Nghiên cứu


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



PhET tiến hành nghiên cứu trên cả hai phương diện, thiết kếsử dụng các Mô phỏng tương tác để có thể hiểu sâu hơn:
  1. Đặc tính nào đã làm cho các Mô phỏng trở nên hữu hiệu cho việc học
  2. Trong khi học, Học sinh đã tham gia, tương tác với các Mô phỏng này như thế nào và điều gì đã ảnh hưởng đến quá trình này
  3. Khi nào, bằng cách nào và tại sao các Mô phỏng này tỏ ra hữu hiệu trong các môi trường học tập khác nhau
Nguyên lý thiết kế các mô phỏng PhET dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động học tập của học sinh (Bransford và cộng sự, 2000) và các cuộc phỏng vấn về các mô phỏng của chúng tôi (xem Quá trình thiết kế PhET). Mỗi mô phỏng sẽ có từ bốn đến sáu cuộc phỏng vấn kiểu "thật lòng" với từng học sinh. Những cuộc phỏng vấn này đem lại nguồn dữ liệu phong phú cho việc nghiên cứu thiết kế giao diện và hoạt động học tập của học sinh. Phần PhET nhìn và cảm nhận mô tả ngắn gọn các nguyên lý thiết kế giao diện của chúng tôi và các thảo luận đầy đủ có trong hồ sơ của Adams và cộng sự, 2008.

Trả lời cho các câu hỏi thường gặp:

"Các Mô phỏng PhET có thể thay thế cho các thiết bị thí nghiệm thật không?"
Theo sự nghiên cứu của chúng tôi thì các Mô phỏng tỏ ra hữu hiệu nhất khi dùng để tìm hiểu các khái niệm; tuy vậy, có trường hợp các Mô phỏng không giúp ta đạt được các mục tiêu của bài thực hành thí nghiệm, thí dụ như các kĩ năng đặc biệt liên quan đến việc sử dụng thiết bị. Tuỳ theo mục tiêu của bài thực hành thí nghiệm, bạn có thể chỉ sử dụng Mô phỏng hay kết hợp Mô phỏng với các thiết bị thật, thì sẽ hiệu quả hơn.

"Nếu chỉ yêu cầu học sinh về nhà và chơi với các Mô phỏng thì học sinh có chịu học không?"
Phần lớn học sinh sẽ không có nhu cầu bỏ thời gian để vui chơi với các Mô phỏng trừ phi có sự động viên trực tiếp bằng sự đánh giá cụ thể. Đây là một trong những lý do khiến chúng tôi cố gắng kết hợp Mô phỏng chung với bài tập.

"Sử dụng các Mô phỏng PhET ở nơi nào trong bài học là tốt nhất?"
Chúng tôi nhận thấy các Mô phỏng tỏ ra rất hữu hiệu trong bài giảng, hoạt động trong lớp, bài thực hành thí nghiệm và bài tập ở nhà. Các Mô phỏng được thiết kế có rất ít văn bản để có thể dễ dàng tích hợp vào bài học.

Hiện nay, điều mà chúng tôi quan tâm là:

Xây dựng sự hiểu biết dựa trên sự tương tự: Học sinh sử dụng tính chất tương tự trong các Mô phỏng để tìm hiểu các hiện tượng chưa quen biết. Trong việc sử dụng tính chất tương tự, Sự biểu diễn sẽ đóng vai trò then chốt.

Mô phỏng là công cụ làm thay đổi các chuẩn mực của lớp học: Các chuẩn mực văn hoá-xã hội của khoa học sẽ định hình cho các Mô phỏng, nhưng các Mô phỏng cũng có thể được dùng để thay đổi các chuẩn mực truyền thống về vai trò của học sinh trong lớp học

Các Mô phỏng chứa nhiều tính chất giúp đẩy mạnh quá trình học tập và khám phá của học sinh: Các nguyên lý thiết kế của chúng tôi đã xác định được các đặc trưng then chốt giúp cho các Mô phỏng trở thành các công cụ hữu ích cho việc học tập của học sinh. Hiện nay chúng tôi có ý định nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của các đặc tính này lên sự hiểu biết của học sinh.

Kết hợp Mô phỏng với Bài tập: Các Mô phỏng có các đặc điểm riêng mà trong nhiều công cụ học tập khác không có (tương tác, sinh động, hồi tiếp động, cho phép có nhiều hoạt động khám phá phong phú)

Tính hiệu quả của các Mô phỏng Hoá học: Chúng tôi chỉ mới bắt đầu nghiên cứu về tính hiệu quả của các Mô phỏng hoá học trong việc học tập.

Các bài báo, thuyết trình

Các bài quan trọng liên quan đến việc thiết kế các Mô phỏng có tính hiệu quả (chủ yếu là thông tin từ các cuộc phỏng vấn)

Các bài nghiên cứu về việc sử dụng các Mô phỏng trong lớp

Thông tin về các Mô phỏng PhET

Nhận thức của học sinh về việc học

Công trình của các nhà nghiên cứu PhET

Công trình của các nhà nghiên cứu bên ngoài về mô phỏng PhET

  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.