Поєднання віртуального та натурного експериментів як основа для підтвердження ефективності використання інтерактивних середовищ в освітньому процесі

Abstract

точки зору розвитку віртуально орієнтованого навчального середовища. У дослідженнях науковців розглядаються різні аспекти проблеми. Загалом показано, що впровадження комп’ютерних технологій у практику навчання фізики є одним з напрямів підвищення ефективності навчального процесу. В той же час можемо констатувати, що не всі методичні питання, пов’язані з комп'ютеризацією навчання (і не лише фізики), розроблені досить детально, що ускладнює впровадження ІКТ у педагогічну практику, зокрема у систему навчального фізичного експерименту. Можливості використання комп’ютерних моделей ще досліджені не повністю, тому перспективи подальших наукових розробок вбачаємо у поєднанні віртуального і натурного експериментів, яке стане основою для підтвердження ефективності використання віртуальних лабораторій в освітньому процесі під час занять із комп’ютерного моделювання у фізиці. У статті описано використання двох видів програмного забезпечення методом отримання комп’ютерної моделі фізичного явища: це віртуальна фізична лабораторія та розробка комп’ютерної моделі на мові програмування. При розробці віртуальних лабораторій дотримуємося твердих принципів: відповідність навчальній програмі, інтерактивність, доступність, автоматизація аналізу. Дослідження зосереджено на порівнянні результатів навчання студентів, що використовують віртуальні лабораторії, та традиційних методів навчання. Аналіз показує, що інтеграція віртуальних експериментів дозволяє підвищити якість освіти, сприяє розвитку критичного мислення та навичок вирішення проблем. Отримані результати підтверджують, що віртуальні лабораторії можуть бути ефективним інструментом для поліпшення освітнього процесу в різних дисциплінах. Дослідження підтверджує гіпотезу, що впровадження віртуальних лабораторій у викладання фізики сприяє формуванню компетентностей майбутніх спеціалістів та відповідає викликам сучасної освіти.

Relevance. The article raises the issue of modernization of education through the introduction of innovative technologies, in particular virtual laboratories, in the study of physics. The emphasis is on the need to overcome the limitations of traditional laboratory work due to the high cost of equipment and time costs. The importance of developing research skills in students is emphasized, which is a key aspect of modern education. The relevance of the use of STEM education is also emphasized. Objective. To substantiate the effectiveness of using virtual laboratories in the educational process during classes on computer modeling in physics. To show that the introduction of virtual laboratories into physics teaching contributes to the formation of competencies of future specialists and meets the challenges of modern education. Methods. Analysis of scientific literature on the use of virtual laboratories in teaching physics. Development and implementation of virtual laboratory work using the PhET, GeoGebra, Python, etc. platforms. Comparative analysis of the learning outcomes of students using virtual laboratories and those studying using traditional methods. Conducting a survey of students to assess their level of interest in using virtual laboratories. Conducting a field experiment to study the oscillations of a mathematical pendulum in the laboratory. Comparison of the results of virtual laboratories with the results of a field experiment. Results. The effectiveness of using virtual laboratories to improve the quality of education and develop research skills has been confirmed. It has been shown that virtual laboratories allow you to model complex physical phenomena and conduct experiments that cannot be carried out in real conditions. It has been found that the use of virtual laboratories helps to increase students' interest and motivation to study. The results of experiments are provided, which confirm the coincidence of the results of virtual laboratories with theoretical and real data. The data of a student survey were obtained, which confirm the high level of interest of students in this method. The advantages and disadvantages of using virtual laboratories are identified. Conclusions. Virtual laboratories are a powerful tool for teaching physics, which allows you to optimize the process of learning the material and make it more accessible and interesting for students. Their implementation in computer modeling classes contributes to the development of practical skills and deepening of theoretical knowledge. In the future, the development of such laboratories may become a standard in the educational process.