ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТАРШЕЙ ШКОЛЫ: АНАЛИЗ ПОНЯТИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается понятие виртуальных лабораторных работ по физике, предназначенных для учащихся старшей школы. Проведён анализ существующих подходов к определению данного вида учебных средств. Предложена классификация виртуальных лабораторных работ по ряду оснований (степень интерактивности, способ моделирования, дидактическая цель). Выявлен дидактический потенциал таких работ с точки зрения формирования экспериментальных умений, визуализации абстрактных явлений и повышения мотивации к изучению физики.

Ключевые слова. Виртуальная лабораторная работа, физика, старшая школа, классификация, дидактический потенциал, компьютерное моделирование, интерактивное обучение.

Введение. Физика как учебный предмет в старшей школе традиционно опирается на сочетание теоретического материала и экспериментальной деятельности. Лабораторные работы являются важнейшим элементом формирования естественно-научного мировоззрения и практических навыков. Однако в условиях цифровой трансформации образования, а также при ограниченной оснащённости физических кабинетов (дефицит оборудования, расходных материалов) возникает необходимость поиска альтернативных форм организации экспериментальной деятельности. Одной из таких форм выступают виртуальные лабораторные работы.

Актуальность исследования обусловлена несколькими факторами. Во-первых, современные школьники активно используют цифровые технологии, что делает виртуальные среды естественным каналом обучения. Во-вторых, федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС СОО) требуют формирования у учащихся умений проводить учебные исследования и эксперименты, в том числе с использованием цифровых ресурсов. В-третьих, анализ практики показывает, что многие школы не могут обеспечить выполнение всех лабораторных работ, предусмотренных программой, из-за отсутствия или износа оборудования. Виртуальные лабораторные работы способны частично решить эту проблему, не заменяя полностью реальный эксперимент, а дополняя его там, где он затруднён или невозможен (например, при изучении ядерной физики или микромира).

Задачи исследования

1. Проанализировать существующие определения понятия «виртуальная лабораторная работа по физике» и уточнить его содержание.

2. Выявить основания для классификации виртуальных лабораторных работ в контексте обучения физике в старшей школе.

3. Оценить дидактический потенциал виртуальных лабораторных работ для развития познавательной активности, экспериментальных умений и понимания физических законов.

4. Определить ограничения и условия эффективного использования виртуальных лабораторных работ в образовательном процессе.

Объект исследования — процесс обучения физике в старшей школе с использованием цифровых образовательных ресурсов.

Предмет исследования — содержание, структура и дидактические свойства виртуальных лабораторных работ по физике для учащихся 10–11 классов.

Основные результаты

В научно-методической литературе встречаются разные трактовки: от «программного имитатора реального лабораторного стенда» до «интерактивной среды, позволяющей изменять параметры опыта и наблюдать результат». Обобщая, под виртуальной лабораторной работой по физике мы понимаем программно-реализованную модель физического опыта или серии опытов, которая позволяет пользователю (учащемуся) самостоятельно изменять начальные условия, управлять ходом эксперимента, получать количественные и качественные результаты, а также формировать выводы в интерактивном режиме.

Классификация. На основе анализа существующих цифровых ресурсов (PhET Interactive Simulations, «Открытая физика», виртуальные лаборатории «1С: Образование», компьютерные модели в среде GeoGebra и др.) предложена классификация по следующим основаниям:

1. По степени интерактивности:

- Демонстрационные (только показ процесса, управление минимально).

- С элементами управления (изменение 1–2 параметров).

- Полностью интерактивные (свободное задание параметров, сборка установки, регистрация данных).

2. По способу физического моделирования:

- Аналитические (основаны на точных формулах, результат вычисляется).

- Численные (моделирование методом конечных разностей, например, движение под действием нескольких сил).

- Игровые/симуляционные (упрощённая физика ради наглядности).

3. По дидактической цели:

- Обучающие (изучение нового явления).

- Тренировочные (отработка навыков измерений и расчётов).

- Контролирующие (встроенные задания и тесты).

- Исследовательские (свободный выбор параметров, проверка гипотез).

4. По уровню соответствия реальному оборудованию:

- Абстрактные (схематичное представление).

- Реалистичные (интерфейс, имитирующий реальные приборы — мультиметры, осциллографы).

Дидактический потенциал.

Проведённый теоретический анализ позволяет выделить следующие возможности виртуальных лабораторных работ:

- Визуализация невидимого (поля, траектории частиц, линии индукции, распространение волн).

- Безопасность — возможность изучать процессы с высокими напряжениями, радиоактивным излучением, взрывами без риска для здоровья.

- Масштабирование времени — ускорять или замедлять процессы (например, движение планет или колебания в контуре).

- Экономическая эффективность — многократное использование без расходных материалов.

- Индивидуализация — учащийся работает в своём темпе, может повторить опыт многократно.

- Формирование экспериментальных умений — интерпретация графиков, снятие показаний, построение зависимостей.

Выводы

1. Виртуальные лабораторные работы по физике являются самостоятельным дидактическим средством, которое не сводится к простой иллюстрации или видеофрагменту. Их отличительная черта — интерактивность и возможность управления параметрами.

2. Предложенная классификация помогает учителю целенаправленно выбирать тип виртуальной лабораторной работы в зависимости от учебной задачи: для первичного знакомства, отработки навыков или исследовательской деятельности.

3. Дидактический потенциал виртуальных лабораторных работ наиболее полно раскрывается при их интеграции с реальным экспериментом, а не при полной замене последнего. Рекомендуется использовать виртуальные работы на этапе подготовки к реальному опыту, для изучения явлений, недоступных в школьной лаборатории, или для выполнения домашних лабораторных заданий.

4. Основными ограничениями являются отсутствие прямого сенсорного контакта с оборудованием и риск формирования иллюзии «игрушечности» эксперимента. Для преодоления этих ограничений необходима методически грамотная работа учителя, включающая рефлексию сходств и различий виртуальной и реальной моделей.

Заключение: таким образом, виртуальные лабораторные работы по физике обладают высоким дидактическим потенциалом и могут рассматриваться как эффективное дополнение к традиционной лабораторной практике в старшей школе.

Список литературы:

1. ФГОС среднего общего образования (утв. приказом Минобрнауки России от 17.05.2012 № 413, с изм.).
2. PhET Interactive Simulations. – URL: https://phet.colorado.edu (дата обращения: 09.06.2026).
3. Бабичева И.В., Кудрявцева Е.А. Виртуальные лабораторные работы в школьном курсе физики: понятие и классификация // Физика в школе. – 2022. – № 4. – С. 34–39.
4. Львовский В.А. Компьютерные модели на уроках физики: от демонстрации к исследованию // Информатика и образование. – 2021. – № 2. – С. 20–27.
5. Семушин И.В. Виртуальные лабораторные работы: достоинства и ограничения // Открытое образование. – 2020. – Т. 24. – № 6. – С. 51–58.
6. Чумакова Е.Н., Степанов А.А. Дидактический потенциал интерактивных симуляций в обучении физике // Современные проблемы науки и образования. – 2023. – № 1. – URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=32200 (дата обращения: 09.06.2026).