تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی پویا بر یادگیری دانش‌آموزان دختر پایة دهم مقطع متوسطة شهر تهران در درس شیمی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 گروه علوم تربیتی دانشگاه تربیت مدرس ایران

چکیده

به کارگیری چارچوب ترکیبی دانش، ارتباط­دهندة بین ایده­های متفاوت فردی یادگیرندگان است‎ و آنها را از مفهوم یک پدیده به ایده­ای جمعی می‎رساند. با استفاده از تصویرسازی‎های پویا، دانش­آموزان می­توانند پدیده‎ها را در سطوح مشاهده­ناپذیر، مشاهده و آزمایش کنند. به همین منظور این مطالعه با هدف بررسی تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی‎های پویا بر یادگیری دانش­آموزان دختر پایة دهم مقطع متوسطه در درس شیمی انجام شده است. روش­ پژوهش شبه­آزمایشی و بر اساس طرح پیش­آزمون-پس­آزمون با گروه کنترل بوده است. جامعة آماری پژوهش، همة دانش­آموزان دختـر پایة دهم مقطع متوسطة شهر تهران هستند که به روش نمونه­گیری در دسترس 34 نفر انتخاب و به صورت تصادفی در دو گروه آزمایش و کنترل گمارده شدند. ابزار تحقیق شامل آزمون محقق­ساختة سنجش پیشرفت تحصیلی فراگیران در درس شیمی و دارای 13 سؤال بود که به منظور آزمون ارتباط بین ایده­های یادگیرندگان دربارة یک مفهوم و ارتباط بین سطوح مختلف شیمی طراحی شده بود. روند کار به ­این صورت بود که پیش از شروع آموزش، پیش­آزمون برای هر دو گروه اجرا شد. گروه آزمایش در 6 جلسة60 دقیقه­ای، با استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا وگروه کنترل نیز در 5 جلسة60 دقیقه­ای به شیوة تدریس سنتی آموزش دیدند. پس از اتمام آموزش، از هر دو گروه پس­آزمون گرفته شد. نتایج حاصل از تحلیل کواریانس، نشان­دهندة تأیید فرضیة پژوهش مبنی بر تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا در مقایسه با شیوة تدریس سنتی و تفاوت بین گروه آزمایش وکنترل از لحاظ عملکرد شیمی در پس­آزمون بوده است ( p<0. 0001،F=41. 462). براساس نتایج این پژوهش، گروهی که با روش چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی پویا آموزش دیده بودند، رابطة بهتری را بین سطوح مختلف واکنش‎های شیمیایی برقرار کردند. علاوه بر این به کارگیری چارچوب ترکیبی دانش به دانش­آموزان کمک کرد تا درک مشترکی از مفاهیم پدیده­ها داشته باشند و ارتباطات بین ایده­های مختلف در یک پدیده را به­طور نظام‎مند درک کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of using Dynamic Visualizations and Knowledge Integration Framework on Chemistry Learning of tenth grade high school female Students in Tehran

نویسندگان [English]

  • abbas taghizade 1
  • maede maleki 2
2 educational science department , tarbiat modares university , Iran
چکیده [English]

The use of knowledge integration framework will result in relating different individual ideas of learners and will lead to a collective idea about concept of a phenomena among learners. Using dynamic visualizations, learners will be able to view and test phenomena in the non-visible levels. So, this study was conducted with the aim of examining the effect of using dynamic visualizations and knowledge integration framework on chemistry learning of tenth grade high school female students. In this research, the pretest-posttest, quasi-experimental method with control group was used. Statistical Population consisted of all tenth grade high school female students in Tehran, using convenience sampling method, 34 students were selected as the sample and were randomly assigned into two experimental and control groups. Measuring the instrument was a researcher-made tool for measuring academic achievement in chemistry lesson consisted of 13 items designed to test the relationship between learners' ideas towards a concept and different levels of chemistry. Before starting the course, a pre-test was performed in both groups, dynamic visualizations and knowledge integration framework strategy was used in experimental group in six 60-minutes sessions while the control group were taught using traditional teaching method in five 60-minutes sessions. Post-test was conducted in both groups. Results of covariance analysis confirmed the effect of using knowledge integration framework and dynamic visualizations in comparison with the traditional teaching method and the difference between the experimental and control group in terms of chemistry performance after the posttest (F=41. 462, p<0.0001). Findings showed that the group which has been taught using the dynamic visualizations and knowledge integration framework, established a better relationship between different levels of chemical reactions. In addition, the use of knowledge integration framework helped students to have a common understanding toward concepts of phenomena and systematically understand the connections between different ideas in a phenomenon.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • chemistry lesson
  • dynamic visualizations
  • knowledge integration framework
  • tenth grade high school female students

مقدمه

 یادگیری پدیده­های شیمی اغلب شامل فهمیدن و ارتباط برقرارکردن بازنمایی‌ها در سه سطح، کوچک یا مولکولی و اتمی(مانند تعاملات اتمی)، نمادین (مانند معادلات) و مشاهده­پذیر یا بزرگ (مانند تغییر رنگ) انجام می‌گیرد. به­ویژه سطح کوچک آن که اغلب با چشم مستقیم دیده نمی­شود و برای یادگیری مفاهیم شیمی بسیار مهم به شمار می­آید (مگانی[1]، 2014). دانش­آموزان اغلب در فهمیدن یا برقراری ارتباط میان بازنمایی این سه سطح با مشکل روبه­رو می­شوند (ناخله[2]، سامارپونگاوان و ساگلام، 2005). آنها برخی از پدیده­ها را در آزمایشگاه مشاهده می­کنند، تصاویر مولکولی از پدیده­ها را در کتاب­های درسی می­بینند و از نمادها برای حل مسائل استفاده می­کنند؛ اما نمی‎توانند بین این سطوح ارتباط برقرار کنند. برای مثال دانش­آموزان ممکن است بتوانند مسئله­ای را با استفاده از فرمول حل کنند، اما این را کمتر درک می­کنند که چگونه معادلة نمادین در سطح مولکولی معنا پیدا می­کند (مگانی، 2014 ).

 در مطالعة ای آبزرن و کاسگرو[3](1983) از دانش­آموزان خواستند تا محتواهای حباب­ها را درون قابلمة آب جوش شرح دهند. دانش­آموزان 8 تا 17 سال گفتند که حباب­ها از هوا، هیدروژن یا اکسیژن تشکیل شده است؛ در حالی که پاسخ­های آنها باید چیزهایی چون بخار آب، بخار یا مولکول­های آب باشد. بوندر[4](1991) همین سؤال را از دانشجویان فارغ­التحصیل شیمی دانشگاه پرسید که 25 درصد از 130 دانشجو معتقد بودند حباب­ها از هوا، اکسیژن یا گاز هیدروژن تشکیل شده­اند یا اینکه هوا در آب حل می­شود یا اینکه ظروف دارای بسته­هایی از هوا هستند که وقتی آب گرم می­شود، افزایش می­یابند. بنابراین اغلب دانش­آموزان نمی­توانند ذرات کوچک را ببینند، به­این دلیل که به چشم خود آنها را ندیده­اند.

 واکنش­های شیمیایی موضوعی چالش­برانگیز در شیمی است که درک آن برای دانش­آموزان بسیار مهم است. دانش­آموزان نیاز دارند تا سطوح مختلف (نمادین، مولکولی و قابل مشاهده) این پدیده را درک کنند و بین بازنمایی‎های مختلف از این پدیده ارتباط برقرار کنند (گیلبرت و تراگوست[5]، 2009). در این بین، تصویرسازی­های پویا[6]این امکان را به یادگیرندگان می‎دهد تا فرایندهای مشاهده­ناپذیر، مانند تعاملات شیمیایی پویای مولکولی و تغییرات سطوح آشکار و مشاهده­پذیر، نمادین و مولکولی یک پدیده را به طور یکجا مشاهده کنند. یادگیرندگان می‎توانند ایده­های خود را از طریق یک بازنمایی به دست آورند و آن را با دانش حاصل از طریق بازنمایی دیگر ترکیب کنند (سیفرت[7]، 2003). در مقایسه با تصویرسازی­های ثابت که شاخص­هایی چون فلش را به منظور تغییرات زمانی استفاده می­کنند، تصویرسازی­های پویا به­راحتی تغییرات زمانی را نمایش می­دهند و درک بهتری از پدیدة مدنظر ایجاد می­کنند (اوگورو، اردوران و مانتیلا[8]، 2015).

 کارلیس و اسپیتولنیک[9] (2008) در مطالعه­ای از دانش­آموزان سال ششم خواستند بهترین گزینه برای کمک به یادگیری علوم را در بین گزینه­هایی مانند تصویرسازی­ها، توضیحات، خواندن، کمک­کنندگان و معلمان را انتخاب کنند. دو سوم آنها تصویرسازی­ها را انتخاب کردند (کارلیس و اسپیتولنیک، 2008). مطالعات گوناگونی نشان داده است تصویرسازی‎ها یادگیری را در موضوعات مختلف شیمی افزایش می­دهد. کاربرد این روش در تمامی علوم ازجمله فیزیک و زیست­شناسی مفید و کاربردی است (باراک و دوری[10]، 2005؛ فرایلیش، کاسنر و هوستین[11] ، 2009؛ سانگر، برچسین وهینک [12]، 2001). سانگر و همکاران (2001) دریافتند دانشجویانی که پویانمایی انتشار مولکول­های عطر و اسمز[13]مولکول­های آب را مشاهده کردند، درک بهتری از حرکت تصادفی و ثابت ذرات در مقایسه با کسانی که ­این شرایط را نداشتند، نشان دادند. ماراباچ، رتباین و استاوی[14] (2008) دریافتند تصویرسازی پویا، ابزاری قوی برای تدریس فرایندهای پویا محسوب می­شود. وو، کراجیک و سولوی[15] (2001) در مطالعه­ای به ­این نتیجه رسیدند تصویرسازی­ها نه­تنها یادگیری را ارتقا می­دهد، بر روی چگونگی تعامل یادگیرندگان با یکدیگر نیز تأثیر می­گذارد.

 اگرچه تحقیقاتی دربارة مؤثربودن نقش تصویرسازی­ها شکل گرفته، محققان همچنان هشدار می­دهند ممکن است تصویرسازی­ها همیشه مؤثر نباشند. برای مثال وراسکای، موریسون و بترانکورت[16](2002) به ­این نتیجه رسیدند پویانمایی­ها در برابر تصاویر ثابت تأثیر متفاوتی ندارند. علاوه بر این تصویرسازی­ها ممکن است مانند سخنرانی­ها اطلاعات را منتقل کنند، اما نتوانند تأثیرگذار باشند یا تصویرسازی­ها مانند آزمایش­ها ممکن است تعاملی باشند، اما نتوانند اطلاعات خود را به­طور معناداری منتقل کنند (لین و ایلون[17]، 2011).

 لوو (1999) معتقد است هنگامی که یادگیری با تصویرسازی باشد، ممکن است یادگیرندگان با چالش­های فراوانی روبه­رو شوند. آنها با وظایف یادگیری پیچیده­ای روبه­رو می­شوند و نیاز دارند تا چگونگی و طرز کار هر یک از بازنمایی­ها، روابط میان بازنمایی‎ها و چگونگی ارتباط تصویرسازی­ها را با مفاهیمی که قصد بازنمایی­شان را دارند، درک کنند. بدون چنین دانشی زمانی که قصد داریم یک پویانمایی اتمی از یک پدیدة مشاهده­پذیر مانند ذوب شدن را نمایش دهیم، دانش­آموزان صرفاً چندین توپ در حال حرکت را می‎ببینند (کوک ، ویب و کارتر[18]، 2008). علاوه بر این، ممکن است تصویرسازی­ها آنقدر ساده به نظر برسند و یادگیرندگان فقط به ویژگی­های ظاهری آنها توجه کنند و ویژگی­های مفهومی مرتبط با آنها را نادیده بگیرند.

لین و آیلون (2011) معتقدند تصویرسازی­ها به مجموعه­ای از فعالیت­های آموزشی نیاز دارند تا یادگیرندگان بتوانند بین تصویرسازی­ها و ایده­های خود ارتباط برقرار کنند. به نوعی، استفاده از تصویرسازی­ها نیازمند بهره­گیری از یک چارچوب و یا رویکرد طراحی آموزشی است که در این مطالعه از چارچوب ترکیبی دانش[19] استفاده شده است. این رویکرد، چارچوبی مبتنی بر جستار بوده که لین[20] (1995) ارائه داده است. در این چارچوب یادگیرندگان به منظور ارائة ایده­هایشان هدایت می­شوند، به­ ایده­های جدید دقت و توجه می­کنند، بین ایده­ها تمایز قائل می­شوند و روی ایدة خود انعکاس می‎دهند.

  چارچوب ترکیبی دانش با تأکید بر ارتباط برقرارکردن بین ایده­های مختلفی که هریک از یادگیرندگان نسبت به
پدیده­های علمی و سطوح بازنمایی­های آنها دارند، چارچوبی برای طراحی برنامة درسی و سنجش یادگیرندگان ارائه داده است (لین و ایلون، 2011). چارچوب ترکیبی دانش بر روی ارتباط نظرات یادگیرندگان از چندین دیدگاه تأکید می‎کند (آدانا، تراندل و ایروینگ[21]، 2010). براساس این رویکرد، یادگیرندگان ایده­های گوناگونی از پدیده­ای علمی براساس موقعیت­ها و تجربیات گوناگون دارند (سانگر و لین، 2006). برخی از این ایده­ها علمی، اصولی و منسجم هستند؛ در حالی که مابقی شاید این­گونه نباشند. تحقیقات نشان می­دهد آموزش زمانی تأثیرگذار است که فرصت­های کافی برای یادگیرندگان به منظور ترکیب مشاهداتشان و ارتباط با دانش پیشین آنها از طریق انعکاس و بحث فراهم شود (لین، دیویس و بل[22]، 2004). این رویکرد دارای چندین فرااصل (لین و آیلون، 2006) و یک چارچوب آموزشی (لین و همکاران، 2004) است. فرااصل­های ارائه­شده بر اساس نتایج چندین بافت و برنامه­های تحقیقاتی ارائه شده است. یکی از مبنای اصلی فرااصل‎ها، آن است که یادگیرندگان دارای ایده­های غنی، متنوع و اغلب متضاد دربارة هر پدیدة علمی هستند (لین و ایلون، 2011). فرااصل­های رویکرد یادگیری ترکیبی دانش عبارت­اند از:

  • دسترس­پذیر ساختن علوم[23]: برآوردن این امکان که یادگیرندگان بین دانش قبلی و جدید ارتباط برقرار کنند و به ارتباط پدیدة مدنظر با زندگی اشاره شود.
  • مشاهده­پذیر کردن تفکر[24]: نشان­دادن اینکه چگونه­ایده­ها به یکدیگر مرتبط شده و سازماندهی
    می­شوند.
  • کمک به یادگیرندگان تا از یکدیگر یاد بگیرند[25]: با تشویق­کردن یادگیرندگان به منظور ارائه و درمیان گذاشتن ایده­هایشان با یکدیگر و ترغیب آنها به منظور ارائة معیار و دلیل و تجدید نظر فهم­شان از پدیدة مدنظر.
  • ارتقای استقلال و یادگیری پایدار و ماندگار[26]: کمک به یادگیرنده به منظور اصلاح دانش خود به روش نظارت کردن و بازتاب دادن (لین و سی،2000).

 لین و آیلون (2006) اذعان داشتند ارائة این اصول به منظور کمک به طراحان آموزشی کافی نیست؛ بنابراین برای اثربخشی این اصول و ارتقای یادگیری از طریق رویکرد ترکیبی دانش، به ارائة یک چارچوب آموزشی پرداختند. این چارچوب شامل موارد زیر است:

  • استخراج ایده­های یادگیرنده (مثلِ مشاهدات موجود نسبت به احتراق هیدروژن)
  • اضافه کردن ایده­های جدید به منظور ایجاد درک و فهم (بازنمایی مولکولی از واکنش شیمیایی)
  • کمک به یادگیرندگان برای اصلاح و مرتب­کردن مجموعه­ای از ایده­ها (پرسیدن توضیحات دربارة  اینکه چگونه تصویرسازی مولکولی به مشاهدات آنها ربط پیدا می‎کند)
  • ایجاد معیار برای ارزشیابی ایده­ها (پرسیدن از یادگیرندگان به منظور ترسیم مهم­ترین فرایندهای شیمیایی مولکولی حین احتراق آتش) (لین و آیلون، 2006).

 یادگیرندگان از طریق درگیرشدن در فرایندهای ترکیب دانش، متوجه می‎شوند ایده­هایشان با دیگران متضاد است و فعالانه می‎توانند دانش خود را اصلاح کنند. یادگیرندگانی که به­طور هدفمند در این فرایندها مشارکت می‎کنند می­توانند مهارت­های یادگیری ماندگار و پایدار را کسب کنند.

 لین و آیلون (2011) معتقدند اگرچه جدال دربارة ارزش تصویرسازی­ها در آموزش علوم همچنان وجود دارد، تحقیقات نشان داده­اند ارزش تصویرسازی­ها هنگامی افزایش می­یابد که به­طور مناسبی طراحی شوند، با دانش یادگیرندگان در تناسب باشند و در الگوها و چارچوب­های مناسب طراحی آموزشی ادغام شوند. به کارگیری تصویرسازی­های پویا درون چارچوب آموزشی ترکیبی دانش باعث می‎شود دانش­آموزان به ساخت دانش موجود، اضافه­کردن ایده­های اصولی علمی، شناسایی ایده­های متضاد با خود و بازنگری و بازبینی فهم­شان تشویق شوند. لین و سی(2000) مطالعاتی را با ادغام تصویرسازی درون پروژه­های طراحی­شده با رویکرد جستارورزی[27] گزارش داده­اند که تأثیرات قوی روی درک دانش­آموزان داشته­اند. لین و آیلون (2011) معتقدند زمانی تصویرسازی­ها مؤثر واقع می‎شوند که از راهبردهایی مانند پیشگویی­کردن، مشاهدة برون­دادها، سؤال دربارة ایده­های دانش­آموزان، تمایزگذاری بین ایده­های و انعکاس آنها بر روی نتایج، استفاده شود. با توجه به­اینکه یادگیرندگان به­ندرت می‎توانند به­تنهایی از این راهبردها استفاده کنند، طراحان باید با تسهیل و ارائة چنین فعالیت­هایی منافع تصویرسازی­ها را دوچندان کنند. علاوه براین، به یادگیرندگان کمک کنند تا بتوانند ایده­های جدیدی را که با آنها مواجه می‎شوند با ایده­های قبلی خود ترکیب و بازبینی کنند. ایجاد ترسیم از سوی خود دانش­آموزان در رویکرد ترکیبی دانش، راهبرد دیگری است که به آنها برای درک بهتر پدیده­های علمی کمک می­کند. زانگ و لین[28](2011) معتقدند ایجاد ترسیم مفاهیم از جانب خود دانش­آموزان می‎تواند به از بین بردن اثرات منفی تصویرسازی­ها کمک کند. ترسیم مفاهیم و پدیده­ها به دستِ خود یادگیرندگان ازجمله فعالیت­هایی است که از نظریة ساختن­گرایی (هارل و پاپرت[29]، 1990) و یادگیری مبتنی بر نمونه­سازی (لوکاو زاخاریا[30]، 2015) بهره می‎گیرد.

در رویکرد یادگیری مبتنی بر نمونه­سازی یادگیرنده با درگیرشدن در ایجاد یک نمونه، واقعیت­های محیط و مفاهیم ذهنی را بازنمایی می­کند (لوکا و زاخاریا،2011).

در خصوص پژوهش­های مرتبط با رویکرد­های آموزش شیمی در ایران تاکنون پژوهشی بر اساس چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا انجام نگرفته است، ولی می­توان پژوهش­های زیر را نام برد که به بررسی تأثیر رویکردهای مختلف آموزشی بر یادگیری دانش­آموزان مقطع متوسطه در درس شیمی پرداخته­اند. زوار، مصرآبادی و امیریان(1395) در پژوهشی با عنوان «اثربخشی ترسیم نقشه­های مفهومی گروهی بر شاخص­های شناختی- عاطفی درس شیمی روی147 نفر از دانش­آموزان دختر پایة اول متوسطة شهر کرمانشاه با روش نیمه­آزمایشی» نشان دادند که نقشه­های مفهومی گروهی، تأثیر مثبتی بر شاخص­های شناختی فراگیران (حیطه­های یادگیری) در درس شیمی داشته است. همچنین احمدی و عبدالملکی(1392) نیز در پژوهشی با عنوان «بررسی تأثیر الگوی حل مسئله بر خلاقیت و عملکرد تحصیلی دانش­آموزان در درس شیمی به روی 60 نفر از دانش­آموزان دختر مقطع متوسطة شهر سنندج با روش نیمه­آزمایشی» نشان دادند تدریس شیمی به روش حل مسئله به ترتیب بر نگرش­ها، دانش­ها و مهارت­های دانش­آموزان تأثیر مثبت دارد.  با توجه به آنچه گفته شد و با توجه به مشکلات فراگیران در یادگیری مباحث انتزاعی درس شیمی خصوصاً مبحث واکنش­های شیمیایی که موضوعی چالش­برانگیز در شیمی بوده و درک آن برای دانش­آموزان بسیار مهم است و دانش­آموزان نیاز دارند تا سطوح مختلف (نمادین، مولکولی و مشاهده­پذیر) این پدیده را درک کنند و بین بازنمایی‎های مختلف از این پدیده ارتباط برقرار کنند (گیلبرت و تراگوست، 2009)، همچنین با توجه به آنکه تاکنون در ایران پژوهشی با استفاده از روش چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا انجام نگرفته است، پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر به کارگیری چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا بر میزان یادگیری دانش­آموزان در درس شیمی طراحی شده است و مهم­ترین فرضیه­ در پی پاسخگویی به آن عبارت است از:

- استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا در مقایسه با شیوة تدریس سنتی بر میزان یادگیری دانش­آموزان در درس شیمی مؤثرتر است.

 

روش پژوهش

  این پژوهش با توجه به هدف، در زمرة پژوهش­های کاربردی، با توجه به نوع داده­ها، کمّی و با توجه به ماهیت و نوع مطالعه، در ردیف پژوهش­های شبه­آزمایشی و بر اساس طرح پیش­آزمون-پس­آزمون با گروه کنترل است. جامعة آماری پژوهش را دانش­آموزان دختـر پایة دهم مقطع متوسطة شهر تهران در سال 94-95 تشکیل می‎داد. برای نمونه­گیری در این پژوهش از بین دبیرستان­های دخترانة شهر تهران یک دبیرستان به صورت دسترس انتخاب شد. این دبیرستان دارای دو کلاس پایة دهم بود که یک کلاس به­تصادف گروه آزمایش و کلاس دیگر برای گروه کنترل در نظر گرفته شد. روش اجرا به­این صورت بود که پیش از شروع آموزش، پیش­آزمون روی هر دو گروه اجرا شد. گروه آزمایش در 6 جلسة60 دقیقه­ای، با استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا و گروه کنترل نیز در 5 جلسة60 دقیقه­ای به شیوة تدریس سنتی آموزش دیدند. پس از اتمام آموزش از دو گروه پس­آزمون به عمل آمد. روش در پیش­گرفته برای گروه آزمایشی به­ این ترتیب بود که نخست با قراردادن یادگیرندگان در یک موقعیت ملموس و آشنا یعنی تغییرات آب­وهوایی و ارتباط آن با گازهای گلخانه­ای و ارائة ویدیویی دربارة تغییرات آب­وهوایی و نقش گازهای گلخانه­ای ذهن دانش­آموزان را درگیر کردیم. پس از آن از یادگیرندگان خواسته شد تا اگر تجربه­ای در این زمینه دارند، در کلاس بیان کنند؛ اکثر آنها به تجربیات خود از رسانه­ها اشاره کردند. از آغاز کار قرار شد تا در هر مرحله یادگیرندگان گزارشی را دربارة تغییرات آب­وهوایی و گازهای گلخانه­ای تهیه کنند. آنها می‎توانستند تا آخر فرایند یادگیری براساس درک جدیدی که به دست می­آوردند، گزارش­های خود را تغییر دهند و ویرایش کنند. علاوه بر این از آنها خواسته شد تا به صورت گروهی نظرات خود را با همکلاسی­های خود به اشتراک بگذارند و آنها را نقد یا تأیید کنند. همچنین با ارائة چندین تصویرسازی پویا از واکنش­های شیمیایی (احتراق هیدروژن و احتراق هیدرو کربن) این امکان ایجاد شد تا دانش­آموزان سطوح مولکولی و نمادین پدیدة گازهای گلخانه­ای و چگونگی واکنش­های شیمیایی را به­صورت مولکولی و نمادین درک کنند. آنها می‎توانستند به­صورت تعاملی در هر واکنش شیمیایی به موازنة معادلات دست یابند. علاوه بر نمایش و دستکاری تصویرسازی­ها، از یادگیرندگان خواسته شد تا نمونة ذهنی خود را از سطح مولکولی واکنش­های شیمیایی ترسیم کنند. در نهایت از یادگیرندگان خواسته شد نامه­ای به مسئولان محیط زیست بنویسند و دانش آنها را دربارة گازهای گلخانه­ای و علل تولید یا افزایش آنها بیشتر کنند و نیز به راهکارهای کاهش­دهندة تولید گازهای گلخانه­ای و خطرات آنها بر روی محیط زیست اشاره کنند. در گروه کنترل، معلم موضوع درسی مدنظر را به شیوة تدریس سنتی بدون استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی پویا تدریس کرد. ابزارپژوهش به­کاررفته، آزمون معلم­ساختة شیمی (واکنش­های شیمیایی) بود. از این آزمون به منظور سنجش میزان ارتباط بین ایده­های دانش­آموزان (لین و همکاران، 2006) و سطوح مختلف شیمی استفاده شد. این آزمون با همکاری چند نفر از دبیران شیمی کلاس­های پایة دهم مقطع متوسطه ساخته شد و شامل 13 سؤال بازپاسخ بود(7 سؤال 2 نمره­ای و 6 سؤال 1 نمره­ای) که در برخی از سؤالات دانش­آموزان باید بتوانند بین سطوح مختلف پدیده واکنش شیمیایی ارتباط برقرار کنند و در برخی دیگر از سؤالات تعدادی ایده مطرح می‎شود و دانش­آموزان باید بتوانند بین این ایده­ها ارتباط برقرار کنند تا امتیاز بیشتری به دست آورند؛ که در دو نسخة پیش­آزمون و پس­آزمون (نسخة معادل) منطبق با درس واکنش­های شیمیایی کتاب شیمی پایة دهم تهیه و نمره­دهی مبتنی بر جدول وارسی[31]بود. دامنة نمرات آزمون بین صفر تا20 بود. روایی آزمون را به صورت کیفی تعدادی از استادان درس شیمی تأیید کردند. همچنین به منظور ارزیابی روایی محتوایی آزمون به شکل کمّی، از روش نسبت روایی محتوا[32] استفاده شد روال کار به ­این صورت بود که از 9 متخصص درس شیمی خواسته شد تا هر یک از سؤالات آزمون را بر اساس طیف سه­بخشی لیکرت شامل الف: ضروری، ب: مفید اما غیرضروری و ج: غیرضروری طبقه­بندی کنند. پس از دریافت نظرات کارشناسان، با استفاده از فرمول:  و جدول لوشه[33]، پرسش­هایی که نسبت روایی محتوای بیشتر از 78/0 دارند، در پرسشنامه حفظ و بقیه حذف می­شوند. نتایج نشان داد که تمامی سؤالات نسبت روایی محتوایی بیشتر از 78/0 دارند. همچنین شاخص کلّی نسبت روایی محتوایی نیز 84/0 محاسبه شد که نشان­دهندة روایی محتوای مطلوب آزمون است. به منظور تعیین پایایی آزمون از روش پایایی مصححان استفاده شد. بدین منظور 6 دانش­آموز به صورت تصادفی انتخاب شدند و به آزمون پاسخ دادند. سپس پاسخنامه­ها را 4 دبیر با تجربة درس شیمی نمره­گذاری کردند و ضریب همبستگی بین نمره­گذاران محاسبه شد که ضریب بالا، 86/0 به دست آمد؛ این خود نشان­دهندة پایایی مطلوب آزمون است. به منظور تجزیه و تحلیل داده­ها از روش­های آمار توصیفی (میانگین، انحراف معیار) و آمار استنباطی (تحلیل کواریانس تک­متغیره) استفاده شد. در تحلیل کوواریانس انجـام­شـده متغیـر مسـتقل: شیوة آموزش (چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا)، متغیر وابسـته: عملکرد تحصیلی فراگیران در درس شیمی در آزمون محقق­ساخته و متغیـر کمکـی (همپراش) نمرات پیش­آزمون در گروه­ها بود.

 

یافته­های پژوهش

 در جدول شمارة 1، شاخص­های توصیفی مربوط به گروه­های آزمایش وکنترل در پیش­آزمون و پس­آزمون عملکرد شیمی ارائه شده است.

جدول 1: شاخص­های توصیفی مربوط به گروه­های آزمایش و کنترل در مراحل پیش­آزمون و پس­آزمون عملکرد شیمی

پس­آزمون

پیش­آزمون

تعداد

گروه

مقیاس

انحراف معیار

میانگین

انحراف معیار

میانگین

6/2

47/18

8/1

88/3

17

آزمایش

عملکرد شیمی

3

52/13

8/1

58/3

17

کنترل

 

 همان­طور که در جدول 1 مشاهده می شود، میانگین و انحراف استاندارد عملکرد شیمی دانش­آموزان در گروه آزمایش در مرحلة پیش­آزمون بـه­ترتیـب برابر با 88/3 و8/1و در گروه کنترل به­ترتیب برابـر بـا 58/3 و 8/1 است. همچنین میانگین و انحراف استاندارد عملکرد شیمی دانش­آموزان در گروه آزمایش در مرحلة پس­آزمون بـه­ترتیـب برابر با 47/18 و 6/2 و در گروه کنترل به­ترتیب برابـر بـا 52/13 و 3 است.

 به­منظور بررسی فرضیة تحقیق از آزمون تحلیل کواریانس استفاده شد که نخست مفروضه­های آن بررسی شد که نتایج‌نشان داد این مفروضه­ها (پیش­فرض  نرمال­بودن توزیع نمراتP>0/05 ،0/971 =W، همگنی شیب خط رگرسیونF=2/37 ،P>0/05  بوده و حاکی از معنادارنبودن تعامل شرایط و پیش­آزمون است و همگنی واریانس­های خطا F=2/58 ،P>0/05) برقرار بودند. نتایج تحلیل کواریانس در جدول 2 ارائه شده است.

 

جدول2: نتایج تحلیل کواریانس تک­متغیره برای مقایسة میانگین نمرة عملکرد شیمی دانش­آموزان در پس­آزمون

توان آزمون

مجذور اِتا

سطح معناداری

F

میانگین مجذورات

درجة آزادی

مجموع تغییرات

منابع تغییر

000/1

490.

0001.

737/29

506/128

1

506/128

پیش­آزمون

000/1

573.

0001.

642/41

954/179

1

954/179

گروه

 

 

 

 

321/4

31

964/133

خطا

 

     همان­گونه که در جدول 2 مشخص است، پس از تعدیل نمـرات پیش­آزمون در نقش متغیر همپراش (کمکی)، گروه اثر معنی­داری بر نمرات پس­آزمون داشته است ( p<0. 0001،F=41. 462). بنابراین، فرضیة پژوهش مبنی بر تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا در مقایسه با شیوة تدریس سنتی و تفاوت بین گروه آزمایش وکنترل از لحاظ عملکرد شیمی در پس­آزمون تأیید می­شود. همچنین می­توان گفت با در نظر گرفتن مجذور اتا، 3/57 درصد تغییرات پس­آزمون (بهبـود عملکـرد شیمی) ناشی از تأثیر مداخلة آموزشی در گروه آزمایش است. همچنین توان آمـاری 100درصـد است که نشان­دهندة کفایت حجم نمونه است. همچنین نتایج نشان داد که گروه آزمایش میانگین تعدیل­شدة بزرگ­تری را (M=17/96) نسبت به گروه کنترل (M=13/19) داشت.

 

بحث و نتیجه­گیری

 این مطالعه با هدف بررسی تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا بر عملکرد شیمی دانش­آموزان دختر پایة دهم مقطع متوسطه انجام شد. نتایج تجزیه و تحلیل داده­ها با روش تحلیل کواریانس نشان داد دانش­آموزانی که با روش چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی پویا آموزش دیده­اند، نسبت به دانش­آموزانی که با شیوة تدریس سنتی و کتاب آموزش دیده بودند، رابطة بهتری بین سطوح مختلف واکنش­های شیمیایی برقرار کردند و عملکرد بهتری در مرحلة پس­آزمون درس شیمی از خود نشان دادند. بنابراین، فرضیة پژوهش مبنی بر تأثیر استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا و تفاوت بین گروه آزمایش وکنترل از لحاظ عملکرد شیمی در پس­آزمون تأیید می­شود ( p<0. 0001 ، F=41. 462). یافته­های این مطالعه با یافته­های لین و سی (2000) همسوست، مبنی بر این­که رویکردهای جستارورزی تأثیرات عمیقی روی درک دانش­آموزان دارد. علاوه بر این یافته­های لین و آیلون (2011) را دربارة بهره­گیری از چارچوب ترکیبی دانش به منظور افزایش تأثیر تصویرسازی­های پویا تأیید کرد. این مطالعه، یافته­های زانگ و لین(2011) را تأیید کرد، مبنی بر این­که ترسیم به دست خود دانش­آموزان در جلوگیری از تأثیرات به کارگیری صرف تصویرسازی­های پویا مؤثر است.

 با به کارگیری چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا، دانش­آموزان واکنش­های شیمیایی را از طریق رویکرد کاوشگرانه و دستکاری تصویرسازی­های پویا یاد گرفتند. علاوه بر این فرااصل­ها و چارچوب ترکیبی دانش به دانش­آموزان کمک کرد تا بتوانند بین ایده­های خود تمایز قائل شوند و استدلال­های قوی بسازند. علاوه بر این، ایجاد ترسیم از فرایند واکنش­های شیمیایی به درک بهتر دانش­آموزان از این مفهوم کمک کرد. دانش­آموزان به منظور ایجاد ترسیم­های خود ناگزیرند به تعداد مولکول­ها و اتم­ها در هنگام واکنش­های شیمیایی دقت کرده و آن را ترسیم کنند و اگر درک درستی نداشته­اند، آن را تصحیح کنند.

باید اشاره شود دسترسی­نداشتن به تعداد زیادی از دانش­آموزان به منظور شرکت در تحقیق و تعداد محدود جلسات آموزش با استفاده از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا و نیز بررسی تنها دانش­آموزان دختر پایة دهم مقطع متوسطه، از جمله محدودیت­های این تحقیق بود که باید به آنها اشاره کرد.

 بنابراین پیشنهاد می­شود، روش استفاده­شده در این تحقیق روی تعداد زیادتری از دانش­آموزان و در جلسات بیشتری و نیز سایر پایه­ها و مقاطع تحصیلی به کار بسته شود. علاوه بر این، استفاده از گروه سوم به منظور بررسی برخی جزئیات در چارچوب ترکیبی دانش به سایر محققان پیشنهاد می­شود. ترسیم و بازنمایی پدیده­های طبیعی و شیمیایی به دست خود دانش­آموزان ازجمله رویکردهایی است که می­توان تأثیرات آنها را در کنار رویکرد ترکیبی دانش مشاهده کرد. یافته­های این مطالعه کاربردهای فراوانی برای مربیان علوم و طراحان آموزشی خواهد داشت. تصویرسازی­های پویا فرصت­های جدیدی را برای دانش­آموزان به منظور درک مفاهیم علمی ایجاد می‎کنند؛ اما یادگیرندگان برای درک این تصویرسازی­ها نیازمند یک رویکرد آموزشی هستند. در فرایند رویکرد ترکیبی دانش، توجه دانش­آموزان به ویژگی­های اصلی تصویرسازی­ها جلب می­شود و در فرایند ترکیبی دانش، مانند اضافه­کردن و ارزشیابی ایده­ها به بازنگری تفاسیر و ایده­های اولیه­شان تشویق می‎شوند. در ادامه پیشنهاد می­شود با توجه به گستردگی موضوعات علوم و به­ویژه اهمیت درک و ارتباط بین سطوح مختلف شیمی مطالعات دیگری با بهره­گیری از چارچوب ترکیبی دانش و تصویرسازی­های پویا روی سایر موضوعات و سایر سطوح تحصیلی انجام گیرد. علاوه بر این، توصیه می­شود با توجه به کمبود مطالعات نظری در حوزة تصویرسازی­های پویا ، نمونه­سازی و رویکردهای مرتبط در ادبیات آموزشی ایران، مطالعات نظری و مقالات مروری بیشتری دربارة ­این مباحث ارائه شود تا برای بسیاری از محققان و معلمان مؤثر افتد.



[1]-Mnguni

[2]- Nakhleh, Samarapungavan&Saglam

[3]- Osborne&Cosgrove

[4]- Bodner

[5]-Gilbert&Treagust

[6]- Dynamic Visualizations

[7]-Seufert

[8]-Evagorou, Erduran, & Mantyla

[9]-Corliss&Spitulnik

[10]- Barak& Dori

[11]- Frailich, Kesner& Hofstein

[12]- Sanger, Brecheisen & Hynek

[13]- osmosis

[14]- Marbach, Rotbain&Stavy

[15]- Wu, Krajcik& Soloway

[16]- Tversky, Morrison & Betrancourt

[17]- Eylon

[18] -Cook , Wiebe & Carter

[19] -knowledge integration

[20]- Linn

[21] -Adadan,Trundle& Irving

[22]-Linn, Davis& Bell

[23]- Making science accessible

[24] -Making thinking visible

[25]- Helping students from others

[26]- Promoting autonomy

[27]-Inquiry

[28]-Zhang, Z., & Linn

[29]- Harel&Papert

[30]- Louca&Zacharia

[31]- Rubric

[32] -- Content validity ratio

[33]- Lawshe

احمدی، غلامعلی؛ عبدالملکی، شوبو (1392).  بررسی تأثیر الگوی حل مسئله بر خلاقیت و عملکرد تحصیلی دانش­آموزان در درس شیمی. مطالعاتآموزشویادگیری، 2(64)و 21-1.
زوار، تقی؛ مصرآبادی، جواد و امیریان، لیلا. (1395). اثربخشی ترسیم نقشه­های مفهومی گروهی بر شاخص­های شناختی-عاطفی درس شیمی. روان­شناسیتربیتی، 12(41)و 57-48.
Adadan, E., Trundle, K. C., & Irving, K. E. (2010). Exploring Grade 11 students’ conceptual pathways of the particulate nature of matter in the context of multi representational instruction. Journal of Research in Science Teaching, 47(8), 1004-1035.
Barak, M., & Dori, Y. J. (2005). Enhancing undergraduate students’ chemistry   understanding through project-based learning in an IT environment. Science   Education, 89(1), 117–139.
 
Bodner, G. (1991). I have found you an argument: The conceptual knowledge of beginning chemistry graduate students. Journal of Chemistry Education, 68(5), 385-388.
 
Corliss, S., & Spitulnik, M. (2008). Student and teacher regulation of learning in technology enhanced science instruction, international perspectives in the learning sciences: creating a learning world, proc. 8th Int'l Conf. of the Learning Sciences. International Society of the Learning Sciences, Inc., (1), 167-174.
 
Cook, M., Wiebe, E. N., & Carter, G. (2008). The influence of prior knowledge on viewing and interpreting graphics with macroscopic and molecular representations. Science Education, 92(5), 848-867.
 
Evagorou, M., Erduran, S., & Mantyla, T. (2015). The role of visual representations in scientific practices: from conceptual understanding and knowledge generation to ‘seeing’ how science works. International Journal of STEM Education. 2(11), 1-13.
 
Frailich, M., Kesner, M., & Hofstein, A. (2009). Enhancing students’ understanding of the concept of chemical bonding by using activities provided on an interactive website. Journal of Research in Science Teaching, 46(3), 289–310.
 
Gilbert, J. K., & Treagust, D. F. (2009). Introduction: Macro, submicro and symbolic representations and the relationship between them: Key models in chemical education. In J. K. Gilbert & D. F. Treagust (Eds.), Multiple Rrepresentations in Chemical Education. London: Springer-Verlag. 1-8.
Harel, I., & Papert, S. (1990). Software design as a learning environment. Interactive Learning Environments. 1(1), 1-32.
Linn, M. C. (1995). A Research Base for Science Education: Historical perspectives. Proceedings of the Geselleschaft für Didaktik der Chemie und Physik(GDCP). GDCP, Kiel, Germany.
Linn, M. C., & Eylon, B. S. (2011). Science learning and instruction: Taking Advantage of Technology to Promote Knowledge Integration. Routledge.
Linn, M. C., & Hsi, S. (2000). Computers, Teachers, Peers: Science Learning Partners. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
Linn, M. C., Davis, E. A., & Bell, P. (Eds.). (2004). Internet Environments for Science Education. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
Linn, M. C., &Eylon, B. -S. (2006). Science education: Integrating views of learning and instruction. In P. A. Alexander & P. H. Winne (Eds.), Handbook of Educational Psychology. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates. 511–544.
Louca, L. T., & Zacharia, Z. C. (2011). Modeling-based learning in science education: cognitive, metacognitive, social, material and epistemological contributions. Educational Review64(4), 471-492.
Louca, L. T., & Zacharia, Z. C. (2015). Examining learning through modeling in K-6 science education. Journal of Science Education and Technology, 24(2-3), 192-215.
Lowe, R. (1999). Exacting information from an animation during complex visual learning. European Journal of Psychology of Education, 14, 225–244.
Marbach-Ad, G., Rotbain, Y., &Stavy, R. (2008). Using computer animation and illustration activities to improve high school students’ achievement in molecular genetics. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 273–292.
Mnguni, L. E. (2014). The theoretical cognitive process of visualization for science education. SpringerPlus, 3(1), 1-9.
Nakhleh, M. B., Samarapungavan, A., & Saglam, Y. (2005). Middle school students’ beliefs about matter. Journal of Research in Science Teaching, 42, 581-612.
Osborne, R., & Cosgrove, M. M. (1983). Children’s conceptions of the changes of state of water. Journal of Research in Science Teaching, 20(9), 825-838.
Sanger, M. J., Brecheisen, D. M., & Hynek, B. M. (2001). Can computer animations affect college biology students’ conceptions about diffusion and osmosis? American Biology Teacher, 63(2), 104–109.
Songer N. & Linn, M. C. (2006). How do students’ views of science influence knowledgeintegration? Journal of Research in Science Teaching, 28(9), 761-784.
Seufert, T. (2003). Supporting coherence formation in learning from multiple representations. Learning and Instruction, 13, 227–237.
 
Tversky, B., Morrison, J. B., & Betrancourt, M. (2002). Animation: Can it facilitate? International Journal of Human Computer Studies, 57, 247–262.
 
Wu, H. -K., Krajcik, J. S., & Soloway, E. (2001). Promoting understanding of chemical representations: Students’ use of a visualization tool in the classroom. Journal of Research in Science Teaching, 38(7), 821– 842.
 
Zhang, Z., & Linn, M. C. (2008). Using Drawings to Support Learning from Dynamic Visualizations. In International Perspectives in the Learning Sciences: Creating a Learning World. Proceedings of the 8th International Conference of the Learning Science. Utrecht, the Netherlands: International Society of the Learning Sciences, Inc. (3), 161-162.