فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

پیشینه و اهداف: مدل‌سازی رایانه‌ای به یادگیری مفاهیم فراگیر علمی از جمله ساز و کارهای علّی پدیده‌ها که برای بسیاری از نوآموزان چالش‌برانگیز است، کمک فراوانی می‌کند. باوجود پژوهش‌های فراوانی که برای نشان دادن اثربخشی استفاده از رایانه در کلاس منتشر شده است؛ کمتر پژوهشی به بررسی کاربرد مدل‌سازی رایانه‌ای توسط معلم و اثرات آن بر تفکر و استدلال دانش‌آموزان در مقایسه با همان تعاملات بدون استفاده از ابزارهای رایانه‌ای پرداخته است. ساختار علّی بسیاری از پدیده‌های طبیعی و فیزیکی، تأکید استانداردهای روز آموزش علوم بر توسعه و بهبود تفکر سیستمی در دانش‌آموزان، نقش پررنگ استدلال‌های علّی در درک  بهتر علوم، کاربرد فزاینده فن‌آوری‌های رایانه‌ای در کلاس درس فیزیک، ظهور و توسعه سریع نرم‌افزارهای رایانه‌ای و سامانه‌های اینترنتی برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی دنیای واقعی به‌ منظور کمک بیشتر به آموزش و یادگیری فیزیک، و رفع نارسایی‌های مدل‌سازی روی کاغذ به کمک رایانه، پژوهشگران را  برآن داشت که به بررسی میزان اثربخشی استفاده از مدل‌سازی رایانه‌ای در کلاس درس فیزیک بر بهبود تفکر سیستمی (با تأکید بر استدلال علّی) دانش‌آموزان دوره دوم متوسطه بپردازند. بررسی اثربخشی مدل‌سازی رایانه‌ای بر درک دانش­آموزان از پیوندها و استدلال‌های علّی در پدیده‌های فیزیکی، هدف اصلی این پژوهش است.روش‌ها‌: . نمونه 80 نفری دانش‌آموزان پایه یازدهم رشته تجربی انتخاب و در یک طرح نیمه-آزمایشی، متشکل از دو کلاس 20 نفره (با بهره‌گیری از مدل‌سازی رایانه‌ای) و دو کلاس 20 نفره (با بهره‌گیری از مدل‌سازی مفهومی روی کاغذ) شرکت کردند. نمره‌های دانش‌آموزان در استدلال علّی به‌صورت پیش‌آزمون و پس‌آزمون، جمع‌آوری شده اند، به کمک تحلیل کواریانس تقاوت بین میانگین پس‌آزمون استدلال علّی بین گروه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش تفاوت میانگین هم برای نوع مدل‌سازی (رایانه‌ای و کاغذی) و هم برای جنسیت بررسی گردید. این طرح آزمایشی تحلیل واریانس دو عاملی نام دارد.یافته‌ها: مدل‌سازی رایانه‌ای در مقایسه با مدل‌سازی روی کاغذ، در افزایش توانایی دانش ­آموزان برای ارائه عبارات منسجم علّی و تشریح بهتر شواهد و ایده‌های علمی تأثیر داشته است، و موجب غنی شدن تفکر سیستمی دانش‌آموزان می­گردد. شناخت عناصر استدلال، گرداوری شواهد و ابراز دلائل خود به‌منظور به ثمر رساندن استدلال‌ها، و همچنین انسجام استدلال برای افرادی که با مدل‌سازی کاغذی آموزش دیده‌اند دشوارتر از دانش‌آموزانی است که به کمک مدل‌سازی رایانه ای آموزش دیده‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهند ارتباط بین شواهد، از دشوارترین قسمت‌های یک استدلال فیزیکی است، در واقع توانائی شاگردان در منسجم کردن، و یکپارچه سازی شواهد به‌منظور خاتمه استدلال و بیان نتیجه کمتر از سایر توانائی‌های استدلالی آنها بوده است، البته مدل‌سازی رایانه ای توانسته به نسبت مدل‌سازی کاغذی این توانایی را بهبود ببخشد.نتیجه‌گیری: این طرح نیمه-آزمایشی به ما کمک کرد تا درباره تفاوت­‌های استدلال‌های علّی بین دو گروه مختلف، به نتایج مهمی دست پیدا کنیم. به‌کارگیری ابزارهای رایانه‌ای می­تواند از عهده یادگیری مهارت‌های شناختی نسبتاً پیچیده مثل استدلال علّی به خوبی برآید. شبیه‌سازی رایانه‌ای و مدل‌های مفهومی که به کمک رایانه‌ها تولید می‌شوند می‌توانند به شرح و بسط بیشتر پیوندهای علّی و انسجام بیشتر استدلال‌ها در درس فیزیک کمک کنند. از این رو طراحان برنامه درسی و معلمان فیزیک را به استفاده بیشتر از شبیه‌سازی و مدل‌سازی رایانه‌ای به‌منظور تقویت تفکر سیستمی در درس فیزیک، و تبیین‌های علمی به کمک استدلال‌های علّی توصیه می‌کنیم.