ПЕРЕДУМОВИ ВИКОРИСТАННЯ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ ЯК ЗАСОБУ ФОРМУВАННЯ ДОСЛІДНИЦЬКОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ СТУДЕНТІВ

Анотація

Мета. Основною метою представленого дослідження є теоретико-методологічне обґрунтування, практична розробка та експериментальна перевірка ефективності впровадження комплексної дослідницько-орієнтованої моделі навчання хімії у закладах вищої освіти технічного профілю. Запропонована педагогічна модель базується на інтеграції класичного натурного лабораторного експерименту з віртуальним комп’ютерним моделюванням (використання технології «цифрових двійників») в єдине освітнє середовище. Актуальність роботи зумовлена нагальною необхідністю подолання існуючого розриву між теоретичними знаннями студентів та їхньою здатністю застосовувати набуті навички в реальних лабораторних і виробничих умовах, а також потребою адаптації освітнього процесу до викликів Індустрії 4.0 та вимог міжнародних стандартів STEM-освіти, які передбачають високий рівень адаптивності випускників. Методи. Дослідження здійснено з використанням змішаного методологічного підходу (mixed-methods research), що передбачає тріангуляцію кількісних та якісних даних для забезпечення об’єктивності та валідності результатів. У педагогічному експерименті, який тривав протягом семестру, взяли участь 84 студенти першого курсу спеціальності «Електрична інженерія». Респондентів було розподілено на контрольну та експериментальну групи з дотриманням умов статистичної однорідності. Навчання екс- периментальної групи відбувалося за циклічною індуктивною моделлю POE (Predict–Observe–Explain). Методика включала три послідовні етапи: 1) створення «ідеального» цифрового двійника хімічного експерименту у віртуальному середовищі (з використанням платформи ChemCollective); 2) виконання відкритого натурного досліду в реальній лабораторії без використання покрокових інструкцій; 3) рефлексивний аналіз розбіжностей між модельними прогнозами та реальними експериментальними результатами за методикою Error-Based Learning (навчання на помилках). Для перевірки статистичної значущості отриманих даних застосовано t-критерій Стьюдента для незалежних вибірок. Результати. Проведене стандартизоване тестування на етапі контрольного зрізу засвідчило статистично значущу перевагу студентів експериментальної групи (p < 0,05). Абсолютний приріст показників якості знань склав 23,1 % (зростання з 55,8 % до 78,9 %), тоді як у контрольній групі цей показник склав лише 12,3 % (з 56,2 % до 68,5 %). Якісний контент-аналіз лабораторних звітів показав, що 85 % студентів експериментальної групи набули стійкої здатності самостійно ідентифікувати джерела систематичних і випадкових похибок, а також аргументовано пояснювати вплив реальних умов середовища (температура, домішки, калібрування посуду) на перебіг хімічних процесів. У контрольній групі, яка навчалася за традиційною методикою, цей показник критичного осмислення результатів залишився на рівні 30 %. Висновки. Експериментально доведено, що інтеграція технології цифрових двійників та методики аналізу помилок трансформує лабораторний практикум із репродуктивного процесу відтворення інструкцій у творчу дослідницьку діяльність. Запропонована педагогічна технологія сприяє розвитку критичного мислення, формуванню стійкої дослідницької компетентності та вихованню культури наукової чесності, що повністю відповідає сучасним євроінтеграційним вимогам до вищої освіти в Україні та світовим трендам підготовки STEM-фахівців.