THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
29
СОВРЕМЕННЫЕ ЦИФРОВЫЕ РЕШЕНИЯ В ИНЖЕНЕРНОЙ
ПЕДАГОГИКЕ: ВИРТУАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО
ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА РАСШИРЕНИЯ
Ш.М.Рахимова1, А.Ш.Адилова2
1Совместный Белорусско-Узбекский межотраслевой институт прикладных технических
квалификаций в городе Ташкенте, Ташкент, Узбекистан
2Ташкентский государственный экономический университет, Ташкент, Узбекистан
h ps://doi.o g/10.5281/zenodo.17712235
Аннотация. В статье рассматриваются современные цифровые технологии,
применяемые в инженерной педагогике для организации экспериментального обучения.
Особое внимание уделено виртуальному эксперименту по определению коэффициента
линейного расширения твердых тел как эффективному инструменту формирования
инженерных компетенций. Описаны методические подходы, педагогические
преимущества и перспективы внедрения виртуальных лабораторных стендов в систему
инженерного образования.
Ключевые слова: инженерная педагогика; цифровые технологии; виртуальные
лаборатории; тепловое расширение твёрдых тел; интерактивные симуляторы;
цифровизация образования; е izika. u.
Abs ac . The a icle examines mode n digi al echnologies used in enginee ing pedagogy
o o ganizing expe imen al lea ning. Special a en ion is gi en o he i ual expe imen on
de e mining he coe icien o linea expansion o solids as an e ec i e ool o de eloping
enginee ing compe encies. The pape desc ibes me hodological app oaches, pedagogical
ad an ages, and p ospec s o implemen ing i ual labo a o y s ands in o he sys em o
enginee ing educa ion.
Keywo ds: enginee ing pedagogy; digi al echnologies; i ual labo a o ies; he mal
expansion o solids; in e ac i e simula o s; digi aliza ion o educa ion; e izika. u.
Введение
Современная инженерная педагогика находится в процессе цифровой
трансформации, направленной на повышение эффективности и интерактивности
образовательного процесса. Одной из ключевых тенденций последних лет является переход
от традиционных лабораторных практикумов к виртуальным экспериментам, основанным
на компьютерных симуляциях физических процессов [1]. Виртуальные лаборатории
предоставляют преподавателю и студенту возможность проведения экспериментов без
ограничений, связанных с материально-техническим обеспечением, безопасностью и
временем. Одним из примеров успешной реализации таких решений является виртуальный
стенд по определению коэффициента линейного расширения твердых тел, который
позволяет обучающимся изучить температурную зависимость длины вещества и
экспериментально подтвердить закон теплового расширения [2].
Инженерная педагогика и цифровизация физического эксперимента
Инженерная педагогика как научная область ориентирована на развитие практико-
ориентированного мышления, экспериментальных навыков и способности применять
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
30
научные знания для решения инженерных задач. Внедрение цифровых технологий в этот
процесс позволяет повысить доступность и эффективность обучения [3].
Цифровизация инженерного образования подразумевает использование
интерактивных симуляторов, виртуальных лабораторий и онлайн-платформ (например,
е izika. u, PhET In e ac i e Simula ions, Labs e ), обеспечивающих имитацию реальных
физических явлений с высокой точностью. В таких средах студенты могут наблюдать
результаты изменения параметров в режиме реального времени, самостоятельно проводить
измерения и анализировать данные, повторять эксперимент без ограничений по времени и
работать с различными материалами и условиями [4].
Виртуальная интерактивная установка «Изучение расширения твердых тел»:
h p://e izika. u/h ml5/29/index.h ml
Рис.1. Интерактивный виртуальный стенд
Теоретические основы метода
Тепловое расширение твёрдых тел - одно из фундаментальных явлений,
отражающих зависимость линейных размеров тела от температуры. Причиной теплового
расширения твердых тел является ангармоничность колебаний атомов в кристаллической
решетке. Количественной характеристикой теплового расширения служат коэффициенты
линейного и объемного расширения.
Пусть
0
l
– длина образца при 0C, l – длина образца при температуре
, тогда
разность длин
0
lll −=
пропорциональна
0
l
и разности температур
. Можно записать
lll =− 00
,
(1)
где
– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом линейного
расширения. Из (1) имеем:
l
ll
−
=
0
0
или
l
l
=
0
.
(2)
Коэффициент линейного расширения, показывает увеличение каждой единицы
длины тела при нагревании на 1 К, при этом считаем
не зависящим от температуры.
Практически при небольших изменениях температуры
незначительно
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
31
изменяется, поэтому для расчетов можно воспользоваться величиной среднего
коэффициента линейного расширения
( ) ( )
121121
12
l
l
l
ll
−
=
−
−
=
,
(3)
где
1
и
2
– начальная и конечная температуры тела,
1
l
и
2
l
– длина тела,
соответствующая этим температурам.
Измерение этого параметра имеет важное значение в инженерной практике – при
проектировании конструкций, машин, приборов, где температурные деформации могут
существенно влиять на точность и надежность работы систем.
Методика проведения виртуального эксперимента
Виртуальный стенд по определению коэффициента линейного расширения
реализован в форме интерактивной установки, включающей металлический стержень,
нагреватель с терморегулятором, цифровой датчик температуры и измерительную шкалу
для фиксации изменения длины.
1. Ознакомление с интерфейсом виртуального стенда.
2. Ввод исходных параметров: длина образца, материал, диапазон температур.
3. Постепенный нагрев стержня и фиксация значений температуры и длины.
4. Построение графика зависимости Δl от Δ .
5. Определение коэффициента линейного расширения по углу наклона графика.
6. Сравнение полученных результатов с табличными данными для
соответствующего материала.
Виртуальный стенд предусматривает возможность выбора образцов из различных
металлов, что позволяет исследовать зависимость коэффициента линейного расширения от
типа материала. Такая вариативность обеспечивает индивидуализацию эксперимента для
каждого обучающегося.
Педагогические преимущества виртуального эксперимента
1. Безопасность и доступность – исключены риски, связанные с нагревом,
электричеством и термодинамическими процессами.
2. Гибкость обучения – возможность многократного повторения опыта, изменения
условий и самостоятельной работы студентов.
3. Развитие аналитических навыков – необходимость обработки данных, построения
графиков и анализа ошибок.
4. Междисциплинарность – связь физики, материаловедения и инженерных
расчётов.
5. Формирование педагогических компетенций – будущие преподаватели учатся
интегрировать цифровые технологии в учебный процесс [2].
Практическая значимость и перспективы
Результаты внедрения виртуальных лабораторий показывают рост качества
подготовки студентов технических направлений. По данным исследований [1],
использование цифровых стендов в курсе физики способствует повышению уровня
усвоения теоретического материала, увеличению мотивации студентов к
экспериментальной деятельности и развитию умений анализа и интерпретации данных.
Перспективным направлением развития является интеграция виртуальных
лабораторий в систему гибридного обучения, где цифровые эксперименты дополняются
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
32
реальными, создавая единую образовательную среду.
Заключение
Применение современных цифровых решений в инженерной педагогике, таких как
виртуальные стенды для определения коэффициента расширения твёрдых тел,
способствует формированию новой образовательной парадигмы, объединяющей
физический эксперимент, цифровые технологии и инженерное мышление. Виртуальные
лаборатории повышают качество подготовки специалистов, делают обучение безопасным,
наглядным и доступным, а также формируют готовность будущих педагогов к работе в
условиях цифрового инженерного образования [3]. Авторами подготовлено описание к
виртуальному стенду и внедрено в образовательный процесс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лебедев В. А. Информационные технологии в обучении физике. – М.: Академия, 2022.
2. Киселёва И. Н. Инновационные подходы в инженерной педагогике. – М.: Просвещение,
2023.
3. Степанов А. Н. Методика использования виртуальных лабораторных стендов в физике.
– СПб., 2021.
