بهبود مهارت استدلال علی دانش آموزان به کمک مدل سازی رایانه ای

پیشینه و اهداف: مدل سازی رایانه ای به یادگیری مفاهیم فراگیر علمی از جمله ساز و کارهای علی پدیده ها که برای بسیاری از نوآموزان چالش برانگیز است، کمک فراوانی می کند. باوجود پژوهش های فراوانی که برای نشان دادن اثربخشی استفاده از رایانه در کلاس منتشر شده است؛ کمتر پژوهشی به بررسی کاربرد مدل سازی رایانه ای توسط معلم و اثرات آن بر تفکر و استدلال دانش آموزان در مقایسه با همان تعاملات بدون استفاده از ابزارهای رایانه ای پرداخته است. ساختار علی بسیاری از پدیده های طبیعی و فیزیکی، تاکید استانداردهای روز آموزش علوم بر توسعه و بهبود تفکر سیستمی در دانش آموزان، نقش پررنگ استدلال های علی در درک  بهتر علوم، کاربرد فزاینده فن آوری های رایانه ای در کلاس درس فیزیک، ظهور و توسعه سریع نرم افزارهای رایانه ای و سامانه های اینترنتی برای مدل سازی و شبیه سازی دنیای واقعی به منظور کمک بیشتر به آموزش و یادگیری فیزیک، و رفع نارسایی های مدل سازی روی کاغذ به کمک رایانه، پژوهشگران را  برآن داشت که به بررسی میزان اثربخشی استفاده از مدل سازی رایانه ای در کلاس درس فیزیک بر بهبود تفکر سیستمی (با تاکید بر استدلال علی) دانش آموزان دوره دوم متوسطه بپردازند. بررسی اثربخشی مدل سازی رایانه ای بر درک دانش­آموزان از پیوندها و استدلال های علی در پدیده های فیزیکی، هدف اصلی این پژوهش است.روش ها : . نمونه ۸۰ نفری دانش آموزان پایه یازدهم رشته تجربی انتخاب و در یک طرح نیمه-آزمایشی، متشکل از دو کلاس ۲۰ نفره (با بهره گیری از مدل سازی رایانه ای) و دو کلاس ۲۰ نفره (با بهره گیری از مدل سازی مفهومی روی کاغذ) شرکت کردند. نمره های دانش آموزان در استدلال علی به صورت پیش آزمون و پس آزمون، جمع آوری شده اند، به کمک تحلیل کواریانس تقاوت بین میانگین پس آزمون استدلال علی بین گروه ها مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش تفاوت میانگین هم برای نوع مدل سازی (رایانه ای و کاغذی) و هم برای جنسیت بررسی گردید. این طرح آزمایشی تحلیل واریانس دو عاملی نام دارد.یافته ها: مدل سازی رایانه ای در مقایسه با مدل سازی روی کاغذ، در افزایش توانایی دانش ­آموزان برای ارائه عبارات منسجم علی و تشریح بهتر شواهد و ایده های علمی تاثیر داشته است، و موجب غنی شدن تفکر سیستمی دانش آموزان می­گردد. شناخت عناصر استدلال، گرداوری شواهد و ابراز دلائل خود به منظور به ثمر رساندن استدلال ها، و همچنین انسجام استدلال برای افرادی که با مدل سازی کاغذی آموزش دیده اند دشوارتر از دانش آموزانی است که به کمک مدل سازی رایانه ای آموزش دیده اند. یافته ها نشان می دهند ارتباط بین شواهد، از دشوارترین قسمت های یک استدلال فیزیکی است، در واقع توانائی شاگردان در منسجم کردن، و یکپارچه سازی شواهد به منظور خاتمه استدلال و بیان نتیجه کمتر از سایر توانائی های استدلالی آنها بوده است، البته مدل سازی رایانه ای توانسته به نسبت مدل سازی کاغذی این توانایی را بهبود ببخشد.نتیجه گیری: این طرح نیمه-آزمایشی به ما کمک کرد تا درباره تفاوت­ های استدلال های علی بین دو گروه مختلف، به نتایج مهمی دست پیدا کنیم. به کارگیری ابزارهای رایانه ای می­تواند از عهده یادگیری مهارت های شناختی نسبتا پیچیده مثل استدلال علی به خوبی برآید. شبیه سازی رایانه ای و مدل های مفهومی که به کمک رایانه ها تولید می شوند می توانند به شرح و بسط بیشتر پیوندهای علی و انسجام بیشتر استدلال ها در درس فیزیک کمک کنند. از این رو طراحان برنامه درسی و معلمان فیزیک را به استفاده بیشتر از شبیه سازی و مدل سازی رایانه ای به منظور تقویت تفکر سیستمی در درس فیزیک، و تبیین های علمی به کمک استدلال های علی توصیه می کنیم.