۲ - ۴ طراحی آموزشی یادگیری توانمندیهای پیچیده ۲۹
۲- ۵ انواع روش های تدریس: ۳۰
۲-۵-۱ روش های تاریخی ۳۰
۲-۵-۲ روش های نوین تدریس ۳۱
۲-۵-۳ روش آزمایش ۳۱
۲-۵-۴ الگوی جدید پیشنهادی ۳۷
۲-۶ آزمایش واقعی ۳۹
۲-۶-۱ مفهوم آزمایش واقعی ۳۹
۲-۶-۲ تاریخچه فعالیت های آزمایشگاهی واقعی ۳۹
۲-۶-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های واقعی ۴۱
۲-۶-۴ معایب استفاده از آزمایشگاه های واقعی ۴۲
۲-۷ آزمایش مجازی ۴۴
۲-۷-۱ مفهوم آزمایشگاه مجازی ۴۴
۲-۷-۲ تاریخچه آزمایشگاه مجازی ۴۴
۲-۷-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های مجازی ۴۵
۲-۸ مواضع نظریه پردازان در مورد انجام آزمایش ۴۶
۲-۹ رابطه انجام فعالیت های آزمایشگاهی با یادگیری ۴۷
۲-۱۰ پیشینه تحقیق ۴۸
فصل سوم
۳-۱ مقدمه ۵۳
۳-۲ روش پژوهش ۵۳
۳-۳ طرح پژوهشی ۵۳
۳-۴ جامعه آماری ۵۴
۳-۵ نمونه آماری ۵۴
۳-۶ ابزار های پژوهش ۵۵
۳-۷ روایی و پایایی ابزارهای پژوهش ۵۶
۳-۸ روش اجرای پژوهش ۵۶
۳-۹ روش تحلیل داده ها ۵۷
۳-۱۰ جمع بندی ۵۷
فصل چهارم
۴-۱ مقدمه ۵۹
۴-۲ یافته های توصیفی ۵۹
۴-۲-۱ یافته های توصیفی پیش آزمون و پس آزمون روش آزمایشگاه مجازی ۶۰
۴-۲-۲ یافته های توصیفی پیش آزمون و پس آزمون روش آزمایشگاه حقیقی ۶۱
۴-۳ یافته ها در چهارچوب فرضیات و سوال پژوهش ۶۲
۴-۳-۱ بررسی توزیع داده ها ۶۳
۴-۳-۲ بررسی فرضیه های تحقیق ۶۴
۴-۳-۲-۱ فرضیه اول ۶۴
۴-۳-۲-۲ فرضیه دوم ۶۵
۴-۳-۳ بررسی سوال پژوهش ۶۶
۴-۳-۳-۱ بررسی اثر روش تدریس بر عملکرد دانش آموزان ۶۸
۴-۳-۳-۲ بررسی همگنی واریانس‌ها : ۶۸
۴-۳-۳-۳ بررسی همگنی رگرسیون : ۶۹
۴-۳-۳-۴ تحلیل کوورایانس ۶۹
فصل پنجم
۵-۱ مقدمه ۷۳
۵-۲ خلاصه پژوهش و بحث ۷۳
۵-۳ محدودیت های پژوهش ۷۵
۵-۴ پیشنهادهای پژوهش ۷۶
۵-۴-۱ پیشنهادهای مبتنی بر یافته های پژوهش ۷۶
۵-۴-۲ پیشنهادهای کاربردی ۷۶
۵-۵ جمع بندی ۷۷
فهرست جداول
عنوان مطالب شماره صفحه
جدول ۲-۱ ماتریس سازوکار یادگیری برپایه پروژه- محوری و حل مسئله ۳۴
جدول ۲-۲: ویژگی انواع روش‌های آموزش آزمایشگاهی ۳۵
جدول ۲-۳ جمع بندی سطوح پنجگانه و ویژگیهای هر سطح ۳۷
جدول ۳‑۱ مشخصات طرح پژوهشی ۵۳
جدول ۳-۲ مشخصات گروه های پژوهشی ۵۵
جدول ۴‑۱: آماره‌های توصیفی مربوط به روش یادگیری مجازی ۶۱
جدول ۴‑۲: آماره‌های توصیفی مربوط به روش یادگیری حقیقی ۶۲
جدول ۴-۳ بررسی نرمال بودن ۶۵
جدول ۴-۴ آزمون t زوجی روش آزمایشگاه واقعی ۶۶
جدول ۴-۵ آزمون t زوجی روش آزمایشگاه مجازی ۶۷
جدول ۴-۶ آزمون t مستقل روش آزمایشگاه مجازی و حقیقی ۶۸
جدول ۴-۷ آزمون لوین جهت بررسی مفروضه همگنی واریانس ۶۹
جدول ۴-۸ آزمون همگنی ضرایب رگرسیون ۷۰
جدول ۴-۹ آزمون تحلیل کوواریانس ۷۱
جدول ۴-۱۰ میانگین تعدیل شده ۷۱
چکیده
هدف از پژوهش حاضر مقایسه تاثیر آزمایشگاه واقعی و مجازی بر یادگیری درس علوم تجربی بود. جامعه آماری شامل ۹۶ نفر از دانش آموزان پسر پایه هفتم دوره اول متوسطه مدرسه نمونه دولتی شهید چمران شهرستان پیشوا بود و نمونه ها شامل ۲ گروه ۳۱ نفری که بصورت تصادفی انتخاب شدند. روش پژوهش، شبه آزمایشی و ابزار پژوهش آزمون محقق ساخته بود. طرح پژوهش بصورت پیش آزمون پس آزمون بود و برای آموزش گروه مجازی از نرم افزار شبیه سازی شده کروکودیل شیمی و فیزیک استفاده شد. تحلیل داده ها با بهره گرفتن از آمار توصیفی و استنباطی و آزمون تحلیل کوواریانس صورت پذیرفت. نتایج حاکی از آن بود که روش آزمایشگاه مجازی موجب افزایش یادگیری دانش آموزان شده است.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
کلید واژه ها: آزمایشگاه واقعی، آزمایشگاه مجازی، یادگیری، علوم تجربی، نرم افزار کروکودیل
فصل اول
کلیات پژوهش
۱-۱ مقدمه
علوم تجربی یکی از دانشها و معرفتهای بشری است که یافته های آن از روش تجربی به دست می آید و ملاک یا معیار درستی آنها، انطباق داشتن با مشاهدات تجربی است.
هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهیهای لازم برای تبدیل شدن به یک شهروند مطلوب را کسب کنند. دانش آموزان با کسب آگاهی و مهارت لازم در زمینه های مختلف علوم، قادر خواهند بود تا در زندگی خود تصمیمات آگاهانه و منطقی بگیرند. فعالیتهای آزمایشگاهی یکی از ارکان اصلی آموزش علوم تجربی محسوب شده و موجبات رشد دانش علمی، مهارت ها و نگرشهای علمی دانش‌آموران را فراهم می‌سازند. انجام فعالیتهای آزمایشگاهی علاوه بر تثبیت یادگیری و افزایش میزان ماندگاری مفاهیم آموخته شده، سبب تقویت مهارت دست ورزی و کسب لازم می‌گردد که در زندگی روزانه مورد استفاده قرار گرفته و زمینه‌های نوآوری، خلاقیت و تفکر انتقادی را در فراگیران فراهم می‌سازد.
در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیتهای عملی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی است و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارتهای دست‌ورزی صورت پذیرد ( بدریان، ۱۳۸۵) .اما برخی مشکلات در انجام آزمایش های حقیقی همچون عدم وجود امکانات لازم در آزمایشگاه، خطرناک بودن بخشی از فعالیت های آزمایشگاهی و موارد دیگر باعث شده اکثر دبیران در انجام آزمایش بصورت واقعی اهتمام لازم را نداشته باشند.
از طرفی پیشرفت های جهانی در فناوری اطلاعات و ارتباطات باعث گسترش وسیع فرصت های یادگیری و دسترسی به منابع تحصیلی و آموزشی شده است. بکارگیری این فناوری های جدید موجب تسریع و تسهیل فراوان در تعلیم و تربیت شده است که آموزش و پرورش نیز از این تحولات مستثنی نبوده است (آلفاسی[۱]، ۲۰۰۰ نقل از بختیاری و احمدی، ۱۳۸۶ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳). در سال های اخیر آموزش مجازی به عنوان یکی از کاربردهای مهم فناوری های جدید در جهان مطرح گردیده است و پیشرفت های جامعه امروزی در گرو استفاده بهینه از فناوری های آموزشی است چرا که آموزش و یادگیری همیشه تحت تاثیر عوامل گوناگونی اتفاق می افتد که این عوامل به انجام هر چه بهتر یادگیری کمک می کند و آموزش مجازی هم از این قائده جدا نیست(مشتاقی، ۱۳۹۲ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳). امروزه شبیه سازی و استفاده از آن، کاربردهای گوناگونی پیدا کرده که یکی از آن ها آزمایشگاه های مجازی هستند که با ایجاد محیطی جذاب و بی خطر می توانند باعث ارتقاء کیفیت آموزش و یادگیری شوند. هرچند لذت تجربه یک موقعیت و تجربه واقعی و همچنین تقویت مهارت دست ورزی را از یادگیرنده سلب می کند.
۱-۲ بیان مساله
هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهی های لازم برای یک شهروند مطلوب را کسب کنند.
در ابتدای قرن بیستم رویکرد اثبات گرایی و آموزش با اثبات و فهم مطالب به کمک آزمایش و تجربه تقریباَ با روند ایجاد و رشد تمام رشته ها ی علمی حکم فرما شد. در اوایل قرن گذشته دست اندر کاران آموزش به اهمیت به کار گیری و استفاده از وسایل کمک آموزشی پی بردند و متوجه شدند هر قدر موضوعات علوم پایه عینی و ملموس تر باشد میزان یادگیری بیشتر خواهد شد ( شویک[۲]، ۱۹۹۲). بعد از جنگ جهانی اول که نارضایتی بسیاری در علم حاصل شد، معلمین علوم برای تدریس از وسایل آزمایشگاهی و کارگاهی استفاده کردند، این امر باعث شد دانش آموزان علاقه بیشتری از خود نشان دهند و ثمرات استفاده از آزمایشگاه ها در تدریس باعث شد دانش آموختگان با آمادگی بیشتر جذب بازار کار و مؤسسات و کارخانه ها شوند در نتیجه تحول چشم گیری در پیشرفتهای صنعتی در کشورهای غرب ایجاد شد(شویک، ۱۹۹۲). از آن به بعد بود که در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیتهای عملی واقعی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی شد و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت های دست‌ورزی صورت پذیرد ( بدریان، ۱۳۸۵). از طرفی پیشرفت فناوری بشر امروزی در سده های اخیر سرعت حیرت آوری گرفته و تعلیم و تربیت را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. علاوه بر این آموزش و پرورش از این پیشرفت ها در بکارگیری وسایل و روش های جدید بهره جسته است و شکل گیری فناوری آموزشی، میدان جدیدی برای انجام بررسی های علمی پیرامون نحوه به کارگیری وسایل و روش های جدید در امر آموزش ایجاد نموده است و در این راستا آخرین یافته های فناوری در خدمت آموزش در آمده است. نمونه ای از کاربردهای فناوری آموزشی، استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می باشد که در سال های اختر رواج و رونق زیادی پیدا کرده است.
شناخت گرایانی همچون آزوبل[۳] (۱۹۶۳) و برونر[۴] (۱۹۶۰) به استفاده از وسایل دیداری، شنیداری و نمایشی و آزمایشگاهی تاکید می کردند و معتقدند که با بهره گرفتن از این وسایل میتوان به درجه بالایی از آگاهی و مهارت عملی دست یافت.
الکساندر[۵] و سیلور[۶] (۱۹۸۱) اظهار می دارند در یک برنامه درسی منظم که بر مبنای آموزش های عملی استقرار یافته و تداوم یابد می تواند نقشه ای برای هدفهای کلی و جزیی در یک جامعه پیشرفته صنعتی و مترقی باشد. از طرفی این سوال مطرح است که اگر غالباً دانش آموز می تواند با دیدن مطالب را بهتر درک کند، چگونه در دهه های پیشین که امکان و ابزار انجام آزمایش ها حتی در حد جزئی هم وجود نداشت در بسیاری از دانش آموزان حس علاقه و کنجکاوی و پژوهشگری ایجاد شد. از سوی دیگر آیا تکیه بر ارائه اطلاعات صرف در قرنی که تکنولوژی از اهمیت خاصی برخوردار است، می تواند مانند سالهای گذشته نتیجه بخش باشد؟ در حال حاضر که مدارس مجهز به امکانات هوشمند هستند آیا جایگزین کردن نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می تواند جایگزین مناسبی برای آزمایشگاه های واقعی فعلی باشند؟
هودسون[۷](۱۹۹۳) در تحقیقی به این نتیجه رسید که انجام آزمایش های علوم تجربی باعث افزایش میزان انگیزه، افزایش توانایی مهارت های عملی و یادگیری آگاهانه دانش آموزان می گردد. در تحقیق هارلن[۸](۱۹۹۹) با موضوع تاثیر فعالیت های عملی بر یادگیری علوم نتیجه افزایش قابل توجه انگیزه و یادگیری بود. کومیس[۹](۲۰۰۱ نقل از کرمی، ۱۳۸۸) در پژوهش خود نتیجه گرفت استفاده از محیط های شبیه سازی شده کامپیوتری برای انجام آزمایش یعنی همان آزمایش مجازی می تواند بر درک مفاهیم فیزیکی دانش آموزان تاثیر مثبت داشته باشد.
با توجه به اینکه طیف وسیعی از جمعیت ایران را دانش آموزان تشکیل می دهند و همچنین با توجه با اینکه مشکلات زیادی در آموزش و نحوه استفاده از راهبردهای متنوع آموزشی در این امر موجود دارد ضروری به نظر می رسد که پژوهش هایی در مورد تاثیر بکارگیری این راهبردها باید صورت گیرد (شریفی، ۱۳۹۰ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳). به همین دلیل پژوهش حاضر با هدف مقایسه اثربخشی محیط آزمایشگاه مجازی در مقابل آزمایشگاه واقعی گامی در رفع ابهامات در این زمینه و شیوه های موثر در آموزش آزمایشگاهی علوم تجربی بردارد.
۱-۳ اهمیت و ضرورت مساله
در یک سیستم آموزشی، قدرت یک معلم، همواره در روش تدریس او متجلی می شود. با ظهور سبز فایل و بروز نیازهای جدید، محدود و تخصصی لزوم تجدید نظر در اهداف تدریس و روش های آن، آشکارتر و ضروری تر از پیش شده است ( اصغری، ۱۳۸۸ ). به همین منظور معلمان در فرایند آموزش از ابزارهای مختلفی همچون انجام آزمایش بهره می برند.
انجام فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب نه تنها سبب عمیق‌تر شدن میزان دانش و آگاهیهای فراگیران می‌شود، بلکه یکی از مهمترین روشها جهت دستیابی به اهداف مهارتی و نگرشی در برنامه درسی محسوب می‌شود. از طرف دیگر انگیزش و فعال نگهداشتن فراگیران در کلاس درس علوم تجربی چالش بزرگی است که حتی ذهن مدیران و معلمان حرفه‌ای و با تجربه را نیز به خود مشغول کرده است. پژوهش‌ها نشان داده است که به کارگیری شیوه‌های سنتی رویکرد یاددهی- یادگیری نمی‌تواند پاسخگوی نیازهای آموزشی عصر حاضر باشد. با خروج از رویکرد آموزشی حافظه‌پرور و به چالش کشاندن ذهن فراگیران از طریق انجام فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب و همچنین نگاه بین رشته‌ای به آموزش علوم تجربی، می توان فراگیران را در رویکرد یاددهی- یادگیری فعال نموده و روحیه انجام فعالیتهای گروهی و مشارکتی را در آنها پرورش داد (اصفا، ۱۳۸۵). اما با آنکه بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب استفاده شود؛ اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارند که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش علوم استفاده نمایند.
به استناد پژوهشهای انجام گرفته اصفا (۱۳۸۵)، مشخص شده است که عوامل مختلفی سبب کم توجهی به آزمایشگاه و انجام فعالیتهای عملی در مدارس شده اند.
چند مورد از مهمترین این عوامل مزاحم عبارتند از:
- کمبود امکانات، ابزار و وسایل آزمایشگاهی
- بی توجهی معلمان، مدیران و مسئولان نسبت به انجام آزمایش
۳٫هزینه بردار بودن برخی آزمایش ها
- عدم امکان نمایش نتایج برخی آزمایش ها
- خطرناکی برخی آزمایش ها
از طرفی با ورود تکنولوژی رایانه به مدارس و تبدیل کلاس های سنتی به کلاس های با امکانات هوشمند کاربرد از این ابزار به عنوان یک ضرورت انکار ناپذیر مطرح است. در همین راستا استفاده از محیط های مجازی و شبیه سازی شده در آموزش برای جبران کمبود امکانات آزمایشگاهی و انجام آزمایش هایی مجازی به دور از خطر و یا هزینه های بالا بسیار حائز اهمیت است. اما با این همه، عدم درک و رسیدن به یک تجربه واقعی، عدم کسب مهارت های دست ورزی مورد انتظار و همچنین ایجاد سوبرداشت در نتیجه کار، ایراداتی است که مخالفین استفاده از آزمایشگاههای مجازی مطرح می کنند. بنابراین با توجه به مطالب مطرح شده مهم است بدانیم انجام آزمایش بصورت واقعی بیشتر بر یادگیری درسی همچون علوم تجربی تاثیر بیشتری دارد یا استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی؟
۱-۴ سوال پژوهش
آیا انجام آزمایش بر مبنای روش های واقعی و مجازی بر یادگیری علوم تجربی تاثیر متفاوتی برجای می گذارد؟
۱-۵ فرضیه های تحقیق
با توجه به اینکه در چند سال گذشته هوشمند سازی کلاس ها و مدارس در ایران افزایش چشمگیری یافته است، شناخت اثربخشی استفاده از شیوه های آموزش مجازی اهمیت خاصی پیدا می کند.
فرضیه های که پژوهش حاضر پیگیری می کند عبارت است از:
- آموزش به طریق آزمایشگاه واقعی بر یادگیری دانش آموزان تاثیر دارد.
- آموزش به طریق آزمایشگاه مجازی بر یادگیری دانش آموزان تاثیر دارد.
۱-۶ متغییرهای پژوهش
۱-۶-۱ متغیر مستقل
شیوه انجام آزمایش با دو طریق واقعی و مجازی
۱-۶-۲ متغیر وابسته
یادگیری علوم تجربی
۱-۶-۳ متغیر کنترل
دانش آموزان – مقطع تحصیلی – سال تحصیلی – جنس – سن – دبیر درس علوم تجربی – نوع مدرسه
۱-۷ تعریف واژه ها
۱-۷-۱ آزمایش واقعی
الف) تعریف مفهومی
آزمایش به مجموعه‌ای از اعمال و فعالیتها گفته می‌شود که به منظور شناخت پدیده‌ها و در جهت سنجش فرضیه‌ای انجام گرفته و موجبات دست ورزی و کسب مهارت و تجربه را فراهم می سازد ( هودسون[۱۰] ، ۱۹۹۰).
ب) تعریف عملیاتی
در این پژوهش منظور از انجام آزمایش واقعی، فعالیت های مکمل کتاب است که در شرایط آزمایشگاه واقعی انجام می پذیرد(جزئیات بیشتر در مورد نحوه اجرای این روش در فصل سوم ذکر شده است).
۱-۷-۲ آزمایش مجازی
الف) تعریف مفهومی
تصویری تولید شده توسط کامپیوتر که این امکان را به کاربر و یا کاربران می دهد یا آنها را مجبور می کند چنین احساس کنند که به طور غیر فیزیکی در محیطی حضور دارند و به تعامل با این محیط بپردازند (اسکرودر[۱۱]، ۱۹۹۶ نقل از اصغری، ۱۳۸۸).
ب) تعریف عملیاتی
در این پژوهش آزمایش مجازی، انجام فعالیت های آزمایشگاهی با نرم افزار CROCODILE CHEMISTRY 605 می باشد که قابلیت اجرا و نمایش آزمایش های کتاب علوم دوره متوسطه اول را دارا می باشد (جزئیات بیشتر در مورد نحوه اجرای این روش در فصل سوم ذکر شده است).
۱-۷-۳ یادگیری
الف) تعریف مفهومی
یادگیری، تغییرات نسبتا پایدار در بالقوه رفتار است که در نتیجه تمرین و همراه با تقویت حاصل شود( کمبل[۱۲]، ۱۹۶۱ ، لگان[۱۳]، ۱۳۷۰ ، آندرسون [۱۴]، ۱۹۹۵ ، نقل از کدیور، ۱۳۸۱).
ب) تعریف عملیاتی
در این پژوهش یادگیری یعنی مهارت های لازم در سطح دانش ، درک و فهم و کاربرد که به وسیله کسب نمرات آزمون دانش آموزان متبلور می شود.
۱-۸ خلاصه
انجام فعالیت های آزمایشگاهی جز جدایی ناپذیر در یادگیری علوم تجربی است که بی شک تاثیرات عمیقی بر فرآیندهای تدریس و یادگیری بهتر علوم دارد و به دو صورت واقعی و مجازی می تواند صورت بگیرد. پژوهش پیش رو به دنبال تعیین مقایسه میزان اثربخشی روش های مختلف انجام آزمایش بر یادگیری علوم دارد.
فصل دوم
ادبیات تحقیق
۲-۱ مقدمه
سرعت تحولات و پیشرفته های صورت گرفته در عرصه فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی در دنیای معاصر تا حدی است که به نظر می رسد تغییراتی حیاتی و بنیادین را در حوزه های مختلف حیات بشری از جمله در حوزه آموزش و یادگیری به همراه داشته است. برخی از اندیشمندان معتقدند که ورود این فناوری های نوظهور به حوزه تعلیم و تربیت می تواند یادگیری را تسهیل بخشیده و در نتیجه نهادهای آموزشی سنتی را متزلزل کند (ابراهیم آبادی، ۱۳۸۹).
امروزه یکی از کلیدی ترین سوالات که محور تحقیقات زیادی گردیده پرداختن به این نکته است که آیا فناوری های جدید جایگزین روش های سنتی خواهند بود و یا به عنوان یک مکمل در کنار روش های سنتی از آن ها باید استفاده شود.
۲-۲ یادگیری[۱۵]
۲-۲-۱ مفهوم یادگیری
یادگیری مفهومی است که در موارد بسیار به کار برده می شود و به نظر می رسد که همه آن را می شناسند، به شرط آنکه ملزم به تعریف آن در قالب عبارت علمی نباشند. بسیاری یادگیری را کسب اطلاعات، معلومات یا مهارت های خاص می دانند و عده ای هم انتقال مفاهیم علمی از فردی به فرد دیگر.
یادگیری به تغییراتی اطلاق شده است که بر اثر تجربه بدست می آید( مازور[۱۶]، ۱۹۹۰؛ راکلین[۱۷]، ۱۹۸۷ نقل از کدیور، ۱۳۸۱). به نظر تراورس[۱۸](۱۹۷۲)، یادگیری زمانی رخ می دهد که در نتیجه شرایط محیطی، تغییرات نسبتا پایداری در پاسخ به وجود آید. منظور از شرایط محیطی گاهی همان محرک است و عواملی مانند پاسخ و محرک که فرد دیگری غیر از یادگیرنده می تواند ملاحظه کند، یادگیری فرایندی پیچیده و متضمن تغییرات درونی نیز هست. ولی در بعضی موارد، شاهد تحقق یافتن یادگیری به صورت پاسخ قابل مشاهده ای که از یادگرنده سر می زند هستیم. تراورس در تعریف یادگیری، تغییرات ناشی از خستگی یا تغییرات زودگذر رفتاری را از یادگرندگان جدا می کند(کدیور، ۱۳۸۱).
رفتارگرایان، یادگیری را تغییر در رفتار قابل مشاهده و اندازه گیری تعریف کرده اند. از دیدگاه گشتالت[۱۹]، یادگیری عبارتست از کسب بینش های جدید یا تغییر در بینش های گذشته. هیلگارد و مارکوئیز[۲۰] یادگیری را فرایند تغییرات نسبتا پایدار در رفتار بالقوه[۲۱] فرد که بر اثر تجربه حاصل می شود تعریف کرده اند(احمدی، ۱۳۹۱).
کمبل[۲۲] یادگیری را بصورت تغییر نسبتا پایدار در توان رفتاری که در نتیجه تمرین تقویت شده و رخ می دهد تعریف می کند. به استناد تعریف کمبل از یادگیری می توان نتیجه گرفت نخست آنکه تغییر در رفتار یعنی نتایج یادگیری همواره باید قابل انتقال به رفتار مشاهده پذیر باشد و پس از یادگیری یادگیرنده قادر به انجام کارهای خواهد بود که پیش از یادگیری نمی توانست آنرا انجام دهد. دوم اینکه، تغییرا رفتاری نسبتا پایدار است یعنی نه موقتی است نه ثابت. سوم اینکه، تغییر در رفتار حتما نباید بلافاصله پس از یادگیری رخ دهد و ممکن است توانایی های مدنظر بلافاصله در رفتار او ظاهر نگردد. چهارم اینکه، تغییر در رفتار یا توان رفتاری از تجربه یا تمرین ناشی می شود. و پنجم آنکه تجربه یا تمرین باید تقویت بشود یعنی تنها پاسخ هایی که به تقویت می انجامد آموخته می شوند(السون و هرگنهان،۲۰۰۹ نقل از سیف، ۱۳۸۶).
۲-۲-۲ مواضع نظریه پردازان مختلف در مورد یادگیری
نظریه به معنای وسیع کلمه عبارت است از تغییر و تفسیر حوزه یا جنبه ای از شناخت. نظریه های یادگیری شرایط حصول و یا عدم حصول یادگیری را تحلیل می کند(شعبانی، ۱۳۸۵). امروزه نظریه های مهمی که یادگیری و نظام های آموزشی را تحت تاثیر قرار داده اند می توان به سه مجموعه بزرگ طبقه بندی کرد که عبارتند از نظریه رفتارگرایان، نظریه شناخت گرایان و نظریه ساخت گرایی(موسوی، ۱۳۸۸).
الف – رفتارگرایان[۲۳]
این نظریه شامل نظریه های افرادی چون پاولف[۲۴]، واتسون[۲۵]، ثراندایک[۲۶] و اسکینر[۲۷] است. این دیدگاه یادگیری را ایجاد تقویت رابطه و پیوند بین محرک و پاسخ سیستم عصبی انسان می دانند و بیشتر به شرطی شدن کلاسیک، ابزاری، فعال و مواردی از این دست می اندیشند. از نظر صاحب نظران نظریه شرطی، در فرایند یادگیری، ابتدا وضع یا حالتی در یادگیرنده اثرمی کند، سپس اور ا وادار به فعالیت می نماید و بین آن وضع حالت و پاسخ ارائه شده ارتباط برقرار می شود و سرانجام عمل یادگیری صورت می گیرد(شعبانی، ۱۳۸۵).
ب – شناخت گرایی[۲۸]
نظریه شناختی شامل نظریه های گشتالت[۲۹]، پیاژه[۳۰]، برونر[۳۱]، آزوبل[۳۲] ، بلوم[۳۳] و غیره است. صاحبان این نظریه، یادگیری را ناشی از شناخت، ادارک و بصیرت می دانند. یادگیری های جدید فرد با ساخت های شناختی قبلی او تلفیق می شوند. از نظر پیروان نظریه های شناختی، شاگردان موجوداتی فعال و کنجکاوند(شعبانی،۱۳۸۵). به اعتقاد برونر شاگردان را نباید در برابر دانسته ها قرار داد، بلکه باید آنان را با مساله روبرو کرد تا خود به کشف روابط میان امور و راه حل آن ها اقدام کنند.
ج – ساخت گرایی[۳۴]
ساخت گرایانی چون فردریک بارتلت[۳۵]، معتقدند که یادگیرندگان یادگیرندگان دنیای خودشان را خودشان می سازند یا حداقل آن را بر مبنای درک دریافتشان از تجربه ها تفسیر می کنند. بنابراین دانش یک فرد، تابعی از تجربیات قبلی، ساختارهای فکری و اعتقادات اوست که وی با بهره گرفتن از آن اشیاء و وقایع را تفسیر می کند(مرجل[۳۶] به نقل از شعبانی، ۱۳۸۵).
۲ – ۳ آموزش و یادگیری
کدیور (۱۳۸۱) ” آموزش به مجموعه فعالیت هایی کفته می شود که معمولا به یادگیری منجر می گردد. این فعالیت ها به وسیله معلم و یادگرنده توام انجام می شود، ولی در تجزیه و تحلیل نهایی، یادگیری که نتیجه آموزش است به وسیله یادگرنده صورت می پذیرد. در واقع معلم، روش یادگیری را آموزش می دهد نه صرفا موضوع درسی را. موفقیت در امر آموزش به عواملی چون معلم، وسایل آموزشی و یادگرنده و تعامل آنها یا یکدیگر مربوط است. آموزش و یادگیری ضمن ارتباط بسیار نزدیک با یکدیگر، دو فرایند مستقلند. آموزش می تواند به یادگیری منجر شود، ولی ضرورتایادگیری نتیجه آموزش نیست. به این ترتیب، معلم یادگیری را تسهیل می کند ولی هر یادگیرنده ای مسئول یادگیری خود است. بنابراین، می توان گفت آموزش مجموعه ای از فعالیت هایی است که در پی تسهیل یادگیری است ولی ممکن است به یادگیری منجر نشود.
بررسی ارتباط آموزش و یادگیری موجب می شود که توجه مان بر یادگیری متمرکز و نیز تاکید کنیم که معلم فقط با مواد و مطالب درسی سروکار ندارد، بلکه ممکن است تدریس کند بدون اینکه دانش آموز چیزی یاد بگیرد. به بیان دیگر، هر نوع تدریس لزوما به یادگیری منتهی نمی شود. آنچه برای معلم در امر آموزش اهمیت دارد، شناخت یادگیرنده و تسهیل یادگیری برای یادگرنده است. با توجه به آنچه گفته شد، این نتیجه حاصل می شود که آموزش را نمی توان به سلیقه شخصی معلم واگذار کرد.
به رغم تنوع و گستردگی روش های آموزشی، بسیاری از روانشناسان، مربیان و مولفان تلاش کرده اند تا برای تسهیل کاربرد موثر روش های تدریس، روش های آموزشی را طبقه بندی کنند. از جمله تلاش های موثر در این زمینه، طبقه بندی چهارگانه پیاژه[۳۷] در روش های تدریس است. این روشها بدین قراراند:
- روش های تقریری
- روش های شهودی
- روش های فعال
- روش های برنامه ای “
۲ - ۴ طراحی آموزشی یادگیری توانمندیهای پیچیده
الگوهای جدید آموزشی اساسا بر این فرض مبتنی هستند که تکالیف و وظایف واقعی و پربار یادگیری، نیروی جلوبرنده فراگیران در مسیر یادگیری اند. طراحی خوب و مناسب تکالیف و وظایف یادگیری باید فراگیران را به تلفیق مهارتها ، دانش و نگرش های کسب شده و هماهنگ سازی ابعاد گوناگون رفتار در فرایند پیچیده یادگیری برانگیزند و نتیجه این فرایند تشکیل مبنای محکم دانشی است که انتقال آن را به زندگی روزمره یا موقعیتهای کاری آینده میسر می سازد. مثالی از الگوی طراحی آموزشی که بر تلفیق، هماهنگی، و انتقال یادگیری تاکید دارد الگوی طراحی آموزشی چهار عنصری است که به طرو خلاصه به الگوی ۴c/id[38] معروف است و پیام اصلی این الگو آن است که همواره می توان محیط های خوب طراحی شده یادگیری را در طراحی کلی شامل چهار عنصر به هم مرتبط تشریح کرد که عبارتند از:
- تکالیف و وظایف کامل یادگیری[۳۹]، تجربیات یادگیری[۴۰] شامل وظایف و تکالیفی است که به شکل عینی، اصیل، معنادار و مکمل یکدیگر برای فراگیران فراهم می شود.
- اطلاعات پشتیبان ، اطلاعاتی است که برای پشتیبانی و حمایت از اجرای ابعاد غیر تکرار شونده تکالیف و وظایف یادگیری مانند استدلال و حل مساله تدارک دیده می شود. این اطلاعات پل ارتباطی میان آنچه فراگیران می دانند یعنی دانش قبلی و آنچه که برای انجام بهینه وظایف یادگیری لازم است بدانند.
- اطلاعات پیش نیاز و به موقع jit[41]: اطلاعاتی که پیش نیاز یادگیری و اجرای ابعاد تکرار شونده تکالیف و وظایف یادگیری اند. این اطلاعات به بهترین شکل در واحدهای کوچک اطلاعاتی سازماندهی شده اند تا دقیقا زمانی که فراگیران برای انجام وظایف یادگیری به آنها نیاز دارند برایشان عرضه شود.
- تمرین عملی خرده وظایف، تمرین های عملی اضافی برای کسب مهارت در ابعاد تکرار شونده وظایف یادگیری است فراگیران باید پس از دریافت آموزش و انجام دادن این تمرین ها تبحر کافی را درباره این بدست آورده و بصورت خودکار قادر به انجامشان باشند(یوخم، مرینبور، کوپر نقل از زمانی و عبدالهی، ۱۳۹۰).
۲- ۵ انواع روش های تدریس:
روش های تدریس به دو دسته کلی تقسیم می شوند. روش هایی که در گذشته های بسیار دور به کار می رفته اند، که ((روش های تاریخی)) و روش هایی که متکی بر یافته های روانشناسی و علوم تربیتی جدید می باشند (( روش های نوین )) نامیده می شود.
۲-۵-۱ روش های تاریخی
- روش سقراطی
- روش مکتبی
۲-۵-۲ روش های نوین تدریس
- روش توضیحی
- روش سخنرانی
- روش اکتشافی
- روش حل مساله
- روش مباحثه
- روش پرسش و پاسخ
- روش واحد کار (پروژه)
- روش گروه های کوچک
- روش یادگیری فردی
- روش نمایشی
- گردش علمی
- روش بازی های تربیتی
- فن تمرین
- روش آزمایش
(صفوی، ۱۳۸۰)
۲-۵-۳ روش آزمایش
آزمایش فعالیتی است که در جریان آن فراگیران با به کار بردن وسایل و مواد بخصوصی درباره مفهومی خاص عملا تجربه کسب می کنند. آزمایش معمولا در آزمایشگاه انجام می گیرد. اما نداشتن آزمایشگاه مجهز یا وسایل مناسب در مدرسه نباید دلیلی برای انجام ندادن آزمایش باشد. در بعضی موارد برای انجام دادن آزمایش در کلاس وسایل بسیار ساده ای لازم است که معلم و حتی دانش آموز می تواند به آسانی آنها را تهیه کند. آزمایش گاهی به منظور آشنا کردن دانش آموزان به جنبه های عملی یک مفهوم مورد استفاده قرار می گیرد. برای این کار معلم دستور العمل انجام آزمایش را در اختیار فراگیران می گذارد و انتظار دارد که دانش آموزان با بهره گرفتن از دستور کار سرانجام به نتیجه یکسانی برسند. در موارد دیگر آزمایش به منظور فراهم آوردن محیطی مناسب برای حل مسئله تلقی می شود. در این صورت معلم جهت کلی فعالیت را مشخص می کند و فراگیران را بر آن می دارد تا در اجرای آزمایش به طور مستقل تصمیم گیری و نتیجه گیری کنند. آزمایش برای تدریس مفاهیم علوم تجربی به ویژه فیزیکی و و شیمیایی بسیار لازم است و بدون آن دانش آموز نمی تواند مفاهیم مورد نظر را به درستی فراگیرد. دانش آموزان به آزمایشهای علوم علاقه فراوانی دارند خواه آزمایش علوم را معلم انجام دهد و یا اینکه دانش آموزان انجام دهند. البته حتی الامکان باید آزمایشهای علوم توسط دانش آموز انجام شود. در هر صورت تشخیص اینکه در هر مورد آزمایش را چه کسی انجام دهد به عهده معلم می باشد.
بررسی مطالعات انجام شده در زمینه دستیابی به حیطه‌های بالاتر سطوح شناختی و مهارتی در انجام فعالیتهای آزمایشگاهی، نشان داده است که این مهارتها را میتوان به پنج سطح مختلف طبقه‌بندی کرد. این طبقه‌بندی به صورت زنجیره‌ای و سلسله مراتبی از ساده به مشکل تنظیم می‌شوند. طبقات بالاتر ضمن اینکه ویژگیهای خاص خود را دارند، ویژگیهای طبقات پایین‌تر را نیز شامل می‌شوند. براساس این طبقه‌بندی، سطوح مختلف مهارتهای کسب شده در انجام آزمایش به شرح زیر است:
۱- مرحله تایید: ساده‌ترین و پایین‌ترین سطح از مهارتهای انجام آزمایش است که شامل تایید نظریه و مفاهیم مطرح شده در کلاس درس بوده و فراگیران در این مرحله می‌توانند موضوع‌های انتزاعی را به شکل واقعی تجربه کنند.
۲- مرحله بیان یا توصیف: عبارت است از توصیف نظریه، حقایق و واقعیتهای علمی. در این مرحله فراگیران برای آگاهی از نظریه‌ها، مفاهیم و پدیده‌های جدید ترغیب شده و به بررسی رابطه بین متغیرهای موجود در پدیده علمی مورد مطالعه می‌پردازند.
۳- مرحله استقرایی: عبارت است از درک حقایق علمی و بسط آنها جهت رسیدن به حقایق دیگر. در این مرحله فراگیران می‌توانند واقعیت‌ها و حقایق را به حالت معنی‌دار سازمان داده و به یک قاعده کلی و یا اصل برسند. این مرحله سبب پیدایش یقین شده و به عنوان روش آزمایشی و یا مشاهده‌ای جهت جمع آوری مدارک، بررسی و ارزش سنجی فرضیه‌ها و رسیدن به یک جمع بندی کلی از یک پدیده علمی می‌شود.
۴- مرحله قیاس: عبارت است از درک حقایق و مفاهیم علمی و مقایسه آنها با حقایق مشابه. در این مرحله فراگیران می‌توانند پدیده‌ها و حوادث را بر مبنای مفاهیم و اصول علمی آموخته شده تبیین نمایند. رسیدن به مرحله استدلال قیاسی این توانایی را در فراگیران ایجاد می‌کند تا بتوانند قوانین و نظریه‌های علمی را بسط داده و به مفاهیم و نظریه‌های ویژه و تخصصی دست یابند.
۵- مرحله رشد مهارت در حل مسئله و تمرین پژوهش: پیچیده‌ترین و بالاترین سطح از مهارتهای قصد شده در انجام آزمایش بوده و عبارت است از دست ورزی و توانایی انجام کار با ابزار، وسایل آزمایشگاهی و به کارگیری نظریه‌های علمی در حل مسائل. در این مرحله فراگیران می‌توانند بر مهارتهای مورد نیاز فعالیتهای آزمایشگاهی تسلط یابند. آشنایی و تسلط بر روش علمی، کشف مسئله، انجام پژوهش و به کارگیری رویکرد اکتشافی، سبب می‌شود تا فراگیران بتوانند به مهارت حل مسئله در پدیده‌های علمی دست یابند(استاموولاسیس و تی ساپارلیس[۴۲]، ۲۰۰۳).
شایان ذکر است که اهداف قصد شده در آموزش آزمایشگاهی علوم همانا رسیدن به بالاترین سطح مهارت (حل مسئله) توسط فراگیران است. با انجام هر کدام از مراحل ذکر شده و گذر به مرحله بعدی، میزان گستردگی، پیچیدگی و سطح علمی فعالیتهای عملی نیز افزایش می‌یابد. فراگیران با انجام مرحله به مرحله هر کدام از این فعالیتها، به مهارت مورد نظر دست می‌یابند.
بررسی نتایج پژوهشهای نشان داده است که بیشتر فعالیتهای عملی صورت گرفته در آزمایشگاه، کلاس درس و حتی محیط خارج از مدرسه، در راستای «تایید» و یا «بیان» پدیده یا نظریه علمی مورد مطالعه بوده و کمتر به مراحل «استقرایی» و «قیاس» توجه می‌شود. این امر سبب می‌شود تا فراگیران نتوانند مهارتهای لازم برای حل مسئله و انجام پژوهش را کسب نمایند. دلیل اصلی این امرعدم استقبال فراگیران از افزایش سطح علمی و پیچیدگی فعالیت انجام شده می‌باشد. بنابراین معلم با دیدن ظرفیت پایین فراگیران در انجام آزمایشهای پیچیده، رغبت کمتری برای انجام این نوع فعالیتها نشان داده و در نتیجه دستیابی به سطوح بالاتر مهارت امکان پذیر نخواهد بود. پژوهشگران متعددی برای رفع این مشکل و ارائه طریق به پژوهش پرداخته و روش‌های گوناگونی را ارائه کرده‌اند. روش های نظام‌مند برای پرداختن به ساختن‌گرایی، آموزش منبع محور و یاددهی- یادگیری پروژه محور از جمله روش های جدید مطرح شده برای فایق آمدن بر این گونه مشکلات است(وایت[۴۳]، ۱۹۹۶).
مک کوماس[۴۴](۱۹۹۷) با برقراری یک ارتباط منطقی بین روش‌های یادگیری پروژه- محوری و حل مسئله، ماترسی طراحی کرد که سازوکار یادگیری بر پایه این دو روش را به خوبی نشان می‌دهد. این ماتریس در جدول- ۱ آمده است.
جدول ۲-۱ ماتریس سازوکار یادگیری برپایه پروژه- محوری و حل مسئله
| ردیف | روش یاددهی | تعریف مسئله | روش پژوهش | نحوه ارزشیابی |
| ۱ | پروژه محور | معلم محور | معلم محور | معلم محور |
| ۲ | آمیخته ای از ۱و۳ | فراگیر و معلم | فراگیر محور | معلم محور |
| ۳ | حل مسئله | فراگیر محور | فراگیر محور | فراگیر محور |
در این ماتریس، بالاترین سطح یادگیری به حل مسئله ختم شده و فراگیر می‌تواند عملکردی همانند دانشمندان داشته باشد. برای رسیدن به این مرحله، فراگیر باید در روش یادگیری پروژه- محوری مهارت لازم را کسب نماید. در این روش، موضوع یا مسئله و همچنین نحوه فعالیت فراگیر در قالب روش کار توسط معلم تعریف شده و پس از اتمام فعالیت، معلم به ارزشیابی عملکرد فراگیر می‌پردازد. در این روش فراگیر فاقد استقلال در یادگیری بوده و همه فعالیتها تحت کنترل معلم است تا فراگیر بتواند به مهارت مورد نظر دست یابد. این مهارت علاوه بر مرحله تایید، شامل بیان و تصویر نظریه یا پدیده علمی نیز می‌شود. در ادامه فعالیتها، برای رسیدن فراگیر به مرحله استقرایی و قیاس در مهارتها، آمیخته‌ای از روش پروژه- محور و حل مسئله مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، فراگیر با راهنمایی معلم موضوع یا مسئله مورد پژوهش را تعریف کرده و به تنهایی اقدام به حل آن می کند. معلم که ناظر بر فعالیتهای فراگیر است، فقط در نقش مشاور ایفای نقش نموده و با اتمام فعالیت فراگیر، چند گزینه جهت ارزشیابی فعالیت فراگیر پیشنهاد می‌کند و فراگیر با انتخاب یکی از این روشها به ارزشیابی عملکرد خود می‌پردازد. با اجرای این روش و کسب مهارت در مراحل استقرایی و قیاس، فراگیر می‌تواند به تنهایی موضوع یا مسئله‌ای را طرح کرده و روشی را برای حل آن پیشنهاد نماید. مهارت و بینش فراگیر در این مرحله به قدری رشد کرده است که می‌تواند به تنهایی عملکرد خود را ارزشیابی نماید.
پژوهشگران متعددی از جمله کولبورن[۴۵](۱۹۹۷)، توماس[۴۶](۲۰۰۰)، به نقد این روش پرداخته و کارایی آن را به جهت پیچیده بودن و نیاز به خروج از برنامه درسی رسمی زیر سوال بردند. دامین[۴۷](۱۹۹۹) با بررسی انواع روش‌های رایج در آموزش آزمایشگاهی، چهار سبک از آزمایشهای معروف را نام برده و ویژگیهای هر کدام را بر شمرد. این سبک‌ها عبارت بودند از: «آزمایشهای تفسیری»، «آزمایشهای کاوشگری»، «آزمایشهای اکتشافی)) و «آزمایشهای حل مسئله‌ای». ویژگی هر کدام از روش‌های ذکر شده در جدول۲- ۲ آورده شده است.
جدول ۲-۲: ویژگی انواع روش‌های آموزش آزمایشگاهی
| ویژگی | سبک و نوع آزمایش | ||
| روش کار | رویکرد | برون داد | |
| داده شده | استقرایی | از قبل مشخص | تفسیری |
| فراگیر ساخته | قیاسی | نا مشخص | کاوشگری |
| داده شده | قیاسی | از قبل مشخص | اکتشافی |
| فراگیر ساخته | استقرائی | از قبل مشخص | حل مسئله |
هر کدام از انواع آزمایش ذکر شده دارای ویژگی منحصر به فردی است که حاوی شاخص‌های «برونداد»، «رویکرد» و «روش کار» می‌باشند. در آزمایشهای از نوع تفسیری که بیشتر شامل آزمایشهای از نوع تاییدی است، حجم و میزان سختی فعالت‌های انجام گرفته زیاد نیست و فراگیران با انجام فعالیت بر طبق دستورکار داده شده، به نتایج مشخص شده از قبل می‌رسند و چون از طریق مقایسه برونداد‌ها به یک جمع‌بندی و قاعده کلی می‌رسند، لذا رویکرد استفاده شده در این نوع آزمایش‌ها از نوع استقرایی است.
در آزمایشهای از نوع کاوشگری که والاترین نوع فعالیتهای آزمایشگاهی محسوب می‌شوند، فراگیر همانند دانشمندان به کشف مسئله و ارائه طریق برای حل آن می‌پردازد و جوابی که به دست می‌آید، ممکن است هم برای معلم و هم برای فراگیر تازگی داشته باشد. این نوع آزمایش‌ها که بر پایه رویکرد قیاسی انجام میگیرند، کاملاً با روش علمی مطابقت داشته و شامل مشاهده دقیق، ثبت اطلاعات و تجزیه و تحلیل داده‌ها و سرانجام ارائه فرضیه واثبات آن از طریق یک سری فعالیتهای خلاقانه می‌باشد.
تفاوت آزمایشهای از نوع کاوشگری با حل مسئله این است که در نوع حل مسئله، برونداد و نتیجه آزمایش از قبل مشخص بوده و فراگیر با اتخاذ رویکرد استقرایی و طراحی روش کار، به تمرین پژوهش می‌پردازد و این در حالی است که در روش اکتشافی، همانند پژوهشگران واقعی عمل کرده و جواب یک مسئله نامعین را کشف می‌کند. در آزمایشهای از نوع اکتشافی که شباهت زیادی با آزمایشهای نوع تفسیری دارند، روش کار و بروندادهای آزمایش مشخص است و فراگیر باید با بهره گرفتن از رویکرد قیاسی به تبیین و توصیف آزمایش و متغیرهای موجود در آن بپردازد. هر چند این الگو در مقایسه با الگوی مک کوماس (جدول۲-۱)، جامع‌تر بوده و بر پایه رویکردهای معین و مشخصی ارائه شده است؛ اما مسیر حرکت و چگونگی پیاده کردن آن در مراکز آموزشی و همچنین نقش معلم و فراگیر به درستی مشخص نشده است.
۲-۵-۴ الگوی جدید پیشنهادی
در این مدل پیشنهادی، برای دست یابی به سطوح بالاتر حیطه‌های شناختی و مهارتی، پنج سطح برای انجام فعالیتهای آزمایشگاهی در نظر گرفته شده است. این سطوح پنجگانه از یک سری فعالیتهای تنظیم شده از آسان به پیچیده طراحی شده‌اند و با گذر از یک سطح مهارتی به سطح دیگر، بر پیچیدگی فعالیت انجام گرفته افزوده می‌شود. جمع‌بندی سطوح پنجگانه و ویژگیهای هر سطح در جدول ۲-۳ آمده است. در سطح صفر، معلم با انجام آزمایش به صورت «نمایشی» مهارتهای لازم برای کار با ابزارها، مواد، وسایل و دستگاه های آزمایشگاهی را به فراگیران آموزش می‌دهد. در این سطح که کاملاً معلم- محور است، فراگیران به دقت آموزه‌های معلم را به خاطر می‌سپارند.
جدول ۲-۳ جمع بندی سطوح پنجگانه و ویژگیهای هر سطح
| برون داد | روشها و راه حل ها | مسئله یا موضوع | سطح |
| مشخص | مشخص | مشخص | صفر |
| داده شده توسط معلم | داده شده توسط معلم | داده شده توسط معلم | یک |
| آزاد ( توسط فراگیر ) | داده شده توسط معلم | داده شده توسط معلم | دو |
| آزاد ( توسط فراگیر ) | آزاد ( توسط فراگیر ) | داده شده توسط معلم | سه |
| آزاد ( توسط فراگیر ) | آزاد ( توسط فراگیر ) | آزاد ( توسط فراگیر ) | چهار |
در سطح یک، معلم موضوعی را طرح کرده و از فراگیران می‌خواهد تا با بهره گرفتن از روشی که در اختیار آنان قرار می‌دهد، به حل مسئله بپردازند. در این سطح معلم جواب سوال را به فراگیران می‌دهد و باید آنان تلاش نمایند تا با به دست آوردن همان جواب، به مهارت «تایید نظریه علمی» نایل شوند. این گونه فعالیت‌هایی که شامل آزمایشهای تفسیری است، می‌تواند چندین بار در یک پایه تحصیلی تکرا شود تا فراگیران مهارت لازم را کسب نمایند.
در سطح دوم، معلم مسئله‌ای را طرح کرده و با ارائه روش کار، از فراگیران می‌خواهد تا جواب آن مسئله را با توجه به تجارب و مهارتهای کسب شده در مراحل قبلی به دست آورند. فراگیران با در نظر گرفتن متغییرهای موجود در آن مسئله، به حل آن اقدام می‌کنند. معلم با راهنمایی فراگیران به آنها کمک می‌کند تا به جواب درست برای آن مسئله دست یابند. در این مرحله فراگیران توانایی بیان نظریه علمی و توصیف پدیده مورد مطالعه را کسب می‌کنند. تکرار فعالیتهای این سطح کمک می‌کند تا فراگیران به مرحله کسب مهارتهای استقرایی و قیاس نایل آیند. فراگیران با این مهارتها می‌توانند به ارائه فرضیه پرداخته و یک نظریه را جهت حل مسئله به دیگر پدیده‌های علمی بسط دهند(کسب مهارت اکتشافی).
در سطح سوم، معلم با آگاهی از میزان پیشرفت فراگیران در کسب مهارتهای قصد شده، مسئله‌ای را طرح کرده و از فراگیران می‌خواهد تا در قالب گروه‌های همیار روشی را برای حل آن مسئله ارائه نمایند. با بررسی دقیق روش‌های ارائه شده توسط فراگیران و کمک به برطرف نمودن نواقص آنها، از فراگیران خواسته می‌شود تا فرضیه خود را برای حل مسئله به کار بسته و جواب مناسبی برای آن پیدا نمایند. در این مرحله فراگیران با اتکا به مهارتهای کسب شده در مراحل قبلی، فرضیه خود را به اجرا گذاشته و مسئله مورد نظر را از طریق آن حل می‌کنند. در این سطح، فراگیران به‌طور هم زمان، تمامی مهارتهای خود از جمله مهارتهای استقرایی و قیاس را به کار می‌بندند تا به جواب مسئله دست یابند. برای رشد و هماهنگی بین مهارتهای کسب شده، این مرحله باید چندین با انجام گیرد تا فراگیران به رشد مهارتی لازم ، که همان حل مسئله است، دست یابند.
در سطح چهارم، از فراگیران خواسته می شود تا مسئله‌ای را طرح کرده و مهارت کشف مسئله را به نمایش گذارند. با روشن شدن موضوع یا مسئله، فراگیران باید بتوانند روشی را برای حل آن مسئله در قالب یک یا چند فرضیه ارائه نمایند. با بررسی روشها یا فرضیه‌های ارائه شده و مطابقت دادن آنها با امکانات و واقعیتهای موجود، بهترین روش یا فرضیه انتخاب شده و فعالیتهای عملی لازم برای حل مسئله انجام می‌گیرد. لازم به ذکر است که در این سطح معلم فقط نقش راهنما را ایفا کرده و چه بسا با موضوعات جدیدی روبرو می‌شود. این نوع فعالیتهای آزمایشگاهی، سبب دسیابی به بالاترین سطح مهارتی (کاوشگری) گردیده و سبب می‌شوند تا فراگیران با اتکاء به مهارتهای کسب شده، همانند پژوهشگران به کشف مسائل و ارائه راه حل بپردازند(اصفا، ۱۳۸۵).
۲-۶ آزمایش واقعی
۲-۶-۱ مفهوم آزمایش واقعی
آزمایش به مجموعه‌ای از اعمال و فعالیتها گفته می‌شود که به منظور شناخت پدیده‌ها و در جهت سنجش فرضیه‌ای انجام گرفته و موجبات دست ورزی و کسب مهارت و تجربه را فراهم می سازد ( هودسون[۴۸]، ۱۹۹۰).
۲-۶-۲ تاریخچه فعالیت های آزمایشگاهی واقعی
الف) – تاریخچه فعالیت های آزمایشگاهی در جهان
هر چند از زمان های بسیار دور به طور غیر رسمی از فعالیتهای عملی در آموزش علوم استفاده می شد، اما در سال ۱۸۸۰، برای اولین بار آرمسترانگ پژوهشگر و معلم علوم تجربی در انگلستان، نظریه هیوریسم یا یادگیری اکتشافی را مطرح کرده و با تلفیق بعضی از نظریه های یادگیری علوم تربیتی، از آن در آموزش علوم تجربی استفاده کرد. این الگوی آموزشی به پرورش مهارتهایی چون: مشاهده، اندازه گیری و کاربرد این مهارتها در حل مسائل تاکید داشت. این نظریه دانش آموزان را قادر می ساخت تا اصول نظریه های علمی را به خوبی یاد بگیرند.
نظریه یادگیری اکتشافی آرمسترانگ مورد استقبال قرار گرفت و برای پرداختن به این رویکرد آموزشی، آزمایشگاههای ساده ای در بعضی از مدارس احداث گردید و در سال ۱۸۹۶، وجود آزمایشگاه به عنوان بخش مهم و ضروری در آموزش علوم تجربی در انگلستان به تصویب رسید.
در اوایل قرن نوزدهم، هر چند آزمایشگاه های اولیه در انگلستان با الهام از آزمایشگاههای شیمی کشور آلمان احداث گردید اما با گذشت زمان، آزمایشگاه های مجهز فیزیک و زیست و شیمی نیز در مدارس ساخته شد (سالمون[۴۹] به نقل از نشاط پور،۱۳۹۱).
در ابتدای قرن بیستم تردیدهای در ارتباط با لزوم فعالیت های عملی در مدارس به وجود آمد و بسیاری از اشراف زادگان اروپایی مقاومت هایی را به خاطر اجباری بودن فعالیتهای عملی در مدارس از خود نشان دادند. این امر باعث شد تا تردیدهایی در ارتباط با لزوم اجرای فعالیتهای عملی در مدارس ایجاد شود. اولین تردیدها در مورد ارزش فعالیتهای عملی در مدارس دوره راهنمایی مطرح شد که عمدتاً به خاطر امکانات محدود بود، و سپس از طرف پژوهشگران مورد نقد و بررسی قرار گرفت. پژوهشگران درباره علت پیدایش تردیدها نکات زیر را یادآور شده‌اند:
- تعداد کمی از معلمان دوره راهنمایی صلاحیت و توانایی استفاده از آزمایشگاه و فعالیتهای عملی را به نحو احسن دارند.
- تأکید بیش از حد بر اجرای فعالیتهای عملی، به درک نادرستی از کاوشگری علمی منجر می شود.
- بسیاری از آزمایشهای انجام گرفته در مدارس، پایه علمی درستی نداشته و بی ارزشند.
- فعالیتهای عملی انجام شده در مدارس، دور از توانایی ها و علائق دانش‌آموزان هستند.
در اواسط جنگ سرد، در سال ۱۹۵۷، با پرتاب اولین سفینه فضایی (اسپوتنیک) توسط شوروی سابق، شوک عظیمی در بعضی از کشورها ایجاد شد. در مورد آموزش علوم تجربی، از قبل انتقادهایی در زمینه عدم کارایی روش های آموزشی موجود وجود داشت و پرتاب سفینه اسپوتنیک سبب شد تا بسیاری از کشورها، با شدت هر چه بیشتری به انجام اصلاحاتی در برنامه‌های درسی خود همت گمارند. اصلاحات برنامه درسی آموزش علوم نیز از جمله برنامه‌هایی بود که در بسیاری از کشورها به آن پرداخته شد. از مهمترین برنامه‌های درسی جدید، میتوان به پروژه های نافیلد در مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه انگلستان و مطالعه و بررسی برنامه درسی علوم زیست شناسی، فیزیک و شیمی در ایالات متحده اشاره کرد. اساس این پروژه‌ها بر درک مفهومی و یادگیری بخش اعظم حقایق علمی استوار بود و روی این اصل، دانش آموزان مجبور شدند تا از کتابهای درسی جدید و ویژه ای استفاده نمایند. برنامه درسی جدید بر توسعه هر چه بیشتر مهارتهای پایه، و نیز استفاده از فعالیتهای عملی در کنار کلاس درس تأکید داشت (میلار [۵۰] ،۲۰۰۴).
در سال ۱۹۸۰، جان سالومون با انتشار کتابی تحت عنوان “آموزش کودکان در آزمایشگاه” گفت: شکی نیست که آموزش علوم تجربی باید در آزمایشگاه صورت گیرد، زیرا که علوم تجربی به آزمایشگاه تعلق دارد، همانطور که آشپزی به آشپزخانه و کشاورزی به مزرعه تعلق دارد. سالومون این الزام در اجرای فعالیتهای عملی را با الهام از نظریه‌ها و فعالیتهای صورت گرفته توسط آرمسترانگ مطرح کرد و با اجرای پروژه‌های مختلف آموزش علوم، موجب گسترش این نظریه شد. سولومون درکتاب خود خاطر نشان کرده است که سؤالات زیادی در رابطه با چگونگی تنظیم برنامه فعالیتهای عملی و اجرای آن در مدارس وجود دارد، اما در کتاب او اشاره‌ای به میزان فعالیتهای عملی در مدارس نشده بود(نشاط پرور، ۱۳۹۱).
میزان فعالیتهای عملی در مدارس را ک‍‍ِر[۵۱] (۱۹۶۳) که در زمینه انجام فعالیتهای عملی در مدارس پژوهش می‌کرد، مشخص کرد. او با الهام از نظریه رشد شناختی پیاژه متذکر شد که معلمان علوم برای تنظیم میزان فعالیتهای عملی در مدارس، باید تلاش کنند تا در دوره تحصیلی ابتدایی (یعنی سنین ۷ تا ۱۱ سالگی)، با نمایش آزمایشهای ساده و جذاب و نیز انجام آزمایشهای بسیار ساده توسط دانش‌آموزان، آنها را به علوم تجربی علاقمند کنند. در دوره تحصیلی راهنمایی نیز باید روش های علمی به دانش آموزان آموخته شود؛ ولی از سنین ۱۴ و ۱۵ سالگی، ارتقای روش های علمی و دست یابی به سطوح بالاتر تفکر را هدف اصلی خود قرار دهند (نشاط پرور، ۱۳۹۱).
۲-۶-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های واقعی
دلایل زیادی وجود دارد که به نوعی بیان کننده اهمیت انجام فعالیتهای عملی در آموزش اثر بخش علوم می باشند. برخی از این دلایل عبارتند از:
- کسب مهارت های لازم: انجام فعالیتهای عملی به دانش آموز کمک می کند تا مهارتهای لازم برای یک دانشمند را کسب کند. این مهارتها عبارتند از: برنامه ریزی، مشاهده دقیق، اندازه گیری، ثبت دقیق و درست اطلاعات، نمایش شفاف و به دور از اغراق اطلاعات، ارائه صحیح نتایج و یافتن ارتباط منطقی بین متغیرها.
- درک بهتر حقایق و مفاهیم: پرداختن به فعالیتهای عملی سبب می شود تا دانش آموزان حقایق و مفاهیم علمی را بهتر درک نمایند.
- ایجاد تفکر: استفاده از فعالیتهای عملی سبب فعال شدن یادگیری شده و دانش آموزان را وادار می کند تا درباره اهداف فعالیت عملی فکر کنند. بنابراین با اجرای فعالیتهای عملی، به جای اینکه دانش آموزان در مقابل بارش یک طرفه اطلاعات از طرف معلم تسلیم شوند، به طور فعال در مبادله اطلاعات و تجربه با معلم شریک می شوند.
- ایجاد درک واقعی از رویدادها: انجام فعالیتهای عملی سبب واقعی تر جلوه دادن حقایق علمی می شود.
- ایجاد هیجان: انجام فعالیتهای عملی به دروس علوم تجربی هیجان و علاقه بیشتری می بخشد.
- رشد مهارت های مورد نظر برنامه درسی: انجام فعالیتهای علمی سبب رشد مهارتهای مورد نظر برنامه درسی و اهداف آموزشی نظیر: رشد ارتباطهای علمی، رشد سواد علمی، و توانایی استفاده از فناوریهای اطلاعات و ارتباطات می شود.
۲-۶-۴ معایب استفاده از آزمایشگاه های واقعی
بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب استفاده شود ، اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارند که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش علوم استفاده نمایند.
به استناد پژوهش انجام گرفته اصفا (۱۳۸۵)، مشخص شده است که عوامل مختلفی سبب کم توجهی به آزمایشگاه و انجام فعالیتهای عملی در مدارس شده اند.
چند مورد از مهمترین این عوامل مزاحم عبارتند از:
- کمبود امکانات، ابزار و وسایل آزمایشگاهی
- بی توجهی معلمان، مدیران و مسئولان نسبت به انجام آزمایش
- هزینه بردار بودن برخی آزمایش ها
- عدم امکان نمایش نتایج برخی آزمایش ها
- خطرناکی برخی آزمایش ها
ب) – تاریخچه فعالیت های آزمایشگاهی در ایران
نخستین فعالیت های آزمایشگاهی درس فیزیک در دارالفنون و به دست معلمان خارجی صورت گرفت. دکتر فوکاتی[۵۲] ایتالیایی عملا درس فیزیک را با آزمایش توام کرد. او در سال ۱۲۶۸ تا ۱۲۷۹ ه . ق. به مدت ۱۱ سال در ایران بود و در سال ۱۲۷۳ ه . ق ./ ۱۲۳۵ ه. ش. برای تهیه لوازم آزمایشگاهی به فرانسه رفت. در این سفر، بسیاری از وسایل آزمایشگاهی را تهیه کرد و با خود به ایران آورد و آنها را به هنگام تدریس بکار می برد(معتمدی، ۱۳۸۶).
کرشش[۵۳] اتریشی هم فیزیک و هم شیمی را با آزمایش به دانش آموزان می آموخت. شادروان احمد آرام، همواره دانش آموزان را به فعالیت های عملی وادرا می کرد و با نوشتن کتاب ” هدیه نو ” در سال ۱۳۰۴ ه. ش. آزمایش و آزمایشگاه را دوباره به راه انداخت. هدیه سال نو با عنوان مجموعه تجربیات فیزیکی و شیمیایی، نخستین کتاب آموزشی در کارهای آزمایشگاهی شامل آزمایشات فیزیک و شیمی است. دکتر حسابی در دارالمعلمین عالی، کار تدریس خود را با آزمایش آغاز کرد. دکتر حسابی در سال ۱۳۱۰ وسایل اولیه ساخت باتری و بکار انداختن نخستین گیرنده رادیو را به کمک دانشجویان خود از بازار تهران فراهم کرد و در یک فعالیت آزمایشگاهی باتری و رادیو ساخت. استاد اصغر نوروزیان در سال ۱۳۱۷ ه. ش. پس از رفتن به تبریز، آزمایشگاه دبیرستان فردوسی را راه انداخت. در دهه چهل، توجه به آزمایشگاه های مدارس و تاسیس آزمایشگاه مرکزی افزایش یافت. در سال های بعد از انقلاب توجه به آزمایش و آزمایشگاه افزایش یافت و کتاب آزمایشگاه مستقل، برای کلاس های دبیرستان تالیف و درس آزمایشگاه جداگانه در برنامه مدارس گنجانده شد (معتمدی،۱۳۸۶).
۲-۷ آزمایش مجازی
۲-۷-۱ مفهوم آزمایشگاه مجازی
آزمایشگاه مجازی محیطی است که با بهره گرفتن از نرم افزار مجازی و شبیه سازی شده دانش آموزان آزمایشات مختلف مربوطه را در محیطی کاملا بدون خطر و با دقت بالا انجام می دهند(فراهی، ۱۳۸۹).
۲-۷-۲ تاریخچه آزمایشگاه مجازی
الف) تاریخچه آزمایشگاه مجازی در جهان
در سال ۱۹۹۰ دانیل جویس از دانشگاه ویولینا یک آزمایشگاه برای آموزش از راه دور دروس علوم پایه راه اندازی نمود. در سال ۱۹۹۲ بلدرین و کومن طی تحقیقی کمبود درس آزمایشگاه مجازی را درacm/teee cURRICULUM 91 یادآور شدند. در سال ۱۹۹۹ پوتید کستر و هک طی مقاله ای تحت عنوان ” استفاده از اینترنت برای آموزش ” پیشنهاداتی برای ایجاد آزمایشگاه های مجازی تحت وب ارئه کرده و یک آزمایشگاه فیزیک مجازی را به عنوانdEMO ارئه نمودند. از سال ۲۰۰۰ مرکز بین المللی ort[54] لیستی از دروس پایه مورد نیاز در علم کامپیوتر اعم از سخت افزار، نرم افزار ، زبانهای کامپیوتری، مباحث فن آوری اطلاعات و… را ارائه کرده است که در آن آزمایشگاه های مجازی برای هر رشته نیز به عنوان ملزومات دروسی مانندکنترل، مدارات منطقی و… ذکر شده است (شکری، ۱۳۸۹ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳).
ب) تاریخچه آزمایشگاه مجازی در ایران
استفاده از آزمایشگاه مجازی در ایران سابقه طولانی ندارد. حدودا از سال ۱۳۸۰ نرم افزارهای آزمایشگاهی مجازی که از کشورهای دیگر وارد شده و بصورت زبان انگلیسی بود در برخی از دانشگاه ها مورد استفاده قرار گرفت. از سال ۱۳۸۲ با ورود نرم افزارآزمایشگاه مجازی CROCODILE CHEMISTRY که کاربرد آسان تری نسبت به نرم افزارهای قبلی داشت استفاده از فعالیت های آزمایشگاهی مجازی در درس شیمی گسترش بیشتری پیدا کرد. حدودا در سال ۱۳۸۸ با ترجمه نسخه این آزمایشگاه به زبان فارسی گسترش و کاربرد آن در مدارس توسعه یافت و از سال ۱۳۹۱ با ترجمه نرم افزار CROCODILE PHYSICS به فارسی و همچنین تولید نرم افزار آزمایشگاه مجازی رباتیک استفاده از آزمایشگاه های مجازی به طور چشمگیری رو به افزایش است.
۲-۷-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های مجازی
فلسفه استفاده از آزمایشگاه مجازی می تواند شامل فواید بی شماری است که برخی از آن ها عبارتند از :
- عدم وجود خطرات آزمایش و آزمایشگاههای واقعی
- وجود همه نوع وسایل مورد نیاز
- هزینه کم و مقرون به صرفه بودن
- انجام آزمایش های که در محیط های عادی قابل انجام ورویت نیستند
- عدم نیاز به فضای آزمایشگاهی ( در محیط کلاس هوشمند)
- قابلت انجام در منزل
- ایجاد انگیزه و ایجاد ارتباط موثر با دانش اموزان عصر دیجیتال
- تنوع گسترده
- سرعت در اجرا و مشاهده سریع نتایج
- صحت اجرای آزمایش و عدم وجود خطاهای وارده در طراحی و اجرا
- قابلیت تکرار
۲-۸ مواضع نظریه پردازان در مورد انجام آزمایش
الف) نظریه کارکرد گرایی
پیوند گرایی یکی از مفاهیم نظریه کارکرد گرایی می باشد که ثراندایک[۵۵] آن را مطرح نمود. ثراندایک تداعی بین تاثیرات حسی[۵۶] و تکانه های عمل[۵۷] را اتصال[۵۸] یا پیوند[۵۹] نامید. این معرف نخستین کوشش های رسمی برای ربط دادن رویدادهای حسی به رفتار است. علاقه ثراندایک نه تنها معطوف به شرایط محرک و تمایل به عمل، بلکه متوجه چیزی بود که محرک و پاسخ را به هم پیوند می دهد. او معتقد بود که این دو به وسیله یک رابط عصبی به هم متصل می شوند. نظریه پیوندگرایی به رابطه عصبی بین محرک (s) و پاسخ ® اشاره می کند. برای ثراندایک اساسی ترین شکل یادگیری، یادگیری از راه کوشش و خطا[۶۰]، یا آنچه او در اصل گزینش و پیوند می نامید بود. به عقیده ثراندایک یادگیری افزایشی[۶۱] است نه بینشی[۶۲]. به عبارت دیگر، یادگیری در گامهای منظم بسیار کوچک رخ می دهد نه در پرشهای بزرگ. ثراندایک می گفتاگر یادگیری از راه بینش رخ دهد منحنی نشان خداهد داد تا وقتی یادگرنده هنوز چیزی یادنگرفته است، زمان مورد نیاز برای رسیدن به راه حل مسئله همچنان زیاد و نسبتا ثابت است اما در لحظه ای که یادگیرنده نسبت به مساله بینش کسب می کند منحنی با سرعت زیاد پایین می آید و تا پایان آزمایش یکنواخت باقی می ماند( مستور، ۱۳۹۰).
ب)نظریه رفتارگرایی
سیدنی پرسی[۶۳] در سال ۱۹۲۵ متوجه شد که دانش آموزان می توانند با بهره گرفتن از دستگاه بسیار ساده که برای امتحانات و ارزشیابی ساخته بود، با سرعت متناسب با توانایی خود آموزش ببینند که این نقطه آغاز آموزش ماشینی بود. اسکینر[۶۴] یکی از نظریه پردازان رفتارگرایی به حساب می آید. علاقه اصلی او پیوند دادن یافته های آزمایشگاهی به حل مسائل انسانی بود.
اسکینر دستگاهی به نام ماشین تدریس ساخت که می توانست مطالب درسی را قدم به قدم به صورت ساده به دانش آموزان ارائه دهد. آموزش برنامه ای شیوه ای برای نوشتن درس ها بر اساس نظریه های رفتارگرایی به حساب می آمد(احمدی، ۱۳۹۱).
۲-۹ رابطه انجام فعالیت های آزمایشگاهی با یادگیری
هدف آموزش علوم، تنها انتقال یافته های علمی به دانش آموزان نیست بلکه پرورش مهارت هایی است که از طریق آنها دانش آموز بتواند به تولید به تولید دانش بپردازد اگر چه برای حل منطقی مسائل، این مهارت ها ممکن است در ارتباط با هم مورد استفاده قرار گیرند ولیکن لازم است بصورت مجزا از هم بشناسیم تا بتوانیم آنها را در خود و دیگران تقویت نماییم. مهارتهای علمی عبارتند از:
۱-مهارت مشاهده
۲-مهارت برقراری ارتباط
۳-مهارت اندازه گیری
۴-مهارت کاربرد ابزار
۵- مهارت استنباط و اندازگیری
۶-مهارت پیش بینی کردن
۷- مهارت تشخیص متغییرها
۸- فرضیه سازی
۹- طراحی و تحقیق
۱۰- انجام آزمایش
برای انجام هر آزمایش معمولا مهارتهای علمی بکار گرفته می شود با انجام همین کارهاست که دانش آموز حواس خود را بکار می گیرد و به مشاهده می پردازد و در مشاهدات خود به پدیده ها و فرآیندهایی بر می خورد که آنها را طبقه بندی می کند و از روی شباهتها و تفاوتها مفاهیم تازه ای را می یابد. دانش آموزان در گروه خود به بحث می پردازند و با هم ارتباط برقرار می کنند، فرضیه می سازند، به تحقیق تازه دست می زنند، طراحی پژوهش می کنند و سرانجام آزمایش را انجام داده گزارش تهیه می کنند و دانش و اطلاعات بدست آمده را منتشر می سازند(شبیری و عطاران، ۱۳۸۶).
۲-۱۰ پیشینه تحقیق
در این بخش به بررسی بعضی از پژوهش هایی که قبلاً در زمینه مقایسه آزمایشگاه مجازی و واقعی صورت گرفته است می پردازیم:
در پژوهش کرمی، یونسی و عزیزیان (۱۳۸۸) با عنوان مقایسه میزان آزمایشگاه به کمک نرم افزار آموزشی و روش سنتی بر پیشرفت تحصیلی و نگرش دانش آموزان نتایج بدست آمده حاکی از آن است که بین میزان پیشرفت تحصیلی دانش آموزان سال دوم تجربی در دو گروه آزمایش و کنترل تفاوت معنا داری وجود دارد و گروه کنترل که از طریق آزمایش واقعی به انجام آزمایش پرداختند پیشرفت تحصیلی بیشتری داشتند.
فرح نیا (۱۳۸۸) در پژوهشی تحت عنوان بررسی تاًثیر برگزاری آزمایشگاه به صورت مجازی و جامع بر یادگیری دانش جویان در درس آزمایشگاه الکتریسیته و مقایسه آن با شیوه معمول برگزاری آزمایشگاه واقعی به این نتیجه رسید که دانشجویان در گروه جامع (تلفیق آزمایشگاه مجازی و حقیقی) نسبت به دیگر دانشجویان از لحاظ یادگیری موفق تر بوده اند.
مهدی زاده، سعیدی پور، رفیعی و مرادی (۱۳۹۰) در پژوهش بررسی تاثیر آزمایشگاه مجازی در میزان یادگیری درس شیمی دانش آموزان متوسطه حاکی از تایید تاثیر محیط شبیه سازی شده بر میزان یادگیری درس شیمی دانش آموزان بوده و همچنین جنسیت و نوع آزمایشگاه بر میزان جذابیت محیط برای یادگیری درس شیمی موثر بوده است اما بر افزایش انگیزه ی دانش آموزان برای یادگیری درس شیمی و علاقه مند نمودن آنها به درس شیمی تاثیری نداشته است.
در پژوهش منصوری، کرباسی و فراهی (۱۳۹۰) با عنوان نگرش دانشجویان دانشگاه پیام نور مرکز گنبدکاووس نسبت به آزمایشگاه مجازی، نتایج پژوهش نشان می دهد که اتفاق نظر عمومی در بین دانشجویان نسبت به آزمایشگاه مجازی وجود داشته و هیچ نگرش منفی در بین آنها وجود ندارد.
نتایج پژوهش مستور (۱۳۹۰) با عنوان تاثیر آزمایشگاه مجازی و واقعی بر یادگیری و یادداری درس فیزیک و آزمایشگاه، نشان داد که آزمایشگاه مجازی و واقعی بر میزان یادگیری و یادداری دانش آموزان دختر سوم دبیرستان در درس فیزیک و آزمایشگاه تاثیر دارد.
فرح نیا و اسماعیل پور(۱۳۸۸) در پژوهشی با عنوان مقایسه تاثیر برگزاری آزمایشگاه الکتریسیته به شیوه مجازی، حقیقی و جامع بر یادگیری و مهارت دانشجویان، حاکی از تاثیر چشمگیر شیوه های جدید بکار گرفته شده بر یادگیری و مهارت دانشجویان نسبت به گروهی که آزمایشگاه را بصورت سنتی گذرانده اند می باشد.
نتایج پژوهش کاغذگران، قصاب زاده و اسماعیلی (۱۳۸۸) با عنوان رویکردی عملیاتی برای ارائه دروس عملی در آموزش الکترونیکی، نشان داد که این روش برای آموزش آزمایشگاه مجازی دروس مهندسی برای دانشجویان که با محدودیت مکان و زمان روبرو هستند مفید واقع شده و دانشجویان می توانند جهت انجام آزمایش به آزمایشگاه مرتبط شوند.
نتایج تحقیقات اصغری سفنجانی (۱۳۸۸) با عنوان بررسی تاثیر آزمایشگاه مجازی بر نگرش و دانش و توانش و مقایسه آن با روش معمول حاکی از آن است که بین روش تدریس حاضر و معمول در افزایش نگرش دانش آموزان دختر و پسر تفاوت معناداری وجود دارد همچنین شیوه حاضر در بهبود توانش (مهارت حل مساله و مهارت علمی و آزمایشگاه) دانش آموزان پسر دبیرستان های نمونه نسبت به فیزیک و آزمایشگاه ۳ موثر بوده است. این روش در سطح دانش تفاوت معنا داری را نشان نداد.
شکرانه ( ۱۳۷۹ نقل از مستور، ۱۳۹۱) با این پرسش آیا بین نوع آزمایش توسط فراگیر و ارتقاء سطح مهارت فراگیر رابطه وجود دارد؟ و آیا بین انجام آزمایش های کتاب و میزان مشارکت فراگیر در درس رابطه ای وجود دارد؟ نتیجه حاصل نشان داد هر چه میزان مشارکت معلم در انجام فعالیت های آزمایشگاهی کاهش یابد نقش مشارکت فراگیر یاددهی – یادگیری بیشتر شده و با افزایش اعتماد به نفس میزان یادگیری و دستیابی به سطوح مورد نظر نیز افزایش می یابد.
در پژوهش رضوانی بیل داشی (۱۳۹۳) با عنوان تاثیر آزمایشگاه مجازی بر راهبردهای یادگیری نتایج بدست آمده حاکی از تاثیر مثبت استفاده از آزمایشگاه مجازی بر راهبردهای یادگیری شناخت و فراشناخت در دانش آموزان پایه اول مقطع متوسطه شهر قرچک بود.
در پژوهش بازکورت [۶۵] و آیلیک [۶۶](۲۰۱۰ نقل از اصغری ، ۱۳۸۸) با عنوان تاًثیر آزمایش های شبیه سازی شده بر باور دانش آموزان در مورد فیزیک مشاهده شد ارائه درس از طریق آزمایشگاه مجازی تعاملی تاًثیر مثبتی بر باور دانش آموزان در مورد فیزیک و همچنین پیشرفت تحصیلی در آنها داشته است.
در پژوهش بایراک [۶۷](۲۰۰۷ نقل از کرمی، ۱۳۸۸ ) با موضوع مقایسه تاًثیر یادگیری مبتنی بر محیط مجازی و یادگیری مبتنی بر آزمایشگاه مجازی در پیشرفت تحصیلی دانش آموزان در بحث مدارهای الکتریکی مشاهده شد تفاوت معنا داری بین آموزش در آزمایشگاه واقعی و آموزش در محیط آزمایشگاه مجازی وجود ندارد.
نتایج تحقیقات باج پای[۶۸] (۲۰۱۳) با عنوان توسعه مفاهیم فیزیک از طریق آزمایشگاه مجازی، نشان داد که آموزان مفاهیم فوتوالکتریک را از طریق آزمایشگاه مجازی در مقایسه با آزمایشگاه واقعی بهتر آموختند.
پژوهش تاتلی و آیاس[۶۹] (۲۰۱۱) با عنوان تاثیر آزمایشگاه مجازی بر موفقیت دانش آموزان، نشان داد که توسعه نرم افزار آزمایشگاهی شیمی مجازی موثرتر از آزمایشگاه واقعی از نظر موفقیت دانش آموزان در واحد توانایی برای تشخیص تجهیزات آزمایشگاهی است.
الیوت[۷۰] (۲۰۱۰ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳) در پژوهشی تحت عنوان چند رسانه ای در مدارس، به تاثیر آموزش مبتنی بر وب – انیمیشن با یادگیری علوم ، زبان ، خواندن در دانش آموزان کلاس سوم و پنجم و هشتم دبیرستان پرداخت. دانش آموزان گروه آزمایش با بهره گرفتن از انیمیشن و گروه گواه به روش سنتی آموزش دیدند. یافته ها حاکی از آن بود که عملکرد گروه آزمایشی بیش از حد متوسط و بهتر از عملکرد گروه گواه بود.
لیو[۷۱] و همکاران (۲۰۰۸) در پژوهشی تحت عنوان تاثیر دانش پیشین فراگیران در استفاده از شبیه سازی های رایانه ای در درس شیمی، حاکی از آن است که دانش پیشین فراگیران در درس شیمی بر تعامل آنان با همکلاسی ها و رویکرد آنان برای حل مسائل با بهره گرفتن از شبیه سازی های رایانه ای تاثیر گذار است.
فصل سوم
روش و ابزار پژوهش
۳-۱ مقدمه
در این فصل درباره روش پژوهش، طرح پژوهشی، جامعه آماری، نمونه آماری و روش نمونه گیری، ابزار پژوهش، روایی و پایایی ابزارهای پژوهش، روش اجرای کار و روش های آماری توضیحاتی ارائه خواهد شد.
۳-۲ روش پژوهش
پژوهش حاضر با توجه به ماهیت موضوع، اهداف و فرضیه های آن و به دلیل استفاده از نتایج در زمینه آموزش و یادگیری، از نوع علی و شبه آزمایشی انجام می شود. در این پژوهش اثر متغیر روش انجام آزمایش بر میزان یادگیری علوم تجربی سنجیده می شود.
۳-۳ طرح پژوهشی
در این پژوهش از طرح پیش آزمون و پس آزمون استفاده شده است. آموزش در هر یک از گروه ها مجزا می باشد.
جدول ۳‑۱ مشخصات طرح پژوهشی
| پس آزمون | متغیر | پیش آزمون | |
| T2 | X1 | T1 | گروه آزمایش ۱ |
| T2 | X1 | T1 | گروه آزمایش ۲ |
در یک گروه به روش آزمایشگاه واقعی، و در گروه دیگر به روش آزمایشگاه مجازی در قالب نرم افزار آزمایشگاه مجازی کروکدیل[۷۲] آموزش انجام می پذیرد.
۳-۴ جامعه آماری
جامعه آماری پژوهش حاضر، شامل دانش آموزان پسر پایه هفتم دوره اول متوسطه مدرسه نمونه دولتی پسرانه شهرستان پیشوا که در سال تحصیلی ۹۴-۱۳۹۳ مشغول به تحصیل بودند که مجموعا شامل ۹۶ دانش آموزان در قالب سه کلاس پایه هفتم بود..
۳-۵ نمونه آماری
در راستای بررسی فرضیه های پژوهش، از نمونه گیری در دسترس استفاده شده است زیرا امکان انتخاب تصادفی دانش آموزان و قرار دادن آن ها در کلاس های متفاوت وجود نداشت. از میان مدارس دوره متوسطه اول آموزش و پرورش شهرستان پیشوا تعدادی که قابلیت های مد نظر که همان داشتن امکانات مورد نیاز آزمایش های واقعی و تجهیزات مورد نیاز آزمایشگاه مجازی بود را داشتند شناسایی و با بررسی های بیشتر و همچنین در نظر گرفتن دبیران علوم تجربی مدارس و زمان آموزشی مورد نیاز مدرسه پسرانه نمونه دولتی شهید مصطفی چمران به صورت هدفمند انتخاب گردید. در این آموزشگاه از میان سه کلاس پایه هفتم، دو کلاس بصورت تصادفی انتخاب گردیدند.
در این تحقیق، گروه های پژوهشی شامل دو گروه آزمایشی می باشد که حجم نمونه ها شامل دو گروه که هر گروه متشکل از یک کلاس ۳۱ نفره می باشد. یک گروه آزمایش شامل یک کلاس با انجام آزمایش واقعی و گروه آزمایش دوم شامل یک کلاس با انجام آزمایش مجازی. از آنجای که انجام آزمایش برای دانش آموزان چه بصورت واقعی و چه بصورت مجازی شرط اصلی برای یادگیری می باشد پس نیازی به داشتن گروه گواه نیست.
جدول ۳-۲ مشخصات گروه های پژوهشی
| گروه | تعداد | جنس | سن | پایه تحصیلی | مقطع |
|
۳۱ | پسر |
میانگین ۱۳ ساله |
هفتم | متوسطه اول |
|
۳۱ | ||||
| کل | ۶۲ |
۳-۶ ابزار پژوهش
در این پژوهش از طرح پیش آزمون و پس آزمون استفاده شده است. آموزش در هر یک از گروه ها مجزا می باشد. در یک گروه به روش آزمایشگاه واقعی، و در گروه دیگر به روش آزمایشگاه مجازی در قالب نرم افزار آزمایشگاه مجازی کروکدیل آموزش انجام می پذیرد. مفاهیم براساس سرفصل های مد نظر بخش های فیزیک و شیمی کتاب علوم تجربی پایه هفتم انتخاب می گردد و شامل ۷ مفهوم اصلی انبساط، چگالی، اسیدها و بازها، تصعید، اکسیدشدن، رسانایی گرمایی و کار خواهد بود. هر گروه دوبار مورد آزمایش و اندازه گیری قرار می گیرند. اول با اجرای پیش آزمون و بار دیگر با اجرای پس آزمون. اجرای این پژوهش در طی ۷ جلسه ۹۰ دقیقه ای صورت می گیرد. سپس پس آزمون برگزار خواهد شد. برای پیش آزمون و پس آزمون از آزمون علمی شامل ۲۰ سوال با ارزش بارم یک برای هر سوال و مجموع ۲۰ نمره برای کل آزمون در قالب طرح سوال از مفاهیم ارائه شده در سه سطح دانش، درک و فهم و کاربرد که در مورد هر مفهوم یک سوال به عنوان تعریف مفهوم در سطح دانش، یک سوال در قالب طراحی آزمایش در مورد مفهوم در سطح درک و فهم و یک سوال در قالب استفاده از مفهوم در موقعیتی متفاوت در سطح کاربرد، طرح شد. بجز یک مفهوم که سطح درک و فهم و کاربرد در قالب یک سوال بیان شده بقیه مفاهیم هر یک شامل سه سوال می باشند.
۳-۷ روایی و پایایی ابزارهای پژوهش
روایی[۷۳] ویژگی عمده ای است که آزمون ها بایستی دارا باشند تا بتوان به نتایج آن ها اعتماد کرد. مفهوم روایی به این سوال پاسخ می دهد که ابزار اندازه گیری تا چه حد خصیصه مورد نظر را می سنجد. بدون آگاهی از اعتبار ابزار اندازه گیری نمی توان به دقت داده ها اطمینان داشت. در این پژوهش روایی کار تطابق مفاهیم با اهداف درس علوم تجربی و انتخاب توسط خود پژوهشگر به عنوان یکی از اعضای گروه اعتباربخشی کتاب پایه هفتم علوم تجربی دوره اول متوسطه وزارت آموزش و پرورش می باشد.
پایایی[۷۴] به ثبات نتایج حاصل از اجرای آزمون و یا وسیله سنجش گفته می شود و در پژوهش حاضر پایایی وسیله سنجش که همان سوالات آزمون می باشد عبارتست از استخراج سوالات از سوالات استاندارد و رسمی کتب درسی که توسط مولفین کتاب علوم تجربی طرح گردیده است.
۳-۸ روش اجرای پژوهش
در ابتدای سال تحصیلی و پس از مشخص شدن جامعه آماری و نمونه آماری دانش آموزان ورودی مدرسه نمونه شهید دکتر مصطفی چمران که با آزمون مجوز ورود به مدرسه خاص را دریافت نموده اند براساس نمره کل آزمون ورودی بصورت مساوی در کلاس ها تقسیم شدند. بعد از بررسی های لازم و پس از مشورت با صاحبنظران و دبیران مجرب علوم تجربی بر اساس اهداف مد نظر دوره و پایه مفاهیمی استخراج و بر اساس آنها سوالاتی در سه سطح دانش، درک و فهم و کاربرد برای مفاهیم طرح شد. در مرحله بعد دبیران علوم مدرسه مورد بررسی قرار گرفتند و مقرر شد دبیری که هم در انجام آزمایش واقعی و هم کار با نرم افزار آزمایشگاه مجازی مهارت بهتری دارند مسئولیت آموزش را برعهده بگیرند. سوالات در قالب پیش آزمون در شرایط کاملا استاندارد امتحانی از دانش آموزان بر اساس نمره ۲۰ گرفته شد. سپس در مدت ۴ هفته هر هفته ۲ جلسه در ساعات فوق برنامه طراحی شده برای درس علوم، آموزش در یک کلاس بصورت آزمایشگاه واقعی و در یک کلاس بصورت آزمایشگاه مجازی با کمک نرم افزار کروکودیل در دو بخش شیمی و فیزیک کتاب علوم تجربی صورت پذیرفت. در انتها پس آزمون با همان سوالات پیش آزمون و با ملاک نمره ۲۰ گرفته شد. کلیه مراحل اجرا توسط پژوهشگر و تیم مشاور متشکل از دیگر دبیر علوم تجربی مدرسه و همچنین سرگروه تکنولوژی و گروه های آموزشی درس علوم تجربی شهرستان به دقت نظارت می شد.
۳-۹ روش تجزیه و تحلیل داده ها
در هر تحلیل آماری اول باید ببینیم که آیا توزیع متغیر ها نرمال است یا نه. چون توزیع داده های نرمال شده است پس از آزمون های پارامتری t زوجی، t مستقل، تحلیل کوواریانس استفاده شده است.
t زوجی : برای مقایسه پیش آزمون و پس آزمون هر روش استفاده شده است.
t مستقل: برای مقایسه پس آزمون دو روش استفاده شده است.
تحلیل کوواریانس: که یک آزمون بسیار قوی است که اثر هم زمان پیش آزمون و پس آزمون را در مقایسه دو روش محاسبه می کند.
و میانگین تعدیل شده برای مقایسه تاثیر دو روش حقیقی و مجازی بر میزان یادگیری بکار رفته است.
۳-۱۰ جمع بندی
در این تحقیق، جامعه آماری شامل ۹۶ نفر از دانش آموزان پایه هفتم دوره اول متوسطه مدرسه نمونه دولتی شهید دکتر مصطفی چمران شهرستان پیشوا در نظر گرفته شد که حجم نمونه ها شامل دو گروه که هر گروه متشکل از یک کلاس ۳۱ نفره می باشد. یک گروه آزمایش شامل یک کلاس با انجام آزمایش واقعی و گروه آزمایش دوم شامل یک کلاس با انجام آزمایش مجازی و از آنجای که انجام آزمایش برای دانش آموزان چه بصورت واقعی و چه بصورت مجازی شرط اصلی برای یادگیری می باشد پس نیازی به داشتن گروه گواه نیست. روش پژوهش از نوع علی و شبه آزمایشی بوده و از پیش آزمون و پس آزمون که تحلیل کواریانس شد استفاده گردید.
فصل چهارم
تجزیه و تحلیل اطلاعات
۴-۱ مقدمه
فصل چهارم، هسته اساسی تحقیق و مشتمل بر جداول و تجزیه و تحلیل اطلاعات است. تجزیه وتحلیل اطلاعات به عنوان بخشی از فرایند روش تحقیق علمی یکی از پایه‌های اصلی هر مطالعه و بررسی است. به عبارتی در این بخش، پژوهشگر برای پاسخگویی به مسئله تدوین شده و یا تصمیم‌گیری در مورد رد یا تأیید فرضیه یا فرضیه‌هایی که برای تحقیق در نظر گرفته است، از روش‌های مختلف تجزیه و تحلیل استفاده می‌کند. لیکن، ذکر این نکته نیز ضروری است که تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده به تنهایی برای یافتن پاسخ پرسش های پژوهش کافی نیست، تعبیر و تفسیر این اطلاعات نیز لازم است.
در این فصل به تجزیه وتحلیل داده های آماری پرداخته می شود در قسمت اول به تحلیل توصیفی داده های حاصل از آزمون های گرفته شده پرداخته و با بهره گرفتن از شاخص های توصیفی نظیر میانگین، میانه، مد، انحراف معیار و … توصیفی از نمونه ی مورد مطالعه بدست آمده است. در قسمت دوم به تحلیل استنباطی داده ها پرداخته و با بهره گرفتن از آزمون آماری مناسب به تجزیه وتحلیل فرضیات پرداخته شده است.
۴-۲ یافته های توصیفی
در این بخش به بررسی آماره‌های توصیفی نظیر میانگین، میانه، مد ، انحراف استاندارد، چولگی، کشیدگی، کمترین مقدار و بیشترین مقدار می‌پردازیم.
۴-۲-۱ یافته های توصیفی پیش آزمون و پس آزمون روش آزمایشگاه مجازی
در جدول ۴-۱ نتایج حاصل از میانگین، میانه، مد، انحراف استاندارد، کمترین مقدار و بیشترین مقدار هریک از مقایس های به‌کار رفته در پژوهش حاضر آمده است.
جدول ۴‑۱: آماره‌های توصیفی مربوط به روش یادگیری مجازی
| بیشترین مقدار | کمترین مقدار | انحراف استاندارد | مد | میانه | میانگین | مقیاس |
| ۵ | ۰ | ۴۰۶/۱ | ۱ | ۱ | ۶۱۲/۱ | پیش آزمون روش یادگیری مجازی |
| ۲۰ | ۱۲ | ۶۳۱/۱ | ۱۶ | ۱۷ | ۰۶۴/۱۷ | پس آزمون روش یادگیری مجازی |
با توجه به جدول مقابل مشاهده می‌شود، میانگین نمره دانش آموزان در پیش آزمون به روش یادگیری مجازی برابر ۶۱۲/۱، میانگین نمره دانش آموزان در پس آزمون به روش یادگیری مجازی برابر ۰۶۴/۱۷ می باشد. همانطور که مشاهده می شود اختلاف زیادی بین نمره دانش آموزان در پیش آزمون و پس آزمون وجود دارد. میانه و مد به ترتیب در گروه پیش آزمون برابر ۱ و ۱ و پس آزمون برابر ۱۷ و ۱۶ می باشد. بنابراین بیشتر دانش آموزان در پیش آزمون نمره ۱ (مد) و در پس آزمون نمره ۱۶ (مد) گرفته اند. کمترین نمره دانش آموزان در پیش آزمون صفر و بیشترین نمره ۵ بوده است. کمترین نمره دانش آموزان در پس آزمون ۱۲ و بیشترین نمره ۲۰ بوده است.
۴-۲-۲ یافته های توصیفی پیش آزمون و پس آزمون روش آزمایشگاه حقیقی
در جدول ۴-۲ نتایج حاصل از میانگین، میانه، مد، انحراف استاندارد، کمترین مقدار و بیشترین مقدار هریک از مقایس های به‌کار رفته در پژوهش حاضر آمده است.
جدول ۴‑۲: آماره‌های توصیفی مربوط به روش یادگیری حقیقی
| بیشترین مقدار | کمترین مقدار | انحراف استاندارد | مد | میانه | میانگین | مقیاس |
| ۵ | ۰ | ۳۷۹/۱ | ۰ | ۲ | ۶۴۵/۱ | پیش آزمون روش یادگیری حقیقی |
| ۲۰ | ۱۲ | ۸۰۵/۱ | ۱۶ | ۱۶ | ۴۸۳/۱۵ | پس آزمون روش یادگیری حقیقی |
با توجه به جدول مقابل مشاهده می‌شود، میانگین نمره دانش آموزان در پیش آزمون به روش یادگیری حقیقی برابر ۶۴۵/۱، میانگین نمره دانش آموزان در پس آزمون به روش یادگیری حقیقی برابر ۴۸۳/۱۵ می باشد. همانطور که مشاهده می شود اختلاف زیادی بین نمره دانش آموزان در پیش آزمون و پس آزمون وجود دارد. میانه و مد به ترتیب در گروه پیش آزمون برابر ۲ و ۰ و پس آزمون برابر ۱۶ و ۱۶ می باشد. بنابراین بیشتر دانش آموزان در پیش آزمون نمره ۰ (مد) و در پس آزمون نمره ۱۶ (مد) گرفته اند. کمترین نمره دانش آموزان در پیش آزمون صفر و بیشترین نمره ۵ بوده است. کمترین نمره دانش آموزان در پس آزمون ۱۲ و بیشترین نمره ۲۰ بوده است.
۴-۳ یافته ها در چهارچوب فرضیات و سوال پژوهش
در این بخش از فصل به بررسی هریک از فرضیه‌های پژوهش پرداخته شده است و نتایج آنها ذکر گردیده است. داده های حاصل از اجرای پژوهش از طریق آزمون زوجی[۷۵] و تحلیل کوواریانس و با بهره گرفتن از نرم افزار تحلیل گردید.
در این پژوهش از تحلیل کوواریانس برای تحلیل آماری استفاده شده است. این تحلیل ترکیبی از تحلیل واریانس و تحلیل رگرسیون است و در این پژوهش قابل استفاده است زیرا که در آن متغیر وابسته کمی بوده، و چند متغیر مستقل کمی و کیفی وجود داشته است.
تحلیل کوواریانس در چارچوب رگرسیون تفاوتی با تحلیل واریانس ندارد جز آن که اثر متغیر کمکی از متغیر وابسته حذف می شود. متغیر کمکی را در چارچوب رگرسیون می توان یک متغیر مستقل دانست که در تبیین تغییرات متغیر وابسته بر سایر متغیر های مستقل پیشی می گیرد. در تحلیل رگرسیون می توان به راحتی با کنترل برخی از متغیرها اثرات سایر متغیرهای مستقل را در تبیین متغیر وابسته بدست آورد. فرض این است که متغیر کمکی منبع تغییراتی در متغیر وابسته علاوه بر متغیر مستقل باشد و از طریق تحلیل کواریانس اثرات ناشی از متغیرهای کمکی تعدیل شود.
متغیر کمکی موثر در تحلیل کواریانس متغیری است که همبستگی بالایی با متغیر وابسته داشته ولی با متغیرهای مستقل همبستگی نداشته باشد چون متغیرهای کمکی پارامتری یا کمّی در طرح های تجربی و مطالعه پیمایشی به منظور حذف و از بین بردن اثرات خارجی بر متغیر وابسته و افزایش دقت اندازه گیری مورد استفاده قرار میگیرند.
برای استفاده از روش تحلیل کوواریانس ابتدا پیش فرض های آن، یعنی مستقل بودن، نرمال بودن، همگنی واریانس ها، همگنی شیب رگرسیون و خطی بودن بررسی شدند. برای بررسی نرمال بودن داده‌ها از آزمون کولموگورف- اسمیرنف[۷۶] و برای بررسی مفروضه همگنی واریانس ها از آزمون لوین[۷۷] استفاده شد. نتایج نشان دهنده رعایت و برقراری همه پیش فرض ها برای انجام تحلیل کوواریانس بود.
پیش فرضهای لازم برای اجرای آزمون تحلیل کواواریانس که در این پژوهش استفاده شدند عبارتند از :
۱- نرمال بودن.
۲- همگنی واریانس ها.
۳- رابطه بین متغیر وابسته با متغیر کمکی خطی فرض شود و یا رابطه بین متغیر وابسته و متغیر کمکی معنادار باشد.
۴-۳-۱ بررسی توزیع داده ها
در این قسمت به برسی نرمال بودن توزیع متغیرهای تحقیق پرداخته شده است.
فرض صفر آزمون عبارت است از () : نرمال بودن توزیع متغیر ها
فرض مقابل عبارت است از () : عدم نرمال بودن توزیع متغیر مورد بررسی
در صورتی که سطح معنی داری آزمون کمتر از ۰۵/۰ باشد فرض صفر را رد کرده و با اطمینان ۹۵% میتوان گفت توزیع داده‌ها نرمال نیست. در صورتی که سطح معنی داری آزمون بیشتر از ۰۵/۰ باشد فرض صفر را می‌پذیریم و توزیع متغیرها نرمال است.
جدول ۴-۳ بررسی نرمال بودن
| متغیر | آماره K.S | سطح معنی‌داری(sig) | نتیجه |
| مجازی-پیش آزمون | ۲۸۲/۱ | ۰۷۵/۰ | Sig>0.05 -توزیع متغیر نرمال است. |
| مجازی-پس آزمون | ۰۷۲/۱ | ۲۰۱/۰ | Sig>0.05 -توزیع متغیر نرمال است. |
| حقیقی- پیش آزمون | ۹۱۲/۰ | ۳۷۶/۰ | Sig>0.05 -توزیع متغیر نرمال است. |
| حقیقی- پس آزمون | ۰۷۶/۱ | ۱۹۸/۰ | Sig>0.05 -توزیع متغیر نرمال است. |
با توجه به جدول مقابل از آنجا که سطح معنی‌داری آزمون نرمال بودن متغیرها بیشتر از ۰۵/۰ می‌باشد بنابراین فرض صفر را رد نکرده و با اطمینان ۹۵% میتوان گفت توزیع متغیر نرمال است.
۴-۳-۲ بررسی فرضیه های تحقیق
داده‌های حاصل از اجرای پژوهش از طریق آزمون t زوجی تحلیل گردید.
۴-۳-۲-۱ فرضیه اول
آموزش به طریق آزمایشگاه واقعی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
فرض صفر () : آموزش به طریق آزمایشگاه واقعی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر ندارد.
فرض مقابل () : آموزش به طریق آزمایشگاه واقعی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
جدول ۴-۴ آزمون t زوجی روش آزمایشگاه واقعی
| آزمون | اختلاف زوجی | آزمون t | ||||
| میانگین | انحراف استاندارد | انحراف استاندارد از میانگین | آماره t | درجه آزادی | سطح معناداری | |
| پیش آزمون - پس آزمون | ۸۳۸/۱۳- | ۵۹۳/۱ | ۲۸۶/۰ | ۳۴۸/۴۸- | ۳۰ | ۰۰۰/۰ |
چنانکه در جدول ۴-۴ مشاهده می‌شود، مقدار سطح معناداری آزمون ۰۰۰/۰ می باشد، با توجه به اینکه مقدار سطح معناداری آزمون کمتر از ۰۵/۰ است (Sig<0.05) میتوان با اطمینان ۹۵% گفت فرض صفر رد شده و اختلاف معناداری در نمره دانش آموزان در امتحان پیش آزمون و پس آزمون وجود دارد بنابراین آموزش به طریق آزمایشگاه واقعی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
۴-۳-۲-۲ فرضیه دوم
آموزش به طریق آزمایشگاه مجازی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
فرض صفر () : آموزش به طریق آزمایشگاه مجازی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر ندارد.
فرض مقابل () : آموزش به طریق آزمایشگاه مجازی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
جدول ۴-۵ آزمون t زوجی روش آزمایشگاه مجازی
| آزمون | اختلاف زوجی | آزمون t | ||||
| میانگین | انحراف استاندارد | انحراف استاندارد از میانگین | آماره t | درجه آزادی | سطح معناداری | |
| پیش آزمون - پس آزمون | ۴۵/۱۵- | ۴۱۰/۱ | ۲۵۳/۰ | ۹۹۷/۶۰- | ۳۰ | ۰۰۰/۰ |
چنانکه در جدول ۴-۵ مشاهده می‌شود، مقدار سطح معناداری آزمون ۰۰۰/۰ می باشد، با توجه به اینکه مقدار سطح معناداری آزمون کمتر از ۰۵/۰ است (Sig<0.05) میتوان با اطمینان ۹۵% گفت فرض صفر رد شده و اختلاف معناداری در نمره دانش آموزان در امتحان پیش آزمون و پس آزمون وجود دارد بنابراین آموزش به طریق آزمایشگاه مجازی بر عملکرد دانش آموزان تاثیر دارد.
۴-۳-۳ بررسی سوال پژوهش
کدامیک از روش های آزمایشگاه مجازی و حقیقی تاثیر بیشتری بر یادگیری علوم تجربی دارد؟
به منظور پاسخ به سوال پژوهش ابتدا باید به کمک تحلیل کوواریانس بررسی کنیم که آیا ما می توانیم با مقایسه میانگین تعدیل شده به پاسخ سوال پژوهش دست یابیم. به همین منظور ابتدا آزمون t مستقل، آزمون لوین و همگنی رگرسیون که پیش نیازهای تحلیل کوواریانس هستند صورت می گیرد و سپس با توجه به نتایج برای یافتن پاسخ از میانگین تعدیل شده استفاده خواهد شد.ایتhi
جدول ۴-۶ آزمون t مستقل روش آزمایشگاه مجازی و حقیقی
| آزمون لوین | آزمون t مستقل | ||||||
| آماره F | سطح معناداری | آماره t | درجه آزادی | سطح معنداری | فاصله اطمینان ۹۵% | ||
| حد بالا | حدپایین | ||||||
| برابری واریانس ها | ۸۸۱/۰ | ۳۵۲/۰ | ۶۱۷/۳ | ۶۰ | ۰۰۱/۰ | ۴۵۴/۲ | ۷۰۶/۰ |
| عدم برابری واریانس ها | ۶۱۷/۳ | ۳۹۹/۵۹ | ۰۰۱/۰ | ۴۵۴/۲ | ۷۰۶/۰ | ||
چنانکه در جدول ۴-۶ مشاهده می‌شود، به بررسی آزمون میانگین نمره دانش آموزان (پس آزمون) به تفکیک روش تدریس (مجازی و حقیقی) می پردازد. ابتدا فرض برابری واریانس دو جامعه بررسی می شود با توجه به این که سطح معنی داری آزمون (۳۵۲/۰) بیشتر از ۰۵/۰ است بنابراین فرض برابری واریانس ها رد نمی شود. درنتیجه جهت بررسی میانگین ها از سطر اول جدول (سطر برابری واریانس ها) استفاده می گردد. در آزمون t مستقل آماره آزمون و درجه آزادی به ترتیب برابر ۶۱۷/۳ و ۶۰ است. سطح معنی داری آزمون ۰۰۰/۰ می باشد. با توجه به اینکه سطح معنی داری کمتر از ۰۵/۰ است (sig<0.05) فرض صفر رد شده و با اطمینان ۹۵% می توان گفت بین نمره دانش آموزان در روش مجازی و حقیقی تفاوت معنی داری وجود دارد. با توجه به مثبت بودن دو سره فاصله اطمینان می توان گفت :
میانگین نمره دانش آموزان در روش آزمایشگاه مجازی بیشتر است از نمره دانش آموزان در روش آزمایشگاه حقیقی.
۴-۳-۳-۱ بررسی اثر روش تدریس بر عملکرد دانش آموزان
داده‌های حاصل از اجرای پژوهش از طریق تحلیل کوواریانس تحلیل گردید.
۴-۳-۳-۲ بررسی همگنی واریانس‌ها :
جهت بررسی فرضیه‌های تحقیق باید همگنی واریانس‌ها بررسی شود.
جدول ۴-۷ آزمون لوین جهت بررسی مفروضه همگنی واریانس
