تاثیر آموزش مبتنی بر مدل سازی ریاضی پدیده های فیزیکی بر درک مفهومی و مهارت حل مسئله دانش آموزان دوره متوسطه

یادگیری فیزیک در دوره متوسطه تنها به یادگیری فرمول ها و توانایی جایگذاری اعداد در روابط ریاضی محدود نمی شود، بلکه مستلزم آن است که دانش آموز بتواند میان پدیده های واقعی، مفاهیم فیزیکی، روابط ریاضی و نتایج حاصل از حل مسئله ارتباط برقرار کند. یکی از رویکردهایی که می تواند چنین ارتباطی را تقویت کند، آموزش مبتنی بر مدل سازی ریاضی پدیده های فیزیکی است. در این رویکرد، دانش آموز به جای دریافت مستقیم یک فرمول و استفاده مکانیکی از آن، از مشاهده و تحلیل پدیده آغاز می کند، متغیرهای موثر را شناسایی می کند، فرض های مناسب را در نظر می گیرد، میان کمیت های فیزیکی رابطه برقرار می کند و سپس مدل ریاضی را برای تبیین یا پیش بینی رفتار پدیده به کار می گیرد. مقاله حاضر با رویکردی مروری تحلیلی، نقش مدل سازی ریاضی در آموزش فیزیک دوره متوسطه را با تاکید بر دو مولفه «درک مفهومی» و «مهارت حل مسئله» بررسی می کند. تحلیل مباحث نشان می دهد که مدل سازی می تواند از طریق پیوند دادن تجربه، مفهوم، نمایش های گوناگون و روابط ریاضی، به کاهش یادگیری صرفا الگوریتمی و افزایش فهم روابط میان کمیت های فیزیکی کمک کند. همچنین، فرایند مدل سازی دانش آموز را با مراحلی مانند تحلیل مسئله، ساده سازی، انتخاب متغیرها، برقراری روابط، آزمون نتایج و اصلاح راه حل درگیر می کند. در پایان، الزامات اجرای موفق این رویکرد، نقش معلم، چالش های آموزشی و پیشنهادهایی برای استفاده از مدل سازی ریاضی در کلاس فیزیک ارائه می شود.

کلیدواژه ها:

تاثیر آموزش مبتنی بر مدل سازی ریاضی پدیده های فیزیکی بر درک مفهومی و مهارت حل مسئله دانش آموزان دوره متوسطه فریبا جاپلقی و سارا پایکار فوق لیسانس نانو فیزیک لیسانس ریاضی چکیده یادگیری فیزیک در دوره متوسطه تنها به یادگیری فرمول ها و توانایی جایگذاری اعداد در روابط ریاضی محدود نمی شود ، بلکه مستلزم آن است که دانش آموز بتواند میان پدیده های واقعی ، مفاهیم فیزیکی ، روابط ریاضی و نتایج حاصل از حل مسئله ارتباط برقرار کند. یکی از رویکردهایی که می تواند چنین ارتباطی را تقویت کند ، آموزش مبتنی بر مدل سازی ریاضی پدیده های فیزیکی است. در این رویکرد ، دانش آموز به جای دریافت مستقیم یک فرمول و استفاده مکانیکی از آن ، از مشاهده و تحلیل پدیده آغاز می کند ، متغیرهای موثر را شناسایی می کند ، فرض های مناسب را در نظر می گیرد ، میان کمیت های فیزیکی رابطه برقرار می کند و سپس مدل ریاضی را برای تبیین یا پیش بینی رفتار پدیده به کار می گیرد. مقاله حاضر با رویکردی مروری تحلیلی ، نقش مدل سازی ریاضی در آموزش فیزیک دوره متوسطه را با تاکید بر دو مولفه «درک مفهومی» و «مهارت حل مسئله» بررسی می کند. تحلیل مباحث نشان می دهد که مدل سازی می تواند از طریق پیوند دادن تجربه ، مفهوم ، نمایش های گوناگون و روابط ریاضی ، به کاهش یادگیری صرفا الگوریتمی و افزایش فهم روابط میان کمیت های فیزیکی کمک کند. همچنین ، فرایند مدل سازی دانش آموز را با مراحلی مانند تحلیل مسئله ، ساده سازی ، انتخاب متغیرها ، برقراری روابط ، آزمون نتایج و اصلاح راه حل درگیر می کند. در پایان ، الزامات اجرای موفق این رویکرد ، نقش معلم ، چالش های آموزشی و پیشنهادهایی برای استفاده از مدل سازی ریاضی در کلاس فیزیک ارائه می شود. واژگان کلیدی مدل سازی ریاضی ، آموزش فیزیک ، درک مفهومی ، حل مسئله ، دوره متوسطه ، یادگیری معنادار ، مدل سازی پدیده های فیزیکی