งานวิจัย


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



PhET ทำงานวิจัยทั้งใน การออกแบบ และ การใช้งาน สถานการณ์จำลองแบบมีปฏิสัมพันธ์เพื่อนำไปสู่การสร้างความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ที่ดีขึ้น
  1. คุณลักษณะอะไรของสถานการณ์จำลองนี้ที่ส่งผลต่อการเรียนรู้ที่มีประสิทธิภาพของผู้เรียน และ ต้องทำอย่างไร
  2. ผู้เรียนถูกทำให้ยึดติดและมีปฏิสัมพันธ์อย่างไรกับสถานการณ์จำลองเพื่อการเรียนรู้ของตนเอง และสิ่งใดที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการเรียนรู้ด้วยสถานการณ์จำลองฯ ดังล่าว
  3. ควรใข้เมื่อไหร่, ควรใช้อย่างไร, และเหตุใดสถานการณ์จำลองนี้ถึงมีประสิทธิภาพต่อการเรียนรู้ของผู้เรียนในสิ่งแวดล้อมการเรียนรู้ที่แตกต่างกันไป
การออกแบบสถานการณ์จำลองของ PhET นั้นใช้หลักการวิจัยเกี่ยวกับว่าผู้เรียนเรียนรู้อย่างไรเป็นฐาน(Bransford et al., 2000) และการสัมภาษณ์หลังการทดลองใช้ (ดูได้ที่ กระบวนการออกแบบของ PhET). เราสัมภาษณ์ผู้เรียนเป็นรายบุคคลจำนวน 4-6 ครั้งโดยใช้เทคนิคคิดให้ดัง (think-aloud) ในการพัฒนาสถานการณ์จำลองแต่ละอัน ผลลัพธ์ที่ได้จากการสัมภาษณ์เป็นแหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์อย่างมากในการศึกษาเพื่อออกแบบส่วนเชื่อมต่อประสานกับผู้ใช้งานและเพื่อการเรียนรู้ของผู้เรียน ซึ่งหลักการออกแบบ รูปร่างหน้าตาสถานการณ์จำลองของ PhET ถูกอธิบายไว้โดยย่อและมีการอภิปรายไว้อย่างสมบูรณ์ในบทความวิชาการของ Adams et al., 2008

คำตอบที่ได้จากงานวิจัยที่มีต่อคำถามที่มักพบบ่อย

"สถานการณ์จำลองนี้สามารถใช้ในงานการเรียนการสอนแทนการใช้ปฏิบัติการทดลองวิทยาศาสตร์แบบลงมือกระทำจริงได้หรือไม่?"
ผลการศึกษาของพวกเราแสดงให้เห็นว่าสถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์ของ PhET ส่งผลเป็นอย่างดีต่อการเรียนรู้เพื่อสร้างความเข้าใจมโนมติ (Conceptual Understanding) ของผู้เรียน แต่อย่างไรก็ตามการใช้สถานการณ์จำลองฯ ก็ยังไม่สามารถตอบสนองต่อเป้าหมายในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ผ่านปฏิบัติการทดลองได้อย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ทักษะเฉพาะในการจัดกระทำกับอุปกรณ์การทดลองทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น แต่ถึงกระนั้นก็ขึ้นอยู่กับเป้าหมายการเรียนรู้ที่ถูกกำหนดในงานปฏิบัติการทดลองของผู้สอนเอง ซึ่งอาจจะส่งผลอย่างมีประสิทธิภาพต่อการเรียนรู้ของผู้เรียนได้มากกว่าถ้าใช้สถานการณ์จำลองฯ ร่วมกันกับงานปฏิบัติการทดลองแบบลงมือกระทำจริงในชั้นเรียน

"ผู้เรียนสามารถที่จะเรียนรู้อย่างมีประสิทธิภาพจากการใช้สถานการณ์จำลองนี้โดยที่ครูมอบหมายให้ไปทดลองศึกษาด้วยตนเองที่บ้านได้หรือไม่?"
ผู้เรียนส่วนใหญ่ขาดแรงจูงใจภายในที่จะใช้เวลากับการลงมือเล่นสถานการณ์วิทยาศาสตร์จำลองบนคอมพิวเตอร์เพื่อเรียนรู้ (จริงๆ แล้วมันสนุก แต่ก็เป็นลักษณะความสนุกอย่างเป็นทางการเกินไปสำหรับวัยพวกเขา) ทั้งๆ สถานการณ์จำลองฯ สามารถ ส่งผลโดยตรง ต่อการได้มาซึ่งผลการเรียนที่ดีของพวกเรา นี่คือเหตุผลส่วนหนึ่งที่ทำไมพวกเราต้องดำเนินการศึกษาหาแนวทางที่ดีที่สุดในการใช้สถานการณ์จำลองฯ เพื่อการเป็นการบ้านสำหรับการเรียนรู้ของผู้เรียน

"ควรจะใช้สถานการณ์จำลองเพื่อประกอบการเรียนการสอนในรายวิชาอย่างไรดีที่จะส่งผลต่อการเรียนรู้วิทยาศาสตร์อย่างสูงสุดของผู้เรียน?"
พวกเราทำการศึกษาและพบว่าสถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์ของ PhET มีประสิทธิภาพต่อการจัดการเรียนรู้แบบบรรยาย, แบบกิจกรรมในชั้นเรียน, แบบปฏิบัติการทดลอง, และแบบเป็นการบ้าน นอกจากนั้นสถานการณ์จำลองฯ ถูกออกแบบโดยลดการนำเสนอในลักษณะที่เป็นตัวอักษรให้น้อย ดังนั้นผู้สอนสามารถที่จะนำไปใช้บูรณาการร่วมเพื่องานปฏิบัติการสอนในชั้นเรียนได้โดยง่าย

ความสนใจปัจจุบันของพวกเรา:

ใช้การอุปมาอุปไมยเพื่อนำไปสู่การสร้างความเข้าใจ: ผู้เรียนใช้วิธีการเปรียบเทียบแบบอุปมาอุปไมยในสถานการณ์จำลองฯ เพื่อสร้างสัมผัสในปรากฏการณ์รอบตัวที่ไม่คุ้นเคย สิ่งแสดงแทนความรู้ (Representation) ดำเนินบทบาทสำคัญในการเปรียบเทียบแบบอุปมาอุปไมยสำหรับการเรียนรู้ของผู้เรียน

สถานการณ์จำลองเป็นเครื่องมือเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงบรรทัดฐานของชั้นเรียน: สถานการณ์จำลองฯ ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของบรรทัดฐานเชิงวัฒนธรรมและสังคมของวิทยาศาสตร์ แต่ก็สามารถถูกใช้เพื่อก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบรรทัดฐานแบบดั้งเดิมในชั้นเรียนเพื่อการสร้างการยึดติดเข้าสู่กระบวนการเรียนรู้สำหรับผู้เรียน

ลักษณะจำเพาะของสถานการณ์จำลองซึ่งเสริมสร้างการเรียนรู้และยึดติดให้เข้าสู่การสำรวจค้นหา: หลักการออกแบบของเราคือระบุคุณลักษณะหลักของสถานการณ์จำลองฯ ที่ส่งผลต่อการทำให้ผู้เรียนได้ยึดติดกับการสำรวจค้นหา ปัจจุบันเราวางแผนที่จะศึกษาลึกลงไปในรายละเอียดเกี่ยวกับว่าลักษณะจำเพาะแต่ละอันนั้นส่งผลต่อความเข้าใจของผู้เรียนอย่างไร

การบูรณาการสถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์ร่วมเข้าสู่การเป็นการบ้านของนักเรียน: สถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์มีลักษณะพิเศษอย่างจำเพาะที่ไม่สามารถพบได้ในเครื่องมือเพื่อการเรียนรู้ชนิดอื่นๆ (การเป็นปฏิสัมพันธ์, แอนิเมชัน, การสะท้อนผลกลับอย่างมีพลวัตร, เอื้อต่อการสร้างเส้นทางสำรวจตรวจสอบ)

ประสิทธิภาพของสถานการณ์จำลองทางเคมีบนคอมพิวเตอร์: พวกเราเพิ่งเริ่มต้นการสำรวจเพื่อหาลักษณะและวิธีการใช้สถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์เพื่อให้เป็นเครื่องมือสำหรับการเรียนรู้ที่มีประสิทธิภาพ

ผลงานการตีพิมพ์และผลงานการนำเสนอ

ลักษณะสำคัญในการใช้สถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์เพื่อส่งเสริมประสิทธิภาพการจัดการเรียนรู้

ผลงานวิจัยที่เป็นบริบทการใช้ในชั้นเรียน

เกี่ยวกับสถานการณ์จำลองบนคอมพิวเตอร์ของ PhET

การรับรู้เกี่ยวกับการเรียนรู้ของนักเรียน

ผลงานอื่นๆ โดยนักวิจัยของ PhET

งานวิจัยเกี่ยวกับสถานการณ์จำลอง PhET โดยนักวิจัยภายนอก

  • 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 contribution 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.