연구


PhET: 연구와 개발
PhET 시뮬레이션이 어떻게 설계되었는지, 그리고 학습 촉진을 위해 시뮬레이션을 가장 잘 정제하는 연구 과정



PhET에서는 대화형 시뮬레이션에 관한 디자인과 사용의 이해 증진을 위해 다음의 연구를 수행한다.
  1. 어떤 특성이 이 도구들의 학습 효과를 높이며, 그 이유는 무엇인가?
  2. 학습을 위해 학생들은 이 도구들을 어떻게 사용하고 상호작용을 하며, 무엇이 이 과정에 영향을 끼치는가?
  3. 다양한 학습 환경에서 이 도구들이 언제, 어떻게 그리고 왜 효과적인가?
PhET 시뮬레이션 설계의 원리는 학생들의 학습에 대한 연구와 (Bransford et al., 2000) 시뮬레이션 인터뷰를 기반으로 설정되었다. PhET 설계과정 참고). 이 인터뷰는 인터페이스 디자인과 학생 학습을 공부하기위한 풍부한 데이터 소스를 제공합니다. <1}>PhET 룩 앤 필 은 인터페이스 디자인 원칙을 간략하게 설명하고 있으며, Adams et al., 2008 논문에서 완전한 토론을 발견할 수 있습니다.

연구는 다음과 같은 공통적 질문에 답을 제공해준다:

"PhET 시뮬레이션이 실제의 실험을 대체할 수 있는가?"
우리의 연구에 의하면 PhET 시뮬레이션이 개념을 이해시키는 경우에는 더 효과적이다. 그러나 시뮬레이션만으로는 달성하기 어려운 다양한 실험목표들이 있다. 실험기구와 관련된 특정 기능의 습득이 그러한 예이다. 실험의 목표에 따라 시뮬레이션만을 사용하는 것이 더 효과적일 수 있으나 시뮬레이션과 실제실험을 병행하는 것이 효과적인 경우도 있고 실제실험이 더 효과적인 경우도 있다.

"학생들에게 집에가서 시뮬레이션을 사용해보도록 하는 것만으로 학생들의 학습이 이루어지는가?"
대다수의 학생들은 자신의 성적과 같은 직접적인 동기 요인이 아니고는 과학 시뮬레이션 학습에 스스로 시간을 투입하는데 필요한 동인을 가지고 있지 않다.(시뮬레이션은 재미가 있기는 하지만 매우 재미있지는 않다) 이것이 이 프로젝트에서 어떻게 시뮬레이션을 숙제와 통합할 수 있는가에 대한 연구를 수행하는 이유 중의 하나이다.

"내 수업 중 시뮬레이션을 가장 잘 활용할 수 있는 곳은 어디인가?"
PhET 시뮬레이션은 강의, 학급내의 활동, 실험 및 숙제에 효과적임이 밝혀졌다. PhET 시뮬레이션은 최소한의 텍스트로 구성되어 있어 수업의 어느 부분과도 쉽게 통합이 가능하다.

PhET 팀의 당면 관심사는 다음과 같다.

이해의 형성을 위한 유추의 사용: PhET시뮬레이션의 사용 중 학생들은 친숙하지 아니한 현상을 파악하기 위해 유추를 활용한다. 학생들의 유추사용에서는 표상이 중요한 역할을 담당한다.

수업의 표준을 바꾸는 도구로써의 시뮬레이션: PhET시뮬레이션은 과학의 사회-문화적 규준에 의해 형성되었으나, 학생들이 교실에서 어떻게 학습에 참여하는지에 관한 전통적 표준을 바꾸는 데에도 사용이 가능하다.

학습과 탐구 참여를 증진시키는 시뮬레이션의 특성: PhET 디자인 원리는 시뮬레이션이 학생학습의 효과적인 도구가 되게 하는 특성을 확인하였으며, 앞으로 이 특성들이 어떻게 학생들의 이해에 영향을 끼치는지를 자세히 연구하고자 한다.

시뮬레이션과 숙제의 통합: 시뮬레이션은 대부분의 학습 도구들에는 없는 독특한 특성들을 갖고 있다.(상호작용, 애니메이션, 다이나믹한 피드백, 생산적 탐구의 허용)

화학 시뮬레이션의 효과: 우리는 화학 시뮬레이션이 어디에 또 어떻게 학습에 효과적인 도구가 되는지에 관한 연구를 막 시작하였다.

출판물과 발표자료

효과적인 시뮬레이션 디자인의 주요 특성 (주로 인터뷰 자료)

수업 중 사용에 관한 연구

PhET 시뮬레이션 소개

학생들의 학습에 대한 인식

연구에 의한 다른 작업

PhET에 대한 외부 연구자들의 출판물

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  • The learning effects of computer simulations in science education, Rutten, N., van Joolingen, W. R., & van der Veen, J. T., Computers & Education, 58(1), 136–153, 2012.
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NARST
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  • Teachers’ beliefs and their intention to use interactive simulations in their classrooms, Kriek, J. and Stols, G., South African Journal of Education 30 pp. 439 - 456, 2010.
  • Spatial Learning and Computer Simulations in Science, Lindgren, R., & Schwartz, D. L., International Journal of Science Education, 31(3), 419–438, 2009.
  • Student perspectives on learning physics and their relationship with learning force and motion concepts: A study using Q methodology, Ramlo, S., Human Subjectivity, 2, pp 73-90, 2008.
  • Pengembangan Lembar Kerja Siswa Berbasis Inkuiri Melalui Media Virtual PhET Untuk Melatihkan Keterampilan Berpikir Kritis Siswa Pada Materi Pemanasan Global, K. Rohmah, Rachmadiarti F. & Setiawan B., Universitas Negeri Surabaya (Indonesian).
  • Kerja laboratorium Melalui Phet untuk meremediasi miskonsepsi siswa kelas VIII SMP Negeri 1 Sungai Raya pada materi Hukum Archimedes, Diar Dwi Winarto, Tanjungpura University (Indonesian).
  • Scientific Inquiry in Mathematics: A Case of Implementing Scientific Simulations for Analyzing Problems on Motion., Sokolowski, A..
  • Teachers using interactive simulations to scaffold inquiry instruction in physical science education, Geelan, D.R. & Fan, X., In J. Gilbert and B. Eilam (Eds.) Science Teachers' Use of Visual Representations. Dordrecht: Springer..
  • Action Research Paper for Master's in Interdisciplinary Studies at University of Northern Colorado: The Effect of Computer Simulations on Learning High School Physics, K. Bibbey.
  • Impact of Electronic Simulations on students’ learning in Lebanese 10th Grade Electricity Courses. (Ph.d research), F. Yehya.
  • Evaluating a Novel Instructional Sequence for Conceptual Development in Physics Using Interactive Simulations, Fan, X., Geelan, D. & Gillies, R., Submitted to the International Journal of Science Education, Under Review.