Розробка практичного кейсу з вивчення балістичного руху

Автор(и):

DOI: https://doi.org/10.32782/2307-9770.2025.13.04.05

Мова статті: UKR

Завантажити статтю

Анотація

У статті розглянуто проблему підвищення ефективності вивчення теми балістичного руху в курсі фізики у закладах вищої освіти в умовах змішаного та дистанційного навчання. Метою дослідження є розробка та обґрунтування практичного кейсу з вивчення балістичного руху, що поєднує теоретичні положення класичної механіки, комп’ютерне моделювання та дослідницьку діяльність здобувачів освіти з метою формування предметних і цифрових компетентностей. Методологія дослідження ґрунтується на дослідницько-моделювальному підході до навчання та включає поетапну організацію навчальної діяльності: проблемну постановку, теоретичне опрацювання матеріалу, математичне й комп’ютерне моделювання, виконання дослідницьких завдань, критичний аналіз результатів, узагальнення та рефлексію. У межах кейсу використано класичні рівняння руху, принципи розкладання сил на проєкції, інтегрування диференціальних рівнянь та методи структурного моделювання з подальшою реалізацією моделі в середовищі Matlab Simulink. Особливу увагу приділено визначенню початкових умов руху, аналізу впливу кута кидка, початкової сили, маси тіла та висоти старту на характеристики траєкторії. Результати дослідження полягають у створенні цілісного практичного кейсу, який дозволяє здобувачам освіти візуалізувати балістичний рух, самостійно змінювати параметри моделі, аналізувати отримані траєкторії, час польоту та дальність кидка, а також встановлювати причинно-наслідкові зв’язки між фізичними величинами. Показано, що застосування комп’ютерного моделювання сприяє глибшому розумінню фізичної сутності явища, підвищує мотивацію до навчання та активізує пізнавальну діяльність здобувачів освіти. Оригінальність дослідження полягає у поєднанні класичного аналітичного опису балістичного руху з його структурним поданням та комп’ютерною реалізацією в межах одного навчального кейсу, що дозволяє інтегрувати фізику, математику та інформаційні технології в єдиний навчальний процес. Практичне значення роботи полягає у можливості використання розробленого кейсу під час проведення лабораторних і практичних занять з фізики в очному, дистанційному та змішаному форматах, а також у процесі підготовки фахівців інженерних і технічних спеціальностей. Запропонований підхід може бути адаптований до різних рівнів підготовки здобувачів освіти та використаний для модернізації методики викладання механіки відповідно до компетентнісного підходу.

Ключові слова

фізична освіта; навчання на основі дослідницьких робіт; комп’ютерне моделювання; структурне моделювання; Matlab Simulink; класична механіка; динаміка снарядів; STEM-освіта; цифрові компетенції; вища освіта, навчання студентів автоматизації

Бібліографічні посилання

1. Galynska O., Bilous S. Remote learning during the war: challenges for higher education in Ukraine. International Science Journal of Education & Linguistics. 2022. Vol. 1. No. 5. PP. 1–6. DOI: https://doi.org/10.46299/j.isjel.20220105.01

2. Opanasenko Y., Novikova V. Distance Learning in Higher Education: The Experience of the Covid-19 Pandemic and War in Ukraine. Educational Challenges. 2022. Vol. 27. No. 2. PP. 151-168. DOI: https://doi.org/10.34142/2709-7986.2022.27.2.11

3. Левчук, О., Левчук, К., Гусак, Л., Гаврилюк, Н. Технологія змішаного навчання в закладах вищої освіти в умовах війни. European Humanities Studies: State and Society. No. 2. PP. 62-89. DOI: https://doi.org/10.38014/ehs-ss.2022.2.03

4. Kononova N., Berbyuk Lindström N., Panchuk A. Teaching and Learning amid War Crisis: Perceptions of Ukrainian Academic Staff and Students on Online Education. IBIMA Business Review. 2024. Vol. 2024. Article ID 465847. DOI: https://doi.org/10.5171/2024.465847

5. Процак Т. В., Проняєв Д. В., Забродська О. С. Актуальність дистанційного навчання в умовах воєнного часу. Morphologia. 2023. Т. 17. № 3. С. 168-173. DOI: https://doi.org/10.26641/1997-9665.2023.3.168-173

6. Gomez M. J. The Impact of Inquiry-Based Learning in Science Education: A Systematic Review of Student Engagement and Achievement. Journal of Education, Learning, and Management. 2025. Vol. 2. No. 2. PP. 353-363. DOI: https://doi.org/10.69739/jelm.v2i2.1143

7. Oliveira H., Bonito J Practical work in science education: a systematic literature review. Front. Educ. 2023. Vol. 8. 1151641. DOI: 10.3389/feduc.2023.1151641

8. Lager A., Lavonen J. Engaging Students in Scientific Practices in a Remote Setting. Education Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 5., 431. DOI: https://doi.org/10.3390/educsci13050431

9. Bao L., Koenig K. Physics education research for 21st century learning. Discip Interdscip Sci Educ Res. 2019. Vol. 1. Art. No. 2. PP. 1-12. DOI:  https://doi.org/10.1186/s43031-019-0007-8

10. Volkwyn T. S., Airey J., Gregorcic B., Heijkenskjöld F. Transduction and science learning: Multimodality in the physics laboratory. Designs for Learning. 2019. Vol. 11. Iss. 1. PP. 16–29. DOI: https://doi.org/10.16993/dfl.118

11. Wadsworth F. B., Vasseur J., Foster A., Smith A. P. W., Byatt N. A., Allgood C., Loisel A., Bintang F., Squirrell D., Paine A., Bretagne E., Brown J., Winstanley R., Lavallée Y., Brown R. J., Kueppers U. Projectile motion: experimental datasets and classroom exercises. Physics Education. 2025. Vol. 60. Iss. 4. Art. No. 045024. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6552/add2c5

12. Wee L. K., Chew Ch., Goh G. H., Tan S., Lee T. L. Using Tracker as a pedagogical tool for understanding projectile motion. Physics Education. 2012. Vol. 47. Iss. 4. PP. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-9120/47/4/448

13. Maxa J., Šabacká P., Bayer R., Binar T., Bača P., Švecová J., Talár J., Vlkovský M., Dobšáková L. The Tuning of a CFD Model for External Ballistics, Followed by Analyses of the Principal Influences on the Drag Coefficient of the .223 Rem Caliber. Technologies. 2025. Vol. 13. Iss. 5. C. 1-31. DOI: https://doi.org/10.3390/technologies13050190

14. Said A. A., Mbewe H. P., Mgimba M. M., Namanolo H. S., Rashid Sh. M., Ussi S. I. Mass Dependent Computational Analysis of Projectile Motion under Quadratic Air Drag Using the Runge-Kutta Method. Open Journal of Applied Sciences. 2025. Vol. 15. Iss. 12. PP. 4023-4042. DOI: https://doi.org/10.4236/ojapps.2025.1512260

15. Шкатуляк Н. М., Усов В. В., Павловський В. В. Кейс-стаді як елемент адаптивного навчання. Наукові записки. Серія: Педагогічні науки. 2024. № 216. С. 335-342. DOI:  https://doi.org/10.36550/2415-7988-2024-1-216-335-242

16. Yang W., Zhang X., Chen X. et al. Based case based learning and flipped classroom as a means to improve international students’ active learning and critical thinking ability. BMC Med Educ. 2024. 24:759. DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-024-05758-8

17. Chen Ch. Yu. Flipped classroom with case-based learning for improving preservice teachers’ classroom management learning outcomes. Teaching and Teacher Education. 2024. Vol. 152. 104785. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tate.2024.104785

18. Donkin R., Yule H., Fyfe T. Online case-based learning in medical education: a scoping review. BMC Med Educ. 2023. 23:564. DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-023-04520-w

19. Гуревич Р. С., Євтухівський М. В. Особливості формування цифрової компетентності здобувачів освіти в технічних університетах. Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівців: методологія, теорія, досвід, проблеми. 2025. № 77. С. 17-28. DOI: https://doi.org/10.31652/2412-1142-2025-77-17-29

20. Muzulon N. Z., Resende L. M., Leal G. C. L., Pontes J. Beyond Technical Skills: Competency Framework for Engineers in the Digital Transformation Era. Societies. 2025. Vol. 15. Iss. 8. 217. DOI: https://doi.org/10.3390/soc15080217