Έρευνα


PhET: Research and Development: How PhET simulations are designed, and the research process of refining the simulations to best promote learning.



Το PhET διεξάγει έρευνα τόσο για τη σχεδίαση όσο και για τη χρήση των διαδραστικών προσομοιώσεων, προκειμένου να πετύχει καλύτερα αποτελέσματα:
  1. Ποια χαρακτηριστικά καθιστούν αυτά τα εργαλεία αποτελεσματικά για τη μάθηση και γιατί;
  2. Πώς εμπλέκονται και αλληλεπιδρούν με αυτά τα εργαλεία για να μάθουν και ποιες επιδράσεις έχει αυτή η διαδικασία;
  3. Πότε, πώς και γιατί αυτά τα εργαλεία είναι αποτελεσματικά σε μια ποικιλία μαθησιακών περιβαλλόντων;
Οι αρχές σχεδίασης των προσομοιώσεων του PhET βασίζονται στις έρευνες σχετικά με τον τρόπ που οι μαθητές μαθαίνουν (Bransford et al., 2000) και στις συνεντεύξεις μας για τις προσομοιώσεις (see PhET Design Process). Για κάθε προομοίωση έγιναν από τέσσερεις έως έξι συνεντεύξεις του τύπου "σκέφτομαι μεγαλόφωνα", με διαφορετικούς μαθητές. Οι αυνεντεύξεις αυτές αποτελούν μια πλούσια πηγή δεδομένων για την μελέτη της σχέσης της σχεδίασης του περιβάλλοντος διεπαφής και της μάθησης των μαθητών. Το PhET Look and Feel, περιγράφει συνοπτικά τις σχεδιαστικές αρχές μας για το περιβάλλον διεπαφής και μια ολοκληρωμένη συζήτηση μπορεί να βρεθεί στα δυο άρθρα των Adams et al., 2008.

Απαντήσεις σε συνήθη ερωτήματα:

"Οι προσομοιώσεις του PhET μπορούν να αντικαταστήσουν ένα πραγματικό εργαστήριο;"
Οι μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι τώρα, δείχνουν ότι οι προσομοιώσεις του PhET είναι περισσότερο αποτελεσματικές για την εννοιολογική κατανόηση. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί ακόμη στόχοι τους οποίους δεν μπορούν να εξυπηρετήσουν οι προσομοιώσεις. Για παράδειγμα, ειδικές ικανότητες σχετικές με τη λειτουργικότητα του εξοπλισμού. Ανάλογα με τους στόχους σας, μπορεί να είναι περισσότερο αποτελεσματική η χρήση μόνο προσομοιώσεων, ή ενός συνδυασμού προσομοιώσεων και πραγματικού εξοπλισμού.

"Μαθαίνουν οι μαθητές αν απλά τους πούμε πηγαίνετε σπίτι και παίξτε με μια προσομοίωση;"
Πολλοί μαθητές δεν καταβάλλουν την ανάλογη προσπάθεια για να παίξουν με μια επιστημονική προσομοίωση, εκτός και αν υπάρχει ένα άμεσο κίνητρο, όπως η βαθμολογία. Αυτός είναι ένας λόγος που μας προτρέπει να προσανατολίσουμε το έργο στην καλύτερη ενσωμάτωσή του στο πλαίσιο των κατ' οίκων εργασιών.

"Πού και πότε είναι καλύτερα να χρησιμοποιήσω προσομοιώσεις PhET;"
Έχει παρατηρηθεί ότι οι προσομοιώσεις του PhET είναι πολύ αποτελεσματικές στις διαλέξεις, στις δραστηριότητες που γίνονται μέσα στην τάξη, στο εργαστήριο ή στις κατ' οίκον εργασίες. Είναι σχεδιασμένες να έχουν λίγο κείμενο, ώστε να μπορούν να ενσωματωθούν σε κάθε μάθημα.

Τα άμεσα ενδιαφέροντά μας είναι:

Χρήση αναλογιών για κατανόηση: Οι μαθητές χρησιμοποιούν αναλογίες στις προσομοιώσεις ώστε να αποκτήσουν ειρμό σκέψης και να εξοικειωθούν με μη οικεία φαινόμενα. Οι αναπαραστάσεις διαδραματίζουν καίριο ρόλο στη χρήση των αναλογιών από τους μαθητές.

Οι προσομοιώσεις ως εργαλεία αλλαγής των πρακτικών της τάξης:
Οι προσομοιώσεις σχηματίζονται από τις κοινωνικο-πολιτιστικές πρακτικές της επιστήμης, ωστόσο είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν για να αλλάξουν τις παραδοσιακές πρακτικές και δομές με βάση τις οποίες οι μαθητές εμπλέκονται στη μαθησιακή διαδικασία.

Συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των προσομοιώσεων που προωθούν την ανακαλυπτική μάθηση: Οι αρχές σχεδίασης φανερώνουν ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά των προσομοιώσεων που τις καθιστούν παραγωγικά εργαλεία για την ενεργό συμμετοχή των μαθητών. Επίσης, σχεδιάζουμε να μελετήσουμε με λεπτομέρειες κατά πόσο κάθε χαρακτηριστικό συγκρούεται με την κατανόηση των μαθητών.

Ένταξη των προσομοιώσεων στις κατ' οίκον εργασίες: Οι προσομοιώσεις διαθέτουν μοναδικά χαρακτηριστικά που δεν συναντάμε στα περισσότερα διδακτικα εργαλεία (διαδραστικότητα, κινούμενη απεικόνιση, δυναμική ανατροφοδότηση, επιτρέπει την ανακαλυπτική μάθηση).

Αποτελεσματικότητα των προσομοιώσεων Χημείας: Μόλις ξεκινήσαμε την έρευνα σχετικά με το κατά πόσο οι προσομοιώσεις χημείας μπορεί να είναι αποτελεσματικά μαθησιακά εργαλεία.

Εκδόσεις και Παρουσιάσεις

Σημαντικά χαρακτηριστικά για αποτελεσματική σχεδίαση προσομοιώσεων (δεσπόζοντα δεδομένα των συνεντεύξεων).

Έρευνα για τη χρήση μέσα στην τάξη

Σχετικά με τις προσομοιώσεις του PhET

Αντιλήψεις των μαθητών για τη μαθησιακή διαδικασία

Άλλα έργα από ερευνητές του Phet

Δημοσιεύσεις σχετικές με τις Προσομοιώσεις PhET Από Άλλους Ερευνητές

  • Constructionism and microworlds as part of a 21st century learning activity to impact student engagement and confidence in physics, Wickham, C. M., Girvan, C., & Tangney, B., (2016, Feb). Sipitakiat, A., & Tutiyaphuengprasert, N. (Eds.) Proceedings of Constructionism 2016. Paper presented at Constructionism 2016, Bangkok Thailand (34-41).
  • Effectiveness of an inquiry-based learning using interactive simulations for enhancing students’ conceptual understanding in physics , Fan, Xinxin, (2015). PhD Thesis, School of Education, The University of Queensland.
  • Use of physics simulations in whole class and small group settings: Comparative case studies, A.L. Stephens & J.J. Clement , Computers & Education 86, 137-156, 2015.
  • Balancing Act: Do Preservice Teachers in an Integrated Mathematics/Science Course Categorize a Levers Problem as Mathematics or Science?, P. Cormas, Annual meeting of the Association for Science Teacher Education (ASTE), San Antonio, January, 2014.
  • Investigating the Relationship Between the Substance Metaphor for Energy and Its Proposed Affordances and Limitations, L. M. Goodhew and A. D. Robertson, in preparation for 2014 Physics Education Research Conference Proceedings, edited by P. V. Englehardt, A. D. Churukian, and D. L. Jones (AIP, Minneapolis, MN), 2014.
  • Not a magic bullet: the effect of scaffolding on knowledge and attitudes in online simulations, Roll, I., Briseno, A., Yee, N., & Welsh, A., In J. Polman, E. Kyza, I. Tabak, & K. O’Neill, proceedings of the International Conference of the Learning Sciences. (30%), 2014.
  • Students’ adaptation and transfer of strategies across levels of scaffolding in an exploratory environment, Roll, I., Yee, N., Briseno, A, In proceedings of the International Conference on Intelligent Tutoring Systems. Honolulu, HI, 2014.
  • The impact of computer simulations as interactive demonstration tools on the performance of Grade 11 learners in electromagnetis, Kotoka J and Kriek J., African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education 18(1), 2014.
  • Animation or Simulation: Investigating the Importance of Interactivity for Learning Solubility Equilibria, Akaygun, S. & Jones, L. L., In J. P. Suits & M. J. Sanger, (Eds.) Pedagogic Roles of Animations and Simulations in Chemistry Courses, (pp. 127-159), Washington, DC: Oxford University Press, 2014.
  • How Does Level of Guidance Affect Understanding When Students Use a Dynamic Simulation of Liquid-Vapor Equilibrium?, Akaygun, S. & Jones, L. L., In I. Devetak, & S. A. Glazar, (Eds), Learning with understanding in the chemistry classroom, (pp. 243-263), Dordrecht, The Netherlands: Springer, 2014.
  • Multimodal study of visual problem solving in chemistry with multiple representations, S. Hansen, Dissertation, Teachers College, Columbia University, 2014.
  • Designing online scaffolds for interactive computer simulation, Chen, C.-H., Wu, I.-C., & Jen, F.-L, Interactive Learning Environments, 21(3), 229–243, 2013.
  • Computer simulations and clear observations do not guarantee conceptual understanding, Renken, M. D., & Nunez, N., Learning and Instruction, 23, 10–23, 2013.
  • Applying cognitive developmental psychology to middle school physics learning: The rule assessment method, Hallinen, N. R., Chi, M., Chin, D. B., Prempeh, J., Blair, K. P., & Schwartz, D. L., 1513, 158–161, 2013.
  • “Re-Simulating”: Physics Simulations for Blind Students, Bulbul, M. S., Demirtas, D., Garip, B., & Oktay, O., Presented at the New Perspectives in Science Education., 2013.
  • Electromagnetic Induction, Yochum, H., et.al., Science & Children. 51(2):63-67, 2013.
  • Teacher candidates' knowledge construction with technology, Zhou, G., & Xu, Z., Knowledge construction and multimodal curriculum development (pp.112-127). IGI Global, 2013.
  • Enhancing Students’ Scientific Literacy In Science Education Using Interactive Simulations: A Critical Literature Review, Fan, X. & Geelan, D.R., Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 32(2), 125-171, 2013.
  • Radiation and Atomic Literacy for Nonscientists, Johnson, A, Science 342(6157): 436-437, 2013.
  • Students’ Conceptual Change in Electricity and Magnetism using Simulations: a Comparison of Cognitive Perturbation and Cognitive Conflict, Dega, BG, Kriek J & Mogese, TF, Journal of Research in Science Teaching 50(6)pp.677-698, 2013.
  • Teacher education using computer simulations—pre and in-service primary school teacher training to teach science, Pinto, A., Barbot, A., Viegas, C., Silva, A. A., Santos, C. A., & Lopes, J. B., Learning Science in the Society of Computers, 28–36., 2012.
  • Designing a Web-Based Science Learning Environment for Model-Based Collaborative Inquiry, Sun, D., & Looi, C.-K., Journal of Science Education and Technology, 2012.
  • 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.
  • Adding value to physics education technology simulations. , Kruhlak, R. J., Vanholsbeeck, F., & Coghill, C., 2012.
  • Inquiry-based Lessons and PhET Simulations - A Great Match for Middle School Classrooms, Zimmer, E., Presented at the Society for Information Technology & Teacher Education International Conference 2012: AACE, Chesapeake, VA., 2012.
  • Effectiveness of Computer Simulations in Physics Teaching/Learning, Aklilu, T., LAMBERT Academic Publishing GmbH &Co. KG and licensors, 2012.
  • Effects of Computer Simulations on Undergraduate Science Students Physics Achievement, Aklilu, T., Bereket, G., Melak, M., & Tefaye, G., A stand-alone paper virtually presented at the 2012 Annual international Conference of NARST held on March 25-28/2012 at Indianapolis, Indian, USA, 2012.
  • Integrating Information Technology and Science Education for the Future: A Theoretical Review on the Educational Use of Interactive Simulations, Xinxin Fan & David Geelan, in Proceedings of the 2012 Australian Computers in Education Conference: It's time, Australian Council for Computers in Education, Australia, 2012.
  • Effectiveness of Scientific Visualizations in Year 11 Chemistry and Physics Education, David Geelan, in Proceedings of the 2012 Australian Computers in Education Conference: It's time, Australian Council for Computers in Education, Australia, 2012.
  • The usefulness of log based clustering in a complex simulation environment, Kardan, S., Roll, I., & Conati, C. (to appear), In S. Trausen-Matu & K. Boyer, proceedings of the International Conference on Intelligent Tutoring Systems, 2012.
  • Identifying & Resolving Problematic Student Thinking About Ionizing Radiation, Maidl, R., et al., National Conference on Undergraduate Research, Weber State College, Ogden, UT, UNC Asheville, 2012.
  • Inservice science teachers' views of a professional development workshop and their learning of force and motion concepts, Ramlo, S., Teaching and Teacher Education, 28(7), pp 928-935, 2012.
  • Learning Science Through Computer Games and Simulations., Committee on Science Learning Computer Games, S. A. E., Education, B. O. S., Education, D. O. B. A. S. S. A., National Research Council, National Academies Press, 2011.
  • Science modelling in pre-calculus: how to make mathematics problems contextually meaningful. , Sokolowski, A., Yalvac, B., & Loving, C., International Journal of Mathematical Education in Science and Technology, 42(3), 283–297, 2011.
  • Discussion-based strategies for use of simulations and animations in middle and high school science classrooms, Leibovitch, A., Stephens, L., Price, N., & Clement, J., Proceedings 
of
 the 
NARST
 2011
 Annual 
Meeting, 2011.
  • Effectiveness of Computer Simulations in the Teaching/ Learning of Physics, Aklilu, T., Tilahun T., and Mesfin T., A stand-alone paper presented at the 2011 Annual international Conference of NARST held on April 3-6/2011 Orlando, Florida, USA, 2011.
  • The use of Interactive Computer Simulations with regard to access to Education – a social justice issue, Kaheru, SJM, Mpeta M and Kriek J, Journal of Educational Studies 10(2) pp 89 - 106, 2011.
  • The activity of simulations to the practical work of foundation physics students at the University of Limpopo, Mhlongo, R, Kriek, J and Basson I, Multicultural education and technology journal. 5(4) p 288-302, 2011.
  • Explaining across contrasting cases for deep understanding in science: An example using interactive simulations, Chase, C. C., Shemwell, J. T., & Schwartz, D. L., 2010.
  • In-service science teachers’ views about learning physics after a one week workshop, Ramlo, S. & Nicholas, J., Human Subjectivity, 1, pp 109-120, 2010.
  • 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.
  • Comparison between two active methodologies for learning basic electric circuit’s concepts: demonstrative experiments and interactive simulations, D. Lopez.
  • 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.