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.

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:

1. 1. کمبود امکانات، ابزار و وسایل آزمایشگاهی

1. 1. بی توجهی معلمان، مدیران و مسئولان نسبت به انجام آزمایش

۳٫هزینه بردار بودن برخی آزمایش ها

4. عدم امکان نمایش نتایج برخی آزمایش ها