COMBINING VIRTUAL AND FULL-SCALE EXPERIMENTS AS A BASIS FOR CONFIRMING THE EFFECTIVENESS OF USING INTERACTIVE ENVIRONMENTS IN THE EDUCATIONAL PROCESS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32782/2415-3605.25.1.4

Keywords:

virtual laboratories, simulations, computer experiment, model, digital tools

Abstract

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.

References

Дементієвська Н. П. Використання інтернет-ресурсів для навчального експерименту з курсу фізики середньої школи. Електронне наукове фахове видання «Інформаційні технології і засоби навчання», 2012. № 3 (29). ULR: http://www.journal.iitta.gov.ua.

Жук Ю. О., Соколюк О. М., Дементієвська Н. П., Слободяник О. В., Соколов П. К. Використання Інтернет технологій для дослідження природних явищ у шкільному курсі фізики: посібник за ред. Ю. О. Жука; Ін-т інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України. Київ: Атіка, 2014. 172 с.

Подласов С. О., Матвійчук О. В. Особливості проведення лабораторних робіт з фізики в технічному університеті під час дистанційного навчання. Інформаційні технології і засоби навчання. 2023. Том 93, №1. С. 152–162.

Сальник І. В. Інтеграція реального та віртуального навчального фізичного експерименту в старшій школі. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук. Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова. Київ, 2016. 40 с.

Салтикова А. І., Завражна О. М. Позитивні та негативні аспекти використання віртуальних лабораторних робіт під час навчання фізики в закладах вищої освіти. Розвиток інтелектуальних умінь і творчих здібностей учнів та студентів у процесі навчання дисциплін природничо-математичного циклу «ІТМ*плюс – 2020»: матеріали ІІІ Міжнародної дистанційної науково-методичної конференції (квітень – травень 2020 р.): Суми, 2020. С. 97–98.

Семеніхіна О. В., Шамоня В. Г. Віртуальні лабораторії як інструмент навчальної та наукової діяльності. Педагогічні науки: теорія, історія, інноваційні технології. Суми: Вид-во СумДПУ імені А. С. Макаренка, 2011. № 1(11). С. 341–346.

Семеніхіна О., Юрченко А. Формування інформатичної компетентності вчителя математики і фізики на основі використання спеціалізованого програмного забезпечення. Наукові записки. Серія: Проблеми методики фізико-математичної і технологічної освіти. Частина 3. Кіровоград: РВВ КДПУ ім. В. Винниченка, 2015. Вип. 8. С.52–57.

Ткаченко В. М., Жадан О. С. Використання інтерактивних симуляцій на уроках фізики у старшій школі. Збірник наукових праць фізико-математичного факультету ДДПУ, 2024. Вип. 14. С. 148–153.

Федчишин О. М., Мохун С. В., Чопик П. І. Методичні основи використання Phet-симуляцій у процесі вивчення фізики. Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: педагогіка, 2022. № 1. С. 16–24.

Юрченко А. О., Хворостіна Ю. В. Віртуальна лабораторія як складова сучасного експерименту. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія: Педагогіка. Соціальна робота. 2016. Вип. 2 (39). С. 281–283.

Ballantyne C. Multiple-Choice Tests: Test Scoring and Analysis, 2000. URL: hhttp://cleo.murdoch.edu.au/evaluations/pubs/mcq/scpre.html

Basher H., Isa S. A. On-Campus and Online Virtual Laboratory Experiments with LabVIEW. Conference Paper SoutheastCon, 2006. DOI: 10.1109/second.2006.1629372

Basher H., Isa S. A. Laboratory experiments using NI ELVIS. Conference: Southeastcon, 2008. IEEE. DOI: 10.1109/SECON.2008.4494323

Gonzalez-Gomez D. et al. Automatic Web-Based Grading System: Application in an Advanced Instrumental Analysis Chemistry Laboratory. Journal of chemical education. 2013. 90(3). Р. 308–314. DOI: 10.1021/ed3000815

Charlott Sellberg, Zeinab Nazari Mads Solberg. Virtual Laboratories in STEM Higher Education: A Scoping Review. Nordic Journal of Systematic Reviews in Education, 2024. Vol. 2, p. 58–75.

Ma J., Nickerson J. V. Hands-on, simulated, and remote laboratories: A comparative literature review. ACM Computing Surveys, 2006. Vol. 38, №. 3. doi: https://doi.org/10.1145/1132960.1132961

Loreta Juskaite. The impact of the virtual laboratory on the physics learning process. Society. Integration. Education. Proceedings of the International Scientific Conference, мay 24th–25th, 2019. Vol. 5. P. 159–16.

Olena Tsvetkova, Olena Piatykop, Antonina Dzherenova, Olha Proninа, Tetiana Vakaliuk and Irina Fedosova. Development and implementation of virtual physics laboratory simulations for enhanced learning experience in higher education. Workshop on Cloud Technologies in Education, December 22, 2023. Kryvyi Rih, Ukraine. Р. 98–110.

Open Source Physics. ULR: https://www.compadre.org/osp/

PhET: Free online physics, chemistry, biology, earth science and math simulations. ULR: https://phet.colorado.edu/

Selma Korlat, Helmut Hlavacs, Christiane Spiel, Marlene Kollmayer, Daniel Martinek, Christian Haider, Patrick Pazour. Phylab – a virtual reality laboratory for experiments in physics: a pilot study on intervention effectiveness and gender differences. Original Research, Frontiers Psychol, 19 February 2024 Sec. Educational Psychology, vol.15. doi.org/10.3389/fpsyg.2024.1284597

Tatli Z., Ayas A. Effect of a Virtual Chemistry Laboratory on Students' Achievement. Educational Technology Society, 16, 2013. P. 159-170

Tsidylo I. M., Shevchyk L. O., Hrod I. M., Solonetska H. V., Shabaga S. B. A computer simulation of population reproduction rate on the basis of their mathematical models. Journal of Physics: Conference Series, 2022. 2288(1), 012014.

Virtual Labs. Merlot. ULR: https://virtuallabs.merlot.org/

Daniel Fernández-Avilés, Diego Dotor, Daniel Contreras, Jose Carlos Salazar. Virtual labs: a new tool in the Education. 13th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation (REV). UNED, Madrid, Spain, February 2016. P. 271–272. ULR: https://www.researchgate.net/publication/301529564_Virtual_labs_A_new_tool_in_the_education_Experience_of_Technical_University_of_Madrid

Published

2025-04-29