بحوث تعليم الفيزياء
يُعدّ بحث تعليم الفيزياء ( PER ) شكلاً من أشكال البحث التربوي القائم على التخصص، ويرتبط تحديداً بدراسة تدريس وتعلم الفيزياء ، وغالباً ما يهدف إلى تحسين فعالية تعلم الطلاب. يستمدّ بحث تعليم الفيزياء من تخصصات أخرى، مثل علم الاجتماع ، والعلوم المعرفية ، والتربية ، واللغويات ، [ 1 ] ويكملها من خلال عكس المعرفة والممارسات التخصصية للفيزياء. [ 2 ] تُجري حوالي 85 مؤسسة في الولايات المتحدة أبحاثاً في مجال تعليم العلوم والفيزياء.
الأهداف
| عدد المنشورات حول أفكار الطلاب حول قائمة المراجع بقلم دويت (2005) | |
|---|---|
| جزء | منشور |
| الميكانيكا (القوة)* | 792 |
| الكهرباء (الدائرة الكهربائية) | 444 |
| بصريات | 234 |
| نموذج الجسيمات | 226 |
| الفيزياء الحرارية (الحرارة/درجة الحرارة) | 192 |
| طاقة | 176 |
| علم الفلك (الأرض في الفضاء) | 121 |
| الفيزياء الكمية | 77 |
| الأنظمة غير الخطية (الفوضى) | 35 |
| صوت | 28 |
| المغناطيسية | 25 |
| النسبية | 8 |
| * المفهوم السائد بين قوسين. مقتبس من Duit, R., H. Niedderer and H. Schecker (انظر المرجع). | |
يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لبرنامج أبحاث الفيزياء في تطوير أساليب واستراتيجيات تعليمية تُساعد الطلاب على تعلم الفيزياء بفعالية أكبر، وتُساعد المُدرسين على تطبيق هذه الأساليب. ولأن حتى أبسط مفاهيم الفيزياء قد تكون مُربكة، بالإضافة إلى احتمال تكوّن مفاهيم علمية خاطئة نتيجةً للتدريس باستخدام التشبيهات، فإن المحاضرات غالبًا لا تُزيل المفاهيم الخاطئة الشائعة حول الفيزياء التي يكتسبها الطلاب قبل دراستها. ولذلك، يركز البحث عادةً على فهم هذه المفاهيم الخاطئة بشكل أعمق، بهدف ابتكار أساليب تُساعد الطلاب على تجاوزها.
في معظم مقررات الفيزياء التمهيدية، تُعدّ الميكانيكا عادةً أول فرع من فروع الفيزياء يُدرّس. وتُشكّل قوانين نيوتن للحركة، التي تتناول التفاعلات بين القوى والأجسام، محورًا أساسيًا لدراسة الميكانيكا. يتبنى العديد من الطلاب المفهوم الأرسطي الخاطئ القائل بضرورة وجود قوة محصلة للحفاظ على حركة الجسم؛ بينما في الفيزياء الحديثة، تُنمذج الحركة باستخدام قانون نيوتن الأول للقصور الذاتي ، الذي ينص على أن الجسم سيبقى في حالة سكون أو حركة ما لم تؤثر عليه قوة محصلة . ومثل الطلاب الذين يتبنون هذا المفهوم الخاطئ، توصل نيوتن إلى قوانينه الثلاثة للحركة من خلال التحليل التجريبي، وإن كان ذلك من خلال دراسة مستفيضة للبيانات شملت رصدًا فلكيًا. يستطيع الطلاب التخلص من هذا المفهوم الخاطئ في بيئة شبه خالية من الاحتكاك، حيث يجدون أن الأجسام تتحرك بسرعة ثابتة تقريبًا دون وجود قوة ثابتة.
المناطق الرئيسية
يتمثل الهدف العام لمجتمع PER في فهم العمليات التي ينطوي عليها تدريس وتعلم الفيزياء من خلال البحث العلمي الدقيق.
وفقًا لمجموعة PER بجامعة واشنطن، وهي إحدى المجموعات الرائدة في هذا المجال، [ 3 ] يميل العمل ضمن PER إلى أن يندرج ضمن واحد أو أكثر من عدة أوصاف عامة، بما في ذلك:
- تحديد صعوبات الطلاب
- تطوير أساليب لمعالجة هذه الصعوبات وقياس المكاسب التعليمية
- تطوير استبيانات لقياس أداء الطلاب وخصائصهم الأخرى
- دراسة مواقف الطلاب ومعتقداتهم المتعلقة بالفيزياء
- دراسة ديناميكيات المجموعات الصغيرة والكبيرة وتحليل أنماط الطلاب باستخدام التأطير وغيره من الأساليب المعرفية الجديدة والحالية [ 4 ]
"مقدمة في أبحاث تعليم الفيزياء"، بقلم روبرت بيشنر، [ 5 ] تحدد ثمانية اتجاهات في PER:
- الفهم المفاهيمي: يُعدّ استقصاء ما يعرفه الطلاب وكيفية تعلمهم محورًا أساسيًا في أبحاث الفيزياء التطبيقية. وقد انصبّت الأبحاث المبكرة على تحديد ومعالجة المفاهيم الخاطئة حول مبادئ الفيزياء. ثمّ تطوّر المصطلح لاحقًا إلى "صعوبات الطلاب" استنادًا إلى دراسة الأطر النظرية البديلة لتعلم الطلاب. ويمكن تحويل الصعوبة في فهم مفهوم ما إلى فهم صحيح، كما يُمكن استئصال المفهوم الخاطئ واستبداله بفهم صحيح. ويتخصص فريق أبحاث الفيزياء التطبيقية في جامعة واشنطن في أبحاث الفهم المفاهيمي وصعوبات الطلاب. [ 6 ]
- نظرية المعرفة : بدأ نموذج التعلم القائم على التجربة والخطأ كنهج تجريبي لتحسين التعلم. ونظرًا لعيوب هذا النهج، تم تطوير أسس نظرية للبحث في وقت مبكر، لا سيما من خلال جامعة ميريلاند . وتستند الأسس النظرية لهذا النموذج في معظمها إلى البنائية البياجية . وقد طرح ريديش وهامر وإلبي وشير نظريات حول الإدراك في تعلم الفيزياء، [ 7 ] مستندين إلى كتاب دي سيسا "المعرفة المجزأة". ويستند إطار الموارد، [ 8 ] المُطور من هذا العمل، إلى أبحاث في علم الأعصاب وعلم الاجتماع واللغويات والتعليم وعلم النفس. وهناك أطر أخرى قيد التطوير، كان آخرها "إطار الاحتمالات"، [ 9 ] الذي يستند إلى أبحاث الاستدلال الاستنتاجي التي بدأها واسون وفيليب جونسون ليرد .
- حل المشكلات: يلعب دورًا هامًا في العمليات التي تُسهم في تطوير أبحاث الفيزياء، ويُعدّ جزءًا أساسيًا من التمارين في الكتب الدراسية التقليدية. يرتكز معظم البحث في هذا المجال على دراسة الفرق بين المبتدئين والخبراء في حل المشكلات (طلاب السنة الأولى والثانية، وطلاب الدراسات العليا وطلاب ما بعد الدكتوراه، على التوالي). وقد ركزت مجموعة أبحاث حل المشكلات في جامعة مينيسوتا على مناهج البحث في هذا المجال. ونُشرت مؤخرًا ورقة بحثية في القسم الخاص من مجلة أبحاث الفيزياء (PRL) بعنوان: PER، حددت أكثر من 30 سلوكًا وموقفًا ومهارة تُستخدم في حل مسألة فيزيائية نموذجية. ويُلاحظ في مجال حل المشكلات استخدام دقة عالية واهتمام دقيق بالتفاصيل.
- المواقف: طورت جامعة كولورادو أداة تكشف عن مواقف الطلاب وتوقعاتهم تجاه الفيزياء كمادة دراسية وكصف. غالبًا ما يُلاحظ تراجع مواقف الطلاب بعد التدريس التقليدي، لكن دراسة حديثة أجراها ريديش وهامر تُظهر إمكانية عكس هذا التراجع وتحقيق مكاسب إيجابية في المواقف إذا ما تم التركيز على "توضيح العناصر المعرفية للمنهج الضمني". [ 10 ]
- الجوانب الاجتماعية: أُجريت أبحاثٌ حول النوع الاجتماعي والعرق وقضايا اجتماعية واقتصادية أخرى قد تؤثر على التعلّم في الفيزياء وغيرها من المجالات. كما بحثت دراساتٌ أخرى تأثير لغة الجسد وديناميكيات المجموعة وبيئة الصف الدراسي على تعلّم الفيزياء.
- التكنولوجيا: تعتمد أنظمة استجابة الطلاب (أجهزة التصويت الإلكتروني) على عمل إريك مازور في مجال التعليم التفاعلي بين الأقران. وتدرس الأبحاث في هذا المجال تأثير التكنولوجيا وتطبيقاتها وإمكانياتها في الفصول الدراسية.
- التدخلات التعليمية: يستند تصميم مناهج برنامج تعليم الفيزياء (PER) إلى أكثر من عقدين من البحث في مجال تعليم الفيزياء. تشمل الكتب الدراسية البارزة: دروس في الفيزياء ، والفيزياء بالاستقصاء ، وبيئة التعلم العلمي الاستقصائي ، ونماذج في الفيزياء ، بالإضافة إلى العديد من الكتب الدراسية الجديدة للمقررات التمهيدية والثانوية. وقد طوّر فريق أبحاث تعليم الفيزياء بجامعة ولاية كانساس برنامجًا بعنوان "الميكانيكا الكمية المرئية" (VQM) لتدريس ميكانيكا الكم لطلاب المدارس الثانوية والجامعات الذين لا يمتلكون خلفية متقدمة في الفيزياء أو الرياضيات.
- المواد التعليمية: بالنسبة لطلاب المرحلة الجامعية الأولى، يركز الناشرون الآن على استخدام نظرية التعلم القائم على الأداء (PER) كأساس لكتب الفيزياء كعامل جذب رئيسي. ومن أوائل كتب الفيزياء الشاملة التي تضمنت نتائج هذه النظرية كتابٌ من تأليف سيرواي وبيشنر. وبالإضافة إلى الكتب، تشمل المواد التعليمية لطلاب الفيزياء في المرحلة ما قبل الجامعية محاكاة PhET (تقنية تعليم الفيزياء). وقد أصبح ذلك ممكنًا بفضل التطورات في أجهزة الحاسوب الشخصية، والبرامج المستقلة عن المنصات مثل Adobe Flash Player و Java ، ومؤخرًا HTML5 [ 11 ] و CSS3 و JavaScript [ 12 ] . ووفقًا لـ ويمَن [ 13 ] ، تُوفر محاكاة PhET أداةً مباشرةً وفعّالةً لاستكشاف تفكير الطلاب وتعلمهم.
رابطة المجلات
تُنشر الأبحاث المتعلقة بتعليم الفيزياء في الولايات المتحدة بشكل أساسي في أربع دور نشر. [ 14 ] تُوجه الأبحاث المُقدمة إلى المجلة الأمريكية للفيزياء : قسم أبحاث تعليم الفيزياء (PERS) في الغالب إلى مُستهلكي أبحاث تعليم الفيزياء. وتنشر مجلة علوم التعلم (JLS) أبحاثًا تتناول بيئات الحياة الواقعية أو غير المختبرية، غالبًا في سياق التكنولوجيا، وتركز على التعلم لا التدريس. في حين أن الأبحاث المنشورة في مجلة Physical Review Special Topics: Physics Education Research (PRST:PER) موجهة إلى الباحثين في مجال تعليم الفيزياء وليس إلى المُستهلكين. أما وقائع مؤتمر أبحاث تعليم الفيزياء (PERC) فهي مُصممة لجمهور مُتنوع من المُستهلكين والباحثين. ويُقدم هذا المؤتمر لمحة عامة عن المجال، ولذلك فهو مفتوح للنتائج الأولية والأبحاث الجارية، بالإضافة إلى الأبحاث التي تُثير التفكير لدى مجتمع تعليم الفيزياء. وتشمل المجلات الأخرى: مجلة تعليم الفيزياء (المملكة المتحدة)، والمجلة الأوروبية للفيزياء (المملكة المتحدة)، ومجلة مُعلم الفيزياء . نشر ليون هسو وآخرون مقالاً حول نشر وتحكيم الأوراق البحثية في مجال تعليم الفيزياء في عام 2007. [ 14 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ دوكتور، جينيفر ل.؛ ميستر، خوسيه ب. (16-09-2014). "توليف أبحاث التعليم القائمة على التخصص في الفيزياء" . مجلة Physical Review Special Topics - Physics Education Research . 10 (2) 020119. Bibcode : 2014PRPER..10b0119D . doi : 10.1103/PhysRevSTPER.10.020119 .
- ↑ المجلس الوطني للبحوث (21 مايو 2012). بحوث التعليم القائمة على التخصصات: فهم وتحسين التعلم في العلوم والهندسة الجامعية . doi : 10.17226/13362 . ISBN 978-0-309-25411-3.
- ↑ أبحاث تعليم الفيزياء | مجموعة تعليم الفيزياء
- ↑ فرنانديز، ف.ب. (2017). "البحث الإجرائي في تدريس الفيزياء: أثر التعلم أو التدريس الأصيل القائم على الاستقصاء على تعلم الفيزياء الحرارية" . مجلة آسيا والمحيط الهادئ لتعليم العلوم . 3 (1) 3: 1-20 . doi : 10.1186/s41029-017-0014-z .
- ↑ روبرت ج. بيشنر (2009). "مقدمة في بحوث تعليم الفيزياء". في تشارلز ر. هندرسون وكاثلين أ. هاربر. البدء في بحوث تعليم الفيزياء. مراجعات في بحوث تعليم الفيزياء 2 .
- ↑ ماكديرموت (2010). تاريخ شخصي لأبحاث تعليم الفيزياء ومجموعة تعليم الفيزياء في جامعة واشنطن . غير منشور. ص 1-81 .
- ↑ "الموارد، والتأطير، والنقل"
- ↑ رديش، إدوارد ف. (2014). "محاضرة أورستد 2013: كيف ينبغي لنا أن نفكر في طريقة تفكير طلابنا؟". المجلة الأمريكية للفيزياء . 82 (6): 537-551 . arXiv : 1308.3911 . Bibcode : 2014AmJPh..82..537R . doi : 10.1119/1.4874260 . S2CID 119231128 .
- ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 2016-03-04 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2019-12-04 .
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link ) - ↑ رديش، إدوارد ف.؛ هامر، ديفيد (1 يوليو/تموز 2009). "إعادة ابتكار فيزياء الكليات لعلماء الأحياء: شرح المنهج المعرفي". المجلة الأمريكية للفيزياء . 77 (7): 629-642 . arXiv : 0807.4436 . Bibcode : 2009AmJPh..77..629R . doi : 10.1119/1.3119150 . ISSN 0002-9505 . S2CID 46304837 .
- ↑ "تعليمات شفرة المصدر لـ PhET" .
- ^ سيسكير، زد سي؛ مجدال، P .؛ ويدنر، C .؛ أنوبام، أ.؛ كيس، ن؛ ديفيس، ن.؛ ديكارولي، C .؛ إركان، ه؛ فوتي، سي. جورا، ص. يانكيويتش، ك.؛ لا كور، ر. مالو، جي واي؛ مانيسكالكو، S .؛ نعيمي، أ.؛ نيتا، ل.؛ بارفين، ن.؛ سكافيريموتو، F.؛ شيرسون، ج.ف. سورير، إي. ووتون، جي آر؛ نعم، ل. زابيلو، O .؛ تشيوفالو، م. (2022). “الألعاب الكمومية والأدوات التفاعلية للتواصل والتعليم في مجال تقنيات الكم”. الهندسة البصرية . 61 (8): 081809–1–081809–38. أرخايف : 2202.07756 . Bibcode : 2022OptEn..61h1809S . doi : 10.1117/1.OE.61.8.081809 .
- ↑ ويمَن، كارل؛ بيركنز، كاثرين ؛ آدامز، ويندي (28 أكتوبر 2007). "محاضرة ميدالية أورستد 2007: المحاكاة التفاعلية لتدريس الفيزياء: ما ينجح، وما لا ينجح، ولماذا" (ملف PDF) . المجلة الأمريكية للفيزياء . 76 (4 و5): 393-399 . doi : 10.1119/1.2815365 . S2CID 30005032 .
- 1 2 ليون هسو وآخرون (2007). "نشر وتحكيم الأوراق البحثية في بحوث تعليم الفيزياء". مؤتمر بحوث تعليم الفيزياء 951: 3-6.
- تعليم الفيزياء
- البحث التربوي