Использование виртуальной лаборатории LabVIEW при обучении физике на примере моделирования вольт-амперной характеристики p–n перехода

в статье представлена методика использования виртуальной лабораторной среды LabVIEW при изучении вольт-амперной характеристики p–n перехода в процессе подготовки будущих учителей физики. Исследование направлено на повышение эффективности обучения за счёт интеграции цифрового моделирования, математического анализа и исследовательской деятельности обучающихся. Разработана цифровая модель полупроводникового диода на основе уравнения Шокли, реализованная в среде LabVIEW. Для подтверждения достоверности модели проведена её количественная верификация с использованием относительной и абсолютной погрешностей, коэффициента детерминации (R² = 0,99864) и критерия χ² Пирсона. Особое внимание уделено педагогическим аспектам применения виртуальных лабораторий в образовательном процессе. Результаты педагогического эксперимента показали, что использование цифрового моделирования способствует развитию исследовательских компетенций, аналитического мышления, навыков обработки экспериментальных данных и повышению познавательной активности студентов. Полученные результаты подтверждают эффективность интеграции виртуальных лабораторных технологий в процесс обучения физике и позволяют рекомендовать разработанную методику для подготовки будущих учителей физики в системе высшего педагогического образования. this article presents a methodology for the use of the virtual laboratory environment LabVIEW in studying the current–voltage characteristics of a p–n junction in the training of future physics teachers. The study aims to improve the effectiveness of physics education through the integration of digital modeling, mathematical analysis, and students’ research activities. A digital model of a semiconductor diode based on the Shockley equation was developed and implemented in the LabVIEW environment. To verify the reliability of the model, a quantitative validation procedure was carried out using relative and absolute error analysis, the coefficient of determination (R² = 0.99864), and Pearson’s chi-square (χ²) criterion. Particular attention is paid to the pedagogical aspects of applying virtual laboratories in the educational process. The results of the pedagogical experiment demonstrated that the use of digital modeling contributes to the development of students’ research competencies, analytical thinking, experimental data processing skills, and cognitive engagement. The obtained results confirm the effectiveness of integrating virtual laboratory technologies into physics education and support the application of the proposed methodology in higher pedagogical education for the training of future physics teachers.

Hali tarjima qilinmagan