Використання віртуального лабораторного стенду LabVIEW у навчанні метрології: практичний кейс для формування вимірювальних компетентностей

Автор(и):

DOI: https://doi.org/10.32782/2307-9770.2026.14.02.03

Мова статті: UKR

Завантажити статтю

Анотація

У статті розглянуто проблему підвищення ефективності навчання метрології у закладах вищої освіти технічного профілю в умовах дистанційного та змішаного навчання. Метою дослідження є розробка та характеристика практичного кейсу для навчання методів прямих і непрямих вимірювань на основі віртуального лабораторного стенду, реалізованого у середовищі LabVIEW, що забезпечує формування предметних і цифрових компетентностей здобувачів освіти спеціальності «Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка». Методологічну основу дослідження складає дослідницько-моделювальний підхід до навчання, реалізований через послідовність структурованих завдань, що передбачають самостійне прийняття інженерних рішень в умовах заданих метрологічних обмежень. На відміну від традиційного практикуму, де студент відтворює наперед визначену послідовність дій, запропонований кейс будується на відкритих завданнях: умова допустимої похибки є жорстким обмеженням, а вибір засобу вимірювання та діапазону – самостійним рішенням здобувача, що потребує попереднього розрахунку на основі метрологічних характеристик приладів. Описано структуру та компонентний склад віртуального стенду, що включає моделі магнітоелектричного вольтамперметра, електронного аналогового мілівольтметра, цифрового мультиметра, дільника напруги, комутаційного пристрою та трьох джерел сигналів. Архітектура стенду реалізована на основі вкладених умовних структур Case Structure у середовищі LabVIEW, що забезпечує динамічне обчислення показів приладів залежно від поточної конфігурації вимірювального кола – на відміну від статичних симуляторів із наперед записаними результатами. Практичний кейс охоплює два блоки завдань. Перший – прямі одноразові вимірювання трьох фізичних величин із різними типами умов точності (відносна похибка, абсолютна похибка, тип вимірюваного сигналу), що формує навичку алгоритмічного вибору засобу вимірювання. Другий – непрямі вимірювання з визначенням коефіцієнта поділу дільника та розширенням діапазону вимірювання, що формує розуміння складання похибок у розрахункових формулах. Окремо описано демонстраційний елемент кейсу – дослідження впливу коефіцієнта множення аналогового приладу на покази та точність результату, що унаочнює зв’язок між налаштуваннями приладу та якістю вимірювання. Наукова новизна роботи полягає в поєднанні трьох елементів у єдиній методичній конструкції: класичного теоретичного апарату метрології, комп’ютерного моделювання вимірювальних процесів у LabVIEW та дослідницьких завдань з відкритою умовою вибору засобу вимірювання. Практичне значення полягає у можливості використання розробленого кейсу як повноцінної лабораторної роботи в умовах очного, дистанційного та змішаного навчання, а також як методологічної основи для розробки аналогічних кейсів з інших розділів курсу метрології та суміжних технічних дисциплін.

Ключові слова

похибка вимірювання; клас точності; дослідницько-моделювальний підхід; непрямі вимірювання; інженерна освіта

Бібліографічні посилання

  1. Hodges C., Moore S., Lockee B., Trust T., Bond A. The Difference between Emergency Remote Teaching and Online Learning / Handbook of Research in Online Learning: Insights and Advances. Leiden ; Boston : Brill, 2024. P. 511–522. DOI: https://doi.org/10.1163/9789004702813_021.
  2. Supporting continuity of learning in Ukraine. URL: https://www.unesco.org/en/global-education-coalition/ukraine-support (дата звернення 15.02.2026)
  3. Тягунова М. Ю., Лаврик В. Р. Віртуальна лабораторія як ефективне рішення під час дистанційної освіти / Системи та технології. 2023. № 2(66). С. 125–131. DOI: https://doi.org/10.32782/2521-6643-2023.2-66.14
  4. Bell S. Project-Based Learning for the 21st Century: Skills for the Future / The Clearing House: A Journal of Educational Strategies, Issues and Ideas. 2010. Vol. 83, No. 2. P. 39–43. DOI: https://doi.org/10.1080/00098650903505415.
  5. Prince M. Does Active Learning Work? A Review of the Research // Journal of Engineering Education. 2004. Vol. 93, No. 3. P. 223–231. DOI: https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2004.tb00809.x.
  6. Sarwono E., Lyau N.-M. Virtual Labs in Electrical Engineering Education During the Covid-19 Pandemic: A Systematic Literature Review / Proceedings of the 4th Vocational Education International Conference (VEIC 2022). Paris : Atlantis Press, 2023. P. 52–59. DOI: https://doi.org/10.2991/978-2-494069-47-3_8.
  7. Li J., Liang W. Effectiveness of Virtual Laboratory in Engineering Education: A Meta-analysis / PLOS ONE. 2024. Vol. 19, No. 12. Article e0316269. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0316269.
  8. Shamshin A. Detailed Analysis of the Advantages of Virtual Laboratory Works in Physics / ScienceRise: Pedagogical Education. 2021. No. 3(42). P. 32–37. DOI: https://doi.org/10.15587/2519-4984.2021.233937.
  9. Lazonder A. W., Harmsen R. Meta-Analysis of Inquiry-Based Learning: Effects of Guidance / Review of Educational Research. 2016. Vol. 86, No. 3. P. 681–718. DOI: https://doi.org/10.3102/0034654315627366.
  10. Adedoyin O. B., Soykan E. Covid-19 Pandemic and Online Learning: The Challenges and Opportunities / Interactive Learning Environments. 2023. Vol. 31, No. 2. P. 863–875. DOI: https://doi.org/10.1080/10494820.2020.1813180.
  11. Wahyudi M. N. A., Budiyanto C. W., Widiastuti I., Hatta P., Bakar M. S. B. Understanding Virtual Laboratories in Engineering Education: A Systematic Literature Review / International Journal of Pedagogy and Teacher Education. 2024. Vol. 7, No. 2. P. 102–118. DOI: https://doi.org/10.20961/ijpte.v7i2.85271.
  12. Elliott C., Vijayakumar V., Zink W., Hansen R. National Instruments LabVIEW: A Programming Environment for Laboratory Automation and Measurement / JALA: Journal of the Association for Laboratory Automation. 2007. Vol. 12, No. 1. P. 17–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jala.2006.07.012.
  13. 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 Medical Education. 2024. Vol. 24. Article 759. DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-024-05758-8
  14. Bonavolontà F., Monaco A., Caputo E., et al. IM-MetaLAB: The First Digital Laboratory for Teaching the Fundamental Concepts of Instrumentation and Measurement in Metaverse / Scientific Reports. 2025. Vol. 15, No. 1. Article 45401. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-29553-7
  15. Sanchez Navarro J. M. Integrating Measurement Uncertainty Analysis into Laboratory Education for the Development of Critical Thinking and Practical Skills // Journal of Chemical Education. 2024. Vol. 101, No. 11. P. 4783–4789. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.4c00583.
  16. Doulougeri K., Vermunt J. D., Bombaerts G., Bots M. Challenge-Based Learning Implementation in Engineering Education: A Systematic Literature Review / Journal of Engineering Education. 2024. Vol. 113, No. 4. P. 1076–1106. DOI: https://doi.org/10.1002/jee.20588.
  17. Raman R., Achuthan K., Nair V. K., Nedungadi P. Virtual Laboratories: A Historical Review and Bibliometric Analysis of the Past Three Decades / Education and Information Technologies. 2022. Vol. 27, No. 8. P. 11055–11087. DOI: https://doi.org/10.1007/s10639-022-11058-9.
  18. Zhang N., Liu Y. Design and Implementation of Virtual Laboratories for Higher Education Sustainability: A Case Study of Nankai University / Frontiers in Education. 2024. Vol. 8. Article 1322263. DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2023.1322263
  19. Elmoazen R., Saqr M., Khalil M., et al. Learning Analytics in Virtual Laboratories: A Systematic Literature Review of Empirical Research // Smart Learning Environments. 2023. Vol. 10. Article 23. DOI: https://doi.org/10.1186/s40561-023-00244-y
  20. Schneider M., Williams S., Ghosh S. Comparison of In-Person and Virtual Labs/Tutorials for Engineering Students Using Blended Learning Principles / Education Sciences. 2022. Vol. 12, No. 3. Article 153. DOI: https://doi.org/10.3390/educsci12030153
  21. Deriba F. G., Saqr M., Tukiainen M. Assessment of Accessibility in Virtual Laboratories: A Systematic Review // Frontiers in Education. 2024. Vol. 9. Article 1351711. DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1351711