پژوهش

PhET برای درک بهتر تحقیقی روی طراحی و کاربرد شبیه سازی های تعاملی انجام داده است:

کدام ویژگی ها این ابزارها را برای آموزش موثر ساخته و چرا
دانش آموزان چگونه با این ابزارها کارکرده و تعامل می کنند و چه عواملی بر این فرآیند تاثیر می گذارند
چه وقت، چگونه و چرا این ابزارها در محیط های آموزشی متفاوت موثرند

اصول طراحی شبیه سازی های PhET بر اساس تحقیق انجام شده روی چگونگی درک دانش آموزان و برگرفته از نتایج برآمده از کاربران شبیه سازی های ماست. بین 4 تا 6 مورد تحقیق در مورد هر شبیه سازی انجام شده است که منبع اطلاعاتی مهمی در مورد طراحی و جنبه آموزشی آنها به شمار می رود.

Bransford, J.D., Brown, A. L. And Cocking, R. R. (2000). How People Learn, Brain, Mind, Experience, and School. Washington, D.C.: National Academy Press

پاسخ تحقیقات به سوالهای متداول:

"آیا شبیه سازی های PhET می توانند جایگزین ابزارهای واقعی در آزمایشگاه بشوند؟"

تحقیقات ما نشان داده اند که شبیه سازی های PhET در درک مفاهیم موثرتر هستند. گرچه که بسیاری از اهدافی که شبیه سازی های دیگر دنبال می کنند برای ما چندان مهم نیستند. برای مثال، مهارت های بخصوصی که مربوط به کاربری تجهیزات است. بسته به اهداف آزمایشگاه شما، ممکن است مفیدتر باشد که یک یا چند شبیه سازی یا ابزار واقعی را به کار ببرید.

"آیا اگر تنها با دانش آموزان بگوییم به خانه بروید و با شبیه سازی ها بازی کنید آنها چیزی فرا می گیرند؟"

اغلب دانش آموزان به خودی خود اشتیاق کافی برای کار کردن با شبیه سازی ها ندارند (گرچه آنها سرگرم کننده هستند اما نه به اندازه کافی) باید لزوما انگیزه ای مثل گرفتن نمره پشت سر آن باشد. این یکی از دلایلی است که پروژه بهترین شیوه های ترکیب شبیه سازی ها با تکالیف را پیگیری می کنیم.

"بهترین زمان برای استفاده از شبیه سازی های PhET در طول تدریس چه زمانی است؟"

به این نتیجه رسیده ایم که شبیه سازی های PhET در تدریس، فعالیت کلاسی، آزمایشگاه و همچنین به عنوان تکلیف درسی بسیار مفید هستند. در طراحی آنها متون کمی به کار رفته تا در هر بخشی از آموزش قابل استفاده باشند.

مهمترین بخشهای مورد علاقه ما:

استفاده از قیاس برای درک مفهوم: دانش آموزان از تشابهات شبیه سازی ها برای درک مفاهیم نا آشنا استفاده می کنند. تصاویر برای دانش آموزان نقش کلیدی در درک تشابهات دارند.

شبیه سازی ها به عنوان ابزاری برای تغییر دادن جو کلاس: شبیه سازی ها بر اساس استاندارد اجتماعی-فرهنگی علم شکل گرفته اند، اما برای تغییر شیوه های قدیمی واردکردن دانش آموزان در جو آموزشی کلاس نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

ویژگی های خاص شبیه سازی ها که یادگیری و کشف مفاهیم از طریق ارتباط مستقیم را ترویج می کنند: اساس طراحی های ما ویژگی های کلیدی شبیه سازی ها را شناسایی می کند و از آنها ابزارهای مفیدی برای درگیر کردن دانش آموزان در بخش آموزش به دست می دهد.

ترکیب شبیه سازی ها با تکلیف مدرسه: شبیه سازی ها ویژگی های منحصر به فردی دارند که در اغلب ابزارهای کمک آموزشی وجودندارند.(تعامل، انیمیشن، بازخورد دینامیکی، کشف مفاهیم)

تاثیر شبیه سازی های علم شیمی: به تازگی شروع به تحقیق در مورد چرایی و چگونگی تاثیر شبیه سازی ها به عنوان ابزارهای آموزشی کرده ایم.

کتب و مقالات

خصوصیات مهم در طراحی موثر شبیه سازی (بیشتر اطلاعات گردآوری شده می باشند)

Factors promoting engaged exploration with computer simulations , N. S. Podolefsky, K. K. Perkins, and W. K. Adams, Phys. Rev. ST Phys. Educ., Res. 6, 020117, 2010.
Computer simulations to classrooms: tools for change , N. S. Podolefsky, K. K. Perkins and W. K. Adams, 2009 Physics Education Research - Conference Proceedings. AIP Press, in review , 2010.
Student Choices when Learning with Computer Simulations , N. S. Podolefsky, K. K. Perkins and W. K. Adams, 2009 Physics Education Research - Conference Proceedings. AIP Press, in review , 2010.
What Levels of Guidance Promote Engaged Exploration with Interactive Simulations? , W. K. Adams, A. Paulson and C. E. Wieman, PERC Proceedings, 2009.
How does the type of guidance student use of an interactive simulation? , A. Paulson, K. Perkins, and W. Adams, Phys. Rev.ST Phys. Educ. Res., in review, 2009.
A Study of Educational Simulations Part I - Engagement and Learning , W. K. Adams, S. Reid, R. LeMaster, S. B. McKagan, K. K. Perkins, M. Dubson and C. E. Wieman , Journal of Interactive Learning Research, 19(3), 397-419 , July 2008.
A Study of Educational Simulations Part II - Interface Design , W. K. Adams, S. Reid, R. LeMaster, S. B. McKagan, K. K. Perkins, M. Dubson and C. E. Wieman, Journal of Interactive Learning Research, 19(4), 551-577 , October 2008.
Developing and Researching PhET simulations for Teaching Quantum Mechanics , S. B. McKagan, K. K. Perkins, M. Dubson, C. Malley, S. Reid, R. LeMaster, and C. E. Wieman, American Journal of Physics, 76, 406 , May 2008.
Research-Based Design Features of Web-based Simulations , W. K. Adams, N. D. Finkelstein, S. Reid, M. Dubson, N. Podolefsky, C. E. Wieman, R. LeMaster, Talk presented at AAPT Summer Meeting, 2004.

تحقیقات بر روی استفاده در کلاس درس

Teaching Physics using PhET Simulations , C. Wieman, W. Adams, P. Loeblein, and K. Perkins, The Physics Teacher, in press, 2010.
A Research-Based Curriculum for Teaching the Photoelectric Effect , S. B. McKagan, W. Handley, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, American Journal of Physics, 77, 87, January 2009.
High-Tech Tools for Teaching Physics: the Physics Education Technology Project , N. D. Finkelstein, W. K. Adams, C. K. Kller, k. K. Perkins, C. E. Wieman and the PhET Team, Journal of Online Teaching and Learning, September 2006.
Assessing the Effectiveness of a Computer Simulation in Introductory Undergraduate Environments , C. J. Keller, N. D. Finkelstein, K. K. Perkins, and S. J. Pollock, PERC Proceedings, 2006.
When learning about the real world is better done virtually: a study of substituting computer simulations for laboratory equipment , N.D. Finkelstein, W. K. Adams, C. J. Keller, P. B. Kohl, K. K Perkins, N. S. Podolefsky, S. Reid, R. LeMaster , Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res. 1, 010103, 2005.
Assessing the effectiveness of a computer simulation in conjunction with Tutorials in Introductory Physics in undergraduate physics recitations , C. J. Keller, N.D. Finkelstein, K. K. Perkins, and S. J. Pollock, PERC Proceedings, 2005.
Incorporating Simulations in the Classroom - A survey of Research Results from the Physics Education Technology Project , K. K. Perkins, W. K. Adams, N. D. Finkelstein, M. Dubson, S. Reid, R. LeMaster and C. E. Wieman, Talk presented at AAPT Summer Meeting, 2004.
Can Computer Simulations Replace Real Equipment in Undergraduate Laboratories? , N. D. Finkelstein, K. K. Perkins, W. Adams, P. Kohl, and N. Podolefsky, PERC Proceedings, 2004.

درمورد شبیه سازی های PhET

An interactive optical tweezer simulation for science education , T. T. Perkins, C. V. Malley, M. Dubson, and K. K. Perkins , Proc. of SPIE Vol. 7762, 776215, 2010.
Making Science Simulations and Websites Easily Translatable and Available Worldwide: Challenges and Solutions , W. K. Adams, H. Alhadlaq, C. V. Malley, K. K. Perkins, J. B. Olson, F. Alshaya, S. Alabdulkareem, and C. E. Wieman , Journal of Science Education and Technology, accepted, 2010.
Laptops and Diesel Generators: Introducing PhET Simulations to Teachers in Uganda , Sam McKagan, The Physics Teacher, 48, 63-66, January 2010.
Student Engagement and Learning with PhET Interactive Simulations , W. K. Adams, Multimedia in Physics Teaching and Learning Proceedings, 2010.
Making On-Line Science Course Materials Easily Translatable and Accessible WorldWide: Challenges and Solutions , W. K. Adams, H. Alhadlaq, C. V. Malley, K. K. Perkins, J. B. Olson, F Alshaya, S. Alabdulkareem, C. E. Wieman , Multimedia in Physics Teaching and Learning Proceedings, 2009.
Making On-Line Science Course Materials Easily Translatable and Accessible Worldwide: Technical Concerns , C. V. Malley, J. B. Olson, Multimedia in Physics Teaching and Learning Proceedings, 2009.
PhET: Simulations That Enhance Learning , C.E. Wieman, W.K. Adams, K.K. Perkins, Science, 322/682-683 , October 2008.
Oersted Medal Lecture 2007: Interactive simulations for teaching physics: What works, what doesn't, and why , C.E. Wieman, K.K. Perkins, W.K. Adams, American Journal of Physics, 76, 393 , May 2008.
PhET: Interactive Simulations for Teaching and Learning Physics , Katherine Perkins, Wendy Adams, Michael Dubson, Noah Finkelstein, Sam Reid, Carl Wieman, Ron LeMaster , The Physics Teacher, 44(1), 18 , 2006.
A Powerful Tool For Teaching Science , C. E. Wieman and K. K. Perkins, Nature Physics, p. 290-292 , May 2006.
Transforming Physics Education , C. E. Wieman and K. K. Perkins, Physics Today, November 2005. (pdf)
Free On-line Resource Connects Real-life Phenomena to Science , K. K. Perkins and C. E. Wieman, Physics Education, p. 93-95, January 2005.
The Physics Education Technology Project: A New Suite of Physics Simulations , K. K. Perkins, W. K. Adams, N. Finkelstein, R. LeMaster, S. Reid, M. Dubson, N. Podolefsky, K. Beck and C. Wieman, Poster Presented at AAPT Summer Meeting, 2004.
Should a Fortran-savvy educator learn Java, Flash, both, or neither? , M. Dubson, Talk presented at AAPT Summer Meeting, 2004.

پیش فرض دانش آموزان در مورد آموزش

Students know what physicists believe, but they don't agree: A study using the CLASS survey , Kara E. Gray, Wendy K. Adams, Carl E. Wieman, and Katherine K. Perkins, Physical Review Special Topics, November 2008.
A deeper look at student learning of quantum mechanics: the case of tunneling , S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, Physical Review Special Topics: PER, 4, 020103 , October 2008.
Why we should teach the Bohr model and how to teach it effectively , S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, Physical Review Special Topics: PER, 4, 010103 , March 2008.
Reforming a large lecture modern physics course for engineering majors using a PER-based design , S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, Proceedings of the Physics Education Research Conference 2006, 2007.
A new instrument for measuring student beliefs about physics and learning physics: the Colorado Learning Attitudes about Science Survey , W. K. Adams, K. K. Perkins, N. Podolefsky, M. Dubson, N. D. Finkelstein and C. E. Wieman, Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res. 2, 010101, 2006.
Exploring Student Understanding of Energy through the Quantum Mechanics Conceptual Survey , S. B. McKagan and C. E. Wieman, PERC Proceedings 2005, 2006.
Towards characterizing the relationship between students' interest in and their beliefs about physics , K.K. Perkins, M.M. Gratny, W.K. Adams, N.D. Finkelstein and C.E. Wieman, PERC Proceedings, 2005.
The surprising impact of seat location on student performance , K. K. Perkins and C. E. Wieman, The Physics Teacher, 43, p. 30-33 , 2005.
Minimize Your Mistakes by Learning from Those of Others , C. E. Wieman, The Physics Teacher, 43, 252-253 , 2005.
The Design and Validation of the Colorado Learning Attitudes about Science Survey , W. K. Adams, K. K. Perkins, M. Dubson, N. D. Finkelstein and C. E. Wieman, PERC Proceedings, 2004.
Correlating Student Beliefs With Student Learning Using The Colorado Learning Attitudes about Science Survey , K. K. Perkins, W. K. Adams, N. D. Finkelstein, S. J. Pollock, and C. E. Wieman, PERC Proceedings, 2004.