بهبود مهارت استدلال علّي دانش‌آموزان به كمك مدل‌سازي رايانه‌اي

پيشينه و اهداف: مدل‌سازي رايانه‌اي به يادگيري مفاهيم فراگير علمي از جمله ساز و كارهاي علّي پديده‌ها كه براي بسياري از نوآموزان چالش‌برانگيز است، كمك فراواني مي‌كند. باوجود پژوهش‌هاي فراواني كه براي نشان دادن اثربخشي استفاده از رايانه در كلاس منتشر شده است؛ كمتر پژوهشي به بررسي كاربرد مدل‌سازي رايانه‌اي توسط معلم و اثرات آن بر تفكر و استدلال دانش‌آموزان در مقايسه با همان تعاملات بدون استفاده از ابزارهاي رايانه‌اي پرداخته است. ساختار علّي بسياري از پديده‌هاي طبيعي و فيزيكي، تأكيد استانداردهاي روز آموزش علوم بر توسعه و بهبود تفكر سيستمي در دانش‌آموزان، نقش پررنگ استدلال‌هاي علّي در درك  بهتر علوم، كاربرد فزاينده فن‌آوري‌هاي رايانه‌اي در كلاس درس فيزيك، ظهور و توسعه سريع نرم‌افزارهاي رايانه‌اي و سامانه‌هاي اينترنتي براي مدل‌سازي و شبيه‌سازي دنياي واقعي به‌ منظور كمك بيشتر به آموزش و يادگيري فيزيك، و رفع نارسايي‌هاي مدل‌سازي روي كاغذ به كمك رايانه، پژوهشگران را  برآن داشت كه به بررسي ميزان اثربخشي استفاده از مدل‌سازي رايانه‌اي در كلاس درس فيزيك بر بهبود تفكر سيستمي (با تأكيد بر استدلال علّي) دانش‌آموزان دوره دوم متوسطه بپردازند. بررسي اثربخشي مدل‌سازي رايانه‌اي بر درك دانش‌آموزان از پيوندها و استدلال‌هاي علّي در پديده‌هاي فيزيكي، هدف اصلي اين پژوهش است.روش‌ها‌: . نمونه 80 نفري دانش‌آموزان پايه يازدهم رشته تجربي انتخاب و در يك طرح نيمه-آزمايشي، متشكل از دو كلاس 20 نفره (با بهره‌گيري از مدل‌سازي رايانه‌اي) و دو كلاس 20 نفره (با بهره‌گيري از مدل‌سازي مفهومي روي كاغذ) شركت كردند. نمره‌هاي دانش‌آموزان در استدلال علّي به‌صورت پيش‌آزمون و پس‌آزمون، جمع‌آوري شده اند، به كمك تحليل كواريانس تقاوت بين ميانگين پس‌آزمون استدلال علّي بين گروه‌ها مورد بررسي قرار گرفته است. در اين پژوهش تفاوت ميانگين هم براي نوع مدل‌سازي (رايانه‌اي و كاغذي) و هم براي جنسيت بررسي گرديد. اين طرح آزمايشي تحليل واريانس دو عاملي نام دارد.يافته‌ها: مدل‌سازي رايانه‌اي در مقايسه با مدل‌سازي روي كاغذ، در افزايش توانايي دانش ‌آموزان براي ارائه عبارات منسجم علّي و تشريح بهتر شواهد و ايده‌هاي علمي تأثير داشته است، و موجب غني شدن تفكر سيستمي دانش‌آموزان مي‌گردد. شناخت عناصر استدلال، گرداوري شواهد و ابراز دلائل خود به‌منظور به ثمر رساندن استدلال‌ها، و همچنين انسجام استدلال براي افرادي كه با مدل‌سازي كاغذي آموزش ديده‌اند دشوارتر از دانش‌آموزاني است كه به كمك مدل‌سازي رايانه اي آموزش ديده‌اند. يافته‌ها نشان مي‌دهند ارتباط بين شواهد، از دشوارترين قسمت‌هاي يك استدلال فيزيكي است، در واقع توانائي شاگردان در منسجم كردن، و يكپارچه سازي شواهد به‌منظور خاتمه استدلال و بيان نتيجه كمتر از ساير توانائي‌هاي استدلالي آنها بوده است، البته مدل‌سازي رايانه اي توانسته به نسبت مدل‌سازي كاغذي اين توانايي را بهبود ببخشد.نتيجه‌گيري: اين طرح نيمه-آزمايشي به ما كمك كرد تا درباره تفاوت‌‌هاي استدلال‌هاي علّي بين دو گروه مختلف، به نتايج مهمي دست پيدا كنيم. به‌كارگيري ابزارهاي رايانه‌اي مي‌تواند از عهده يادگيري مهارت‌هاي شناختي نسبتاً پيچيده مثل استدلال علّي به خوبي برآيد. شبيه‌سازي رايانه‌اي و مدل‌هاي مفهومي كه به كمك رايانه‌ها توليد مي‌شوند مي‌توانند به شرح و بسط بيشتر پيوندهاي علّي و انسجام بيشتر استدلال‌ها در درس فيزيك كمك كنند. از اين رو طراحان برنامه درسي و معلمان فيزيك را به استفاده بيشتر از شبيه‌سازي و مدل‌سازي رايانه‌اي به‌منظور تقويت تفكر سيستمي در درس فيزيك، و تبيين‌هاي علمي به كمك استدلال‌هاي علّي توصيه مي‌كنيم.