تاثیر استفاده از شبیه سازهای مجازی و آزمایشگاه های دیجیتال بر درک مفاهیم انتزاعی در دانش آموزان

پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر استفاده از شبیه سازهای مجازی و آزمایشگاه های دیجیتال بر درک مفاهیم انتزاعی فیزیک در دانش آموزان دوره متوسطه دوم انجام شد. این مطالعه از نظر هدف، کاربردی و از حیث روش اجرا، نیمه آزمایشی با طرح پیش آزمون-پس آزمون با گروه کنترل بود که در آن، استفاده از شبیه سازهای مجازی و آزمایشگاه های دیجیتال به عنوان متغیر مستقل و درک مفاهیم انتزاعی فیزیک (شامل مفاهیم مکانیک کوانتومی، نسبیت، الکترومغناطیس و ترمودینامیک) به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شدند. جامعه آماری شامل تمامی دانش آموزان پسر دوره متوسطه دوم رشته تجربی در شهر اصفهان در سال تحصیلی ۱۴۰۲-۱۴۰۱ بود که با استفاده از روش نمونه گیری خوشه ای چندمرحله ای، ابتدا دو دبیرستان از دو منطقه آموزشی و سپس از هر دبیرستان، دو کلاس پایه یازدهم (جمعا ۴ کلاس) انتخاب شد و از هر کلاس، ۱۵ دانش آموز به صورت تصادفی انتخاب گردید و مجموعا ۶۰ دانش آموز در دو گروه ۳۰ نفری (آزمایش و کنترل) قرار گرفتند. ابزارهای پژوهش شامل یک آزمون محقق ساخته درک مفاهیم انتزاعی فیزیک با ۳۰ سوال چهارگزینه ای (شامل ۱۰ سوال از مکانیک کوانتومی، ۸ سوال از نسبیت، ۷ سوال از الکترومغناطیس و ۵ سوال از ترمودینامیک) بود که روایی محتوایی آن توسط ۱۲ متخصص فیزیک و آموزش فیزیک تایید و پایایی آن با استفاده از روش بازآزمایی (ضریب همبستگی ۰٫۸۶) و آلفای کرونباخ (۰٫۸۹) محاسبه گردید و همچنین، یک پرسشنامه نگرش سنج برای ارزیابی نگرش دانش آموزان نسبت به استفاده از شبیه سازهای مجازی در فرآیند یادگیری طراحی و استفاده شد. گروه آزمایش به مدت ۱۰ جلسه ۷۵ دقیقه ای (هر هفته دو جلسه به مدت ۵ هفته) تحت آموزش با استفاده از شبیه سازهای مجازی فیزیک (شامل شبیه سازهای Phet، شبیه سازهای Algodoo و آزمایشگاه های مجازی مانند Labster و Virtual Labs) قرار گرفتند که در هر جلسه، ابتدا مفاهیم نظری توسط معلم توضیح داده می شد و سپس دانش آموزان به صورت گروهی و انفرادی، به شبیه سازی و آزمایش پدیده های فیزیکی پرداخته و نتایج را مشاهده، ثبت و تحلیل می کردند، در حالی که گروه کنترل با روش سنتی و مبتنی بر سخنرانی و حل تمرین، به آموزش فیزیک ادامه دادند. داده های گردآوری شده با استفاده از آزمون های تحلیل کوواریانس تک متغیره و چندمتغیره، t مستقل و تحلیل واریانس با اندازه گیری مکرر در نرم افزار SPSS نسخه ۲۶ تحلیل شدند. یافته ها نشان داد که بین میانگین نمرات درک مفاهیم انتزاعی فیزیک در گروه آزمایش و کنترل در مرحله پس آزمون تفاوت معناداری وجود دارد (۰٫۰۰۱>P) و استفاده از شبیه سازهای مجازی و آزمایشگاه های دیجیتال توانسته است درک مفاهیم انتزاعی فیزیک را در دانش آموزان به طور معناداری افزایش دهد و همچنین، تحلیل کوواریانس چندمتغیره نشان داد که تاثیر مداخله بر هر چهار حوزه مفهومی (مکانیک کوانتومی، نسبیت، الکترومغناطیس و ترمودینامیک) در سطح ۰٫۰۰۱>P معنادار است و اندازه اثر برای کل آزمون ۰٫۵۸ محاسبه شد. علاوه بر این، نتایج پرسشنامه نگرش سنج نشان داد که دانش آموزان گروه آزمایش، نگرش مثبت تری نسبت به فیزیک و استفاده از فناوری های آموزشی در یادگیری دارند. بر اساس یافته ها می توان نتیجه گرفت که شبیه سازهای مجازی و آزمایشگاه های دیجیتال با فراهم آوردن امکان مشاهده، تعامل و آزمایش پدیده های غیرقابل مشاهده در دنیای واقعی، می توانند به عنوان یک ابزار آموزشی موثر در درک مفاهیم انتزاعی و دشوار فیزیک به کار گرفته شوند و این رویکرد، ظرفیت بالایی برای تحول در آموزش علوم در نظام آموزشی کشور دارد.

کلیدواژه ها:

شبیه سازهای مجازی ، آزمایشگاه های دیجیتال ، مفاهیم انتزاعی فیزیک ، درک مفهومی ، دانش آموزان دوره متوسطه