محاكاة تفاعلية من PhET

مشروع PhET للمحاكاة التفاعلية ، التابع لجامعة كولورادو بولدر ، هو مشروع تعليمي مفتوح المصدر غير ربحي ^{[ 1 ]} يُنشئ ويستضيف شروحات تفاعلية . تأسس المشروع عام 2002 على يد كارل ويمَن، الحائز على جائزة نوبل . انطلق مشروع PhET من رؤية ويمَن لتحسين أساليب تدريس العلوم وتعلمها. وتتمثل رسالته المعلنة في "الارتقاء بمستوى معرفة العلوم والرياضيات وتعليمها عالميًا من خلال محاكاة تفاعلية مجانية". ^{[ 2 ] [ 3 ]}

كان اختصار مشروع "PhET" في الأصل يرمز إلى "تكنولوجيا تعليم الفيزياء"، لكن سرعان ما توسع المشروع ليشمل تخصصات أخرى. يُصمم المشروع حاليًا ويُطور ويُصدر أكثر من 125 محاكاة تفاعلية مجانية للاستخدام التعليمي في مجالات الفيزياء والكيمياء والأحياء وعلوم الأرض والرياضيات . تُرجمت هذه المحاكاة إلى أكثر من 121 لغة مختلفة، بما في ذلك الإسبانية والصينية والألمانية والعربية ؛ وفي عام 2011، استقبل موقع PhET الإلكتروني أكثر من 25 مليون زائر . ^{[ 4 ]}

في أكتوبر 2011، فازت شركة PhET Interactive Simulations بجائزة مايكروسوفت لتكنولوجيا التعليم لعام 2011. [ 5 ^{] تُمنح جوائز} التكنولوجيا، التي يقدمها متحف التكنولوجيا والابتكار ، للمبتكرين من جميع أنحاء العالم تقديرًا لإسهاماتهم التكنولوجية في خدمة البشرية. ^{[ 6 ]}

بعد فوزه بجائزة نوبل عام 2001، انخرط ويمَن بشكلٍ خاص في جهود تحسين تعليم العلوم ، وأجرى أبحاثًا تربوية حول تدريس العلوم. ساهم في كتابة برنامج "فيزياء 2000 " ^{[ 7 ]} لتوفير محاكاة تشرح عمله في تكوين مكثف بوز-أينشتاين . أثناء إلقائه محاضرات عامة، تضمنت بعضها محاكاة ^{[ 8 ]،} لاحظ أن "المحاكاة غالبًا ما كانت أول ما يتذكره الناس من حديثي. وبناءً على أسئلتهم وتعليقاتهم، بدا أنهم استوعبوا باستمرار الفيزياء المُمثلة في المحاكاة." ^{[ 9 ]} ثم استخدم أموالًا من منحة من برنامج "العلماء المتميزون في التدريس" التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم ، ومؤسسة كافلي، وجزءًا من جائزة نوبل لتأسيس "PhET" بهدف تحسين طريقة تدريس وتعلم الفيزياء. تختلف محاكاة "PhET" عن محاكاة "فيزياء 2000" في أن المستخدمين يمكنهم التفاعل مع المحاكاة لتغيير الظروف، بينما تقتصر محاكاة "فيزياء 2000" على مقاطع الفيديو فقط. ^{[ 10 ]}

في عام ٢٠٠٧، انتقل ويمَن إلى فانكوفر ، كولومبيا البريطانية، مع احتفاظه بنسبة ٢٠٪ من وظيفته كعضو هيئة تدريس في جامعة كولورادو بولدر. المديرة الحالية لبرنامج PhET هي كاثرين ك. بيركنز ، التي انضمت إلى البرنامج منذ يناير ٢٠٠٣. تأمل بيركنز أن تُسهم سهولة الوصول إلى المحاكاة وطبيعتها التفاعلية في رفع مستوى الوعي العلمي وتعزيز مشاركة الطلاب في الصف. ^{[ ١١ ]}

يُعدّ برنامج PhET للمحاكاة التفاعلية جزءًا من جامعة كولورادو بولدر، العضو في رابطة الجامعات الأمريكية . ^{[ 12 ]} يتغير فريق البرنامج بمرور الوقت، ويتألف من حوالي 16 عضوًا، من بينهم أساتذة، وطلاب ما بعد الدكتوراه، وباحثون، ومتخصصون في التعليم، ومهندسو برمجيات (بعضهم متعاقدون)، ومعلمون، ومساعدون إداريون. ^{[ 13 ]} المديرة الحالية لبرنامج PhET هي الدكتورة كاثرين بيركنز.

تُدمج محاكاة PhET التفاعلية ممارسات قائمة على البحث العلمي في مجال التدريس الفعال لتعزيز تعلم مفاهيم العلوم والرياضيات. ^{[ 14 ]} صُممت هذه المحاكاة لتكون مرنة بحيث يمكن استخدامها كعروض توضيحية في المحاضرات، أو في المختبرات، أو كواجبات منزلية. ^{[ 15 ]} وهي تستخدم بيئة سهلة الاستخدام تُشبه الألعاب، حيث يمكن للطلاب التعلم من خلال استكشاف علمي ضمن بيئة مبسطة، حيث تجعل التمثيلات المرئية الديناميكية ما هو غير مرئي مرئيًا، وتربط الأفكار العلمية بظواهر العالم الحقيقي.

تبدأ محاكاة PhET بثلاثة إلى خمسة أشخاص، بمن فيهم خبير محتوى (عالم)، ومعلم، وباحث تربوي، ومطور برامج محترف. يبدأ التصميم بتحديد أهداف تعليمية محددة ثبتت صعوبتها من الناحية المفاهيمية بناءً على تجارب المعلمين في الفصول الدراسية. يتم وضع مخطط تفصيلي لتصميم المحاكاة، ومظهرها، ومناقشتها، ثم برمجتها. تخضع كل محاكاة لاختبارات المستخدمين من خلال مقابلات مع الطلاب وفي الفصول الدراسية، ويتم تعديلها حسب الحاجة وإعادة اختبارها، قبل نشرها على موقع PhET الإلكتروني. ^{[ 16 ]}

إلى جانب اختبار كل محاكاة، يُجري فريق PhET أبحاثًا تعليمية على محاكاتهم. وقد أظهرت أبحاثهم أنه عندما يستكشف الطلاب المحاكاة بالإضافة إلى المختبرات التقليدية، يتحسن فهمهم للمفاهيم. ^{[ 17 ]}

بينما تقوم شركة PhET Interactive Simulations بتطوير المحاكاة، فإنّ المعلمين والناشرين هم في المقام الأول من يقومون بتطوير الأنشطة التعليمية التي تستخدم هذه المحاكاة، ويشاركونها مع المجتمع. ويتبع المساهمون في موقع PhET ممارسات التعليم المفتوح (OEP)، مما يُمكّن المعلمين من استخدام الأنشطة أو تعديلها بحرية. ^{[ 18 ]}

تشمل منظمات موارد التعليم المفتوح الأخرى التي تقدم أفكارًا ومراجعات ما يلي:

• توفر المكتبة الرقمية الوطنية للعلوم (NSDL) خرائط تفاعلية لمحو الأمية العلمية ^{[ 19 ]} متوافقة مع معايير الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم (AAAS)، مع روابط لموارد إلكترونية ذات صلة. تستخرج NSDL البيانات الوصفية للمجموعات للعثور على موارد إلكترونية تتوافق مع المعايير. ^{[ 20 ]} يتم اختيار المجموعات المستخرجة بناءً على معايير اقترحتها لجنة توجيهية تابعة للمجلس الوطني للبحوث لتطوير مكتبة وطنية رقمية لتعليم العلوم والرياضيات والهندسة والتكنولوجيا لطلاب المرحلة الجامعية ^{[ 21 ]} ، ويتم التحقق من صحتها بانتظام. ^{[ 22 ]} يجد المعلمون محاكاة PhET المناسبة لمواضيع محددة من خلال البحث في الخرائط.
• تستخدم منصة MERLOT Physics ^{[ 23 ]} عملية مراجعة متعددة المستويات لتقييم محتوى التعلم الرقمي. ^{[ 24 ]} وقد عُرضت منصة PhET كنموذج في يونيو 2013 ^{[ 25 ]} حيث يمكن للمعلمين العثور على موارد تعليمية وتدريبية تتضمن: روابط لمواد تعليمية مختارة من قبل الأعضاء، ومراجعات الأقران لمواد عالية الجودة، وخبرات تدريسية لأعضاء MERLOT. ^{[ 26 ]}
• Physics Front ^{[ 27 ]} هي "خدمة مجانية تقدمها AAPT بالشراكة مع NSF/NSDL" ^{[ 28 ]} والتي تحتوي على حوالي 100 فكرة لاستخدام PhET ^{[ 29 ]} مع مراجعات المحررين، والمواضيع الموصى بها، والمستويات، ونوع الموارد، والدورات المناسبة، والفئات والتقييمات؛ وأفكار للاستخدام في الوحدات، والارتباط بمعايير AAAS؛ والأنشطة ذات الصلة.
• يوفر موقع "Pedagogy in Action " ^{[ 30 ]} مكتبةً تضم ثلاثة عناصر: وحدات أساليب التدريس، وأنشطة التعلم، وقائمة مراجع بحثية حول التعلم. ^{[ 31 ]} ويحتوي الموقع على مقال بعنوان "موارد لاستخدام محاكاة PhET في الفصل الدراسي - قاعدة بيانات أنشطة PhET" ^{[ 32 ]} ، والذي يتضمن ملخصًا، وأهدافًا تعليمية، وسياق الاستخدام، ووصفًا، ومواد تعليمية، وملاحظات ونصائح تدريسية، وتقييمًا، وإرشادات لتطوير أنشطة جديدة باستخدام PhET.
• تشمل الأولويات الاستراتيجية لـ iNACOL، الرابطة الدولية للتعليم الإلكتروني من الروضة وحتى الصف الثاني عشر ^{[ 33 ] ، الدعوة إلى سياسات تعليمية، ومشاريع ضمان الجودة، ونماذج تعليمية. وتدعم منشوراتها وموقعها الإلكتروني مجموعة واسعة من الجهات التي تُحسّن التعلم الفردي للطلاب وظروف المعلمين من خلال الدعوة إلى التطوير المهني. [ 34 ]} ويُقدّم أحد التقارير أفكارًا لاستخدام الموارد التعليمية المفتوحة، وتحديدًا للتعلم الإلكتروني، بما في ذلك استخدامات محاكاة PhET. ^{[ 35 ]}

كما تُقدّم المنظمات المهنية أفكارًا لاستخدام محاكاة PhET. في منتدى تبادل التعليم الكيميائي التابع للمعهد الياباني للمعلمين (ChemEd X)، كتب الأعضاء في مدوناتهم عن كيفية استخدام PhET للمساعدة في مواضيع محددة مثل موارد القياس الكمي، ^{[ 36 ]} وحماس الأسبوع الأول، ^{[ 37 ]} وفيزياء 2000، ^{[ 38 ]} وإضافة الاستقصاء إلى النظرية الذرية. ^{[ 39 ]}

قدمت المؤسسة الوطنية للعلوم منحًا للعديد من المنظمات لدراسة استخدام PhET: ^{[ 40 ]}

• محاكاة PhET التفاعلية: استخدام المحاكاة القائمة على البحث لتطوير تعليم الكيمياء الجامعي #1226321 الباحث الرئيسي: كاثرين بيركنز؛ الباحث المشارك: روبرت بارسون؛ الجهة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 15/09/2012
• توسيع نطاق محاكاة العلوم التفاعلية من PhET لتشمل الصفوف من الرابع إلى الثامن: منهج قائم على البحث #1020362 تغيير أسلوب تعلم طلاب الفيزياء باستخدام المحاكاة: بحث وتطوير دروس تعليمية قائمة على PhET #1245400 الباحث الرئيسي: كاثرين بيركنز؛ الباحثون المشاركون: مايكل دوبسون، دانيال شوارتز، نوح بودولفسكي؛ الجهة المنظمة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 01/09/2010
• دليل المستخدم لأبحاث تعليم الفيزياء: مورد إلكتروني لمعلمي الفيزياء #1245490 الباحث الرئيسي: أندرو إلبي؛ الباحث المشارك: أيوش غوبتا؛ الجهة: جامعة ميريلاند، كوليدج بارك؛ 15/06/2013
• دليل المستخدم لأبحاث تعليم الفيزياء: مورد إلكتروني لمعلمي الفيزياء #1245490؛ الباحث الرئيسي: سارة ماكاجان ؛ الباحثان المشاركان: بروس ماسون، بيث كانينغهام؛ الجهة المنظمة: الرابطة الأمريكية لمعلمي الفيزياء؛ 01/05/2013
• مشروع تكنولوجيا تعليم الفيزياء رقم 0442841، الباحث الرئيسي: كارل ويمين؛ الباحثان المشاركان: نوح فينكلشتاين، كاثرين بيركنز؛ الجهة المنظمة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 06/01/2005
• مشروع تكنولوجيا تعليم الفيزياء والكيمياء رقم 0817582؛ الباحث الرئيسي: كاثرين بيركنز؛ الباحثون المشاركون: مايكل دوبسون، ونوح فينكلشتاين، وروبرت بارسون، وكارل ويمين؛ الجهة المنظمة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 08/01/2008
• توسيع نطاق محاكاة العلوم التفاعلية لبرنامج PhET لتشمل الصفوف من الرابع إلى الثامن: منهج قائم على البحث #1020362؛ الباحث الرئيسي: كاثرين بيركنز؛ الباحثون المشاركون: مايكل دوبسون، دانيال شوارتز، نوح بودولفسكي؛ الجهة المنظمة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 01/09/2010
• فيزياء الحياة اليومية: تطبيقات جافا وعروض توضيحية تفاعلية للمحاضرات لطلاب غير متخصصين في العلوم #0123561؛ الباحث الرئيسي: كارل ويمين؛ الباحث المشارك:؛ الجهة: جامعة كولورادو في بولدر؛ 09/01/2001

• محاكاة تفاعلية من PhET
• فيديو على يوتيوب من جائزة التكنولوجيا حول محاكاة PhET التفاعلية