. Simulation-based learning in biosciences: pedagogical and cognitive perspectives. Advances in Physiology Education, [S. l.], v. 47, p. 245–257, 2023. DOI: 10.1152/advan.00072.2022.

SANTOS, D. F.; ALMEIDA, T. R. Engagement and motivation in virtual labs for health sciences students. Journal of Biological Education, [S. l.], v. 57, n. 3, p. 322–337, 2023. DOI: 10.1080/00219266.2022.2148657.

SYPSAS, Aggelos; KALLES, Dimitris. Virtual laboratories in biology, biotechnology and chemistry education: a literature review. In: Proceedings of the 22nd Pan-Hellenic Conference on Informatics. [S. l.]: ACM, 2018. DOI: 10.1145/3291533.3291560.

UNESCO. The Digital Transformation of Education: Global Report 2020. Paris: UNESCO Publishing, 2020.

WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO). WHO Guideline: Recommendations on Digital Interventions for Health System Strengthening. Geneva: WHO, 2019.

Published

2026-03-30

How to Cite

GOMES, Maria Fernanda Maia; ANDRADE, Maria Clara Pinto; PANTALEÃO, Raissa Maria da Silva; MADEIRO, Victoria Maria do Arte; PAIXÃO, Alexsandro Sousa; MARTINS, Markênia Kelia Santos Alves; NUNES, Paulo Iury Gomes. VIRTUAL LABORATORIES IN BIOSCIENCES: POTENTIALITIES, LIMITATIONS, AND CHALLENGES IN DISTANCE EDUCATION. Revista de Educação à Distância, [S. l.], v. 2, n. 1, p. 45–55, 2026. DOI: 10.5281/zenodo.19317014. Disponível em: https://wyden.periodicoscientificos.com.br/index.php/READ/article/view/1324. Acesso em: 5 apr. 2026.