آمار

تعداد نشریات13
تعداد شماره‌ها237
تعداد مقالات2,407
تعداد مشاهده مقاله3,922,395
تعداد دریافت فایل اصل مقاله2,845,915
خدادادی آزادبنی, فاطمه, کمالی, جواد. (1403). تاثیر آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول بر اصلاح سوء تفاهم‌ها و کج فهمی‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته. فناوری آموزش, 19(1), 1-26. doi: 10.22061/tej.2024.10084.2982
فاطمه خدادادی آزادبنی; جواد کمالی. "تاثیر آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول بر اصلاح سوء تفاهم‌ها و کج فهمی‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته". فناوری آموزش, 19, 1, 1403, 1-26. doi: 10.22061/tej.2024.10084.2982
خدادادی آزادبنی, فاطمه, کمالی, جواد. (1403). 'تاثیر آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول بر اصلاح سوء تفاهم‌ها و کج فهمی‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته', فناوری آموزش, 19(1), pp. 1-26. doi: 10.22061/tej.2024.10084.2982
خدادادی آزادبنی, فاطمه, کمالی, جواد. تاثیر آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول بر اصلاح سوء تفاهم‌ها و کج فهمی‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته. فناوری آموزش, 1403; 19(1): 1-26. doi: 10.22061/tej.2024.10084.2982

تاثیر آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول بر اصلاح سوء تفاهم‌ها و کج فهمی‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته

فناوری آموزش
مقاله 1، دوره 19، شماره 1 - شماره پیاپی 73، دی 1403، صفحه 1-26    اصل مقاله (1.34 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی-شماره انگلیسی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22061/tej.2024.10084.2982
نویسندگان
فاطمه خدادادی آزادبنی* ؛ جواد کمالی
گروه آموزش فیزیک، دانشگاه فرهنگیان، صندوق پستی889- 14665تهران، ایران
تاریخ دریافت: 11 بهمن 1402،  تاریخ بازنگری: 28 اردیبهشت 1403،  تاریخ پذیرش: 06 خرداد 1403 
چکیده
پیشینه و اهداف: موضوع الکتریسیته اغلب یک مفهوم چالش برانگیز و انتزاعی در فیزیک در نظر گرفته می‌شود. یادگیری مفاهیم علمی غیر شهودی می‌تواند برای دانش آموزان چالش برانگیز باشد، زیرا آنها اغلب تصورات نادرستی در مورد پدیده‌های طبیعی دارند که آنها را به سمت خطا سوق می‌دهد. شناسایی و اصلاح باورهای غلط فیزیک الکتریسیته برای ارتقای یادگیری معنادار و درک مفهومی ضروری است. امروزه استفاده از فناوری در محیط‌های آموزشی یکی از جنبه‌های ضروری آموزش و یادگیری محسوب می‌شود.  استفاده از فناوری مانند نرم‌افزار شبیه‌سازی کامسول می‌تواند به تجسم و درک بهتر این مفاهیم کمک کند. این تحقیق با هدف شناسایی و اصلاح سوء تفاهمات دانش‌آموزان پایه یازدهم در یادگیری مفاهیم الکتریسیته با شبیه‌سازی نرم‌افزار کامسول انجام شده است.
روش‌ها‌: روش پژوهش حاضر از نظر هدف یک پژوهش کاربردی و از نظر نوع روش، یک تحقیق ترکیبی است.  بخش کیفی با روش تحلیل محتوا با هدف استخراج مقوله‌های کج فهمی‌های فیزیک الکتریسیته انجام گرفته است. در این راستا، از پروتکل مصاحبه‌های نیمه ساختار یافته از 6 معلم با روش نمونه‌گیری هدفمند استفاده گردید.  در این بخش از پژوهش، از سه نوع کدگذاری باز، محوری و انتخابی استفاده گردید. مقوله‌های اصلی کج فهمی‌ها از این نوع کدگذاری استخراج گردید. مقوله‌های اصلی الگوی سوء تفاهم‌های مفاهیم فیزیک الکتریسیته عبارت شدند از: قانون کولن، شکل خطوط میدان بین دو بار نقطه‌ای، میدان الکتریکی بین صفحات خازن، حرکت بار الکتریکی در میدان الکتریکی خارجی، توزیع بار روی سطوح و اثر میدان الکتریکی خارجی بر روی پوسته‌های رسانا و نارسانا. براساس این الگو، پرسشنامه 6 سوالی برای اعتباریابی الگوی سوء تفاهم‌های مفاهیم فیزیک الکتریسته دانش‌اموزان طراحی گردید. برای اعتباریابی الگوی استخراجی و روایی محتوایی پرسشنامه از نظر متخصصان حوزه اموزش فیزیک استفاده شد. بخش کمّی پژوهش حاضر یک تحقیق شبه آزمایشی با طرح پیش آزمون- پس آزمون با گروه کنترل بود. جامعه آماری  کلیه دانش‌آموزان پسر پایه یازدهم دبیرستان شهر بجنورد در سال تحصیلی 1401-1402 بود. با بهره‌گیری از روش نمونه‌گیری تصادفی، 30 دانش‌آموزان برای هر گروه انتخاب شدند. در مرحله اول از هر دو گروه پیش آزمون به عمل آمد. سپس بر روی گروه آزمایش، متغیر مستقل (آموزش مبتنی بر مدل‌سازی با نرم‌افزار شبیه‌ساز کامسول) طی 6 جلسه، 90 دقیقه‌ای انجام شد. همزمان، در گروه گواه از آموزش سنتی (سخنرانی) استفاده گردید. پس از مداخله، بر روی هر دو گروه ( آزمایش و کنترل) متغیر وابسته (آزمون سوء تفاهم‌های مفاهیم فیزیک الکتریسته) اجرا شد. داده‌ها با استفاده از روش آماری تحلیل کوواریانس با کمک نرم‌افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج پس از آزمون نشان داده‌اند که استفاده از کامپیوتر و نرم‌افزار شبیه‌سازی کامسول، بهبود قابل توجهی در تمرکز دانش‌آموزان، اصلاح کج‌فهمی و افزایش سطح یادگیری آن‌ها داشته است. همچنین، این روش به دانش‌آموزان در درک بهتر مفاهیم کمک کرده است. نتیجه حاصل از این تجزیه تحلیل نشان داد که میزان یادگیری و پیشرفت دانش آموزان گروه آزمایش نسبت به گروه گواه تفاوت معناداری دارد (05/0>p). اشتباهات گروه آزمایش نسبت به گروه کنترل به‌طور قابل توجهی تغییر کرده است. در مباحث مورد بررسی کمترین درصد اصلاح کج فهمی در گروه آزمایش %66/46 می‌باشد. در حالی که کمترین درصد اصلاح کج فهمی در گروه گواه % 66/36 مشاهده شده است.
نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش نشان داده‌اند که با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی کامسول، دانش‌آموزان قادر به تصویرسازی و تعامل با مفاهیم انتزاعی می‌شوند که آنها را قابل درک‌تر و قابل فهم‌تر می‌کند. با استفاده از کامسول، دانش‌آموزان می‌توانند متغیرهای مختلف در سیستم‌های الکتریکی را تغییر داده، تأثیرات آن را مشاهده کرده و به اصول پایه آن بیشتر آگاه شوند. این رویکرد عملی به دانش‌آموزان در اصلاح کج‌فهمی‌ها و بهبود درک آنان از الکتریسیته در فیزیک کمک می‌کند. با ارائه نمایش تعاملی و تصویری از پدیده‌های الکتریکی، نرم‌افزار شبیه‌سازی موضوع را قابل دسترس و جذاب می‌سازد و در نتیجه، بهبود عملکرد و یادگیری دانش‌آموزان را به همراه دارد. بر اساس نتایج بدست آمده، پیشنهاد می‌شود که فناوری آموزشی و مدل‌سازی با استفاده از نرم‌افزار کامسول در برنامه‌های توسعه حرفه‌ای معلمان ترویج یابد. این اقدام می‌تواند به توسعه دانش محتوای آموزشی و اصلاح کج‌فهمی مفاهیم کمک کند.
کلیدواژه‌ها
سوء تفاهم؛ کج فهمی؛ مفاهیم فیزیک الکتریسیته؛ شبیه سازی کامسول
موضوعات
آموزش الکترونیکی
عنوان مقاله [English]
The Effect of Education based on Modeling with COMSOL Simulation Software on Correcting Misunderstandings and Misconceptions of Electricity Physics Concepts
نویسندگان [English]
F. Khodadadi Azadboni؛ J. kamali
Department of Physics Education, Farhangian University, P.O. Box 14665-889, Tehran, Iran
چکیده [English]
Background and Objectives: The topic of electricity is often considered a challenging and abstract concept in physics. Learning non-intuitive scientific concepts can be challenging for students because they often hold incorrect conceptions about natural phenomena that lead them toward errors. Many students struggle to understand the underlying principles and behaviors of electrical systems. Identifying and correcting misconceptions about electricity physics is essential for promoting meaningful learning and conceptual understanding. Nowadays, using technology in educational settings is considered an essential aspect of teaching and learning. Utilizing technology, such as simulation software like COMSOL, can help to visualize and better understand these concepts. This research has been done with the aim of identifying and correcting the misunderstandings of 11th-grade high school students in learning the concepts of electricity by simulating COMSOL software.
Materials and Methods: The present research is an applied study in terms of its objective and a mixed-methods research in terms of its methodology. The qualitative section utilized content analysis to extract misconceptions about the concepts of electricity in physics. Semi-structured interviews were conducted with SIX teachers using purposive sampling. Three types of coding, namely open, axial, and selective, were employed to extract the main misconceptions. The main misconceptions identified were Coulomb's law, the shape of field lines between two point charges, the electric field between capacitor plates, the motion of electric charges in an external electric field, charge distribution on surfaces, and the effect of an external electric field on conductive and non-conductive shells. Based on this pattern, a 6-item questionnaire was designed to validate the pattern of misconceptions about electricity concepts among students. The validation of the extracted pattern and the content validity of the questionnaire were assessed by experts in the field of physics education. The quantitative section of the research was a quasi-experimental study with a pretest-posttest design and a control group. The target population consisted of all male eleventh-grade students in high schools in Bojnurd city during the academic year 2022-2023. Using random sampling, 30 students were selected for each group. In the first stage, both groups took a pretest. Then, the experimental group received the independent variable (simulation-based learning using the COMSOL software) in six sessions of 90 minutes each. Meanwhile, the control group received traditional lecture-based instruction. After the intervention, both groups (experimental and control) took the dependent variable (the misconceptions test on electricity concepts). The data were analyzed using ANCOVA (Analysis of Covariance) with the help of SPSS software.  
Findings: The post-test results showed that in addition to correcting students' misconceptions and increasing their learning level, the use of computer and COMSOL simulation software helped them better understand the concepts and increased their concentration. The results of this analysis showed a significant difference (p<0.05) between the learning and progress of the experimental group and the control group. The errors of the experimental group changed significantly compared to the control group.  In the topics under investigation, the minimum percentage of misconception correction in the experimental group was 46.66%. Meanwhile, the minimum percentage of misconception correction in the control group was observed to be 36.66%.
Conclusions: The research results have demonstrated that Simulation software enables students to visualize and interact with abstract concepts, making them more tangible and easier to comprehend. By using COMSOL, students can manipulate different variables in electrical systems, observe the effects, and gain insights into the underlying principles. This hands-on approach can correct misconceptions and improve students' understanding of electricity in physics. By providing interactive and visual representations of electrical phenomena, simulation software can make the subject more accessible and engaging, leading to improved learning outcomes. According to the obtained results, it is suggested that educational technology and modeling using COMSOL software be promoted in teachers' professional development programs. This action can lead to the development of knowledge of educational content and the correction of misunderstandings of concepts.
کلیدواژه‌ها [English]
Misunderstanding, Misconception, Electricity Physics Concepts, Comsol Simulation
مراجع
[1] Ananda L, Syuhendri S. Misconceptions of prospective physics teacher students on the period of lunar phases. In AIP Conference Proceedings 2023 Apr 28 (Vol. 2619, No. 1). AIP Publishing.

https://doi.org/10.1063/5.0122687

[2] Allen M. Misconceptions in Primary Science 3e. McGraw-hill education (UK); 2019 Nov 16.

[3] Lestari P. Instructional Materials for Discovery Learning with Cognitive Conflict Approach to Improve Vocational Students' Achievement. International Journal of Instruction. 2020 Jul;13(3):433-44.

https://doi.org/10.29333/iji.2020.13330a

[4] Gönen S, Kocakaya S. A cross-age study on the understanding of heat and temperature. International Journal of Physics and Chemistry Education. 2010 Feb 16;2(1):1-5.

https://doi.org/10.51724/ijpce.v2i1.116

[5] Siong LC, Ong YU, Phang FA, Pusppanathan J. The Use of Concept Cartoons in Overcoming The Misconception in Electricity Concepts. Participatory Educational Research. 2023 Jan 1;10(1):310-29.

https://doi.org/10.17275/per.23.17.10.1

[6] Maleki Avarsin Sadegh, Mostafapour Rosita. [Investigating the effect of exploratory teaching method on the academic progress of experimental science course of fifth grade male students. Education and evaluation] educational sciences, 2014;8(29):43-59. [In Persian]

[7] Sadaghiani HR. Conceptual and mathematical barriers to students learning quantum mechanics. The Ohio State University; 2005.

[8] Dori YJ, Belcher J. Learning electromagnetism with visualizations and active learning. InVisualization in science education 2005 (pp. 187-216). Dordrecht: Springer Netherlands.

[9] Bouchée T, de Putter-Smits L, Thurlings M, Pepin B. Towards a better understanding of conceptual difficulties in introductory quantum physics courses. Studies in Science Education. 2022 Jul 3;58(2):183-202.

https://doi.org/10.1080/03057267.2021.1963579

[10] Partanen L. How student-centred teaching in quantum chemistry affects students’ experiences of learning and motivation—a self-determination theory perspective. Chemistry Education Research and Practice. 2020;21(1):79-94.

https://doi.org/10.1039/C9RP00036D

[11] Clare B. Promoting deep learning: A teaching, learning and assessment endeavour. Social Work Education. 2007 Aug 1;26(5):433-46.

https://doi.org/10.1080/02615470601118571

[12] Burde JP, Bradley J, Moodie P. Shared Perspectives from Two Universities on Teaching Electricity: Lessons for Science Teacher Education.

http://dx.doi.org/10.15496/publikation-76372

[13] Zhu Y, Zhang L, Leng Y, Pang R, Wang X. Event‐related potential evidence for persistence of an intuitive misconception about electricity. Mind, Brain, and Education. 2019 May;13(2):80-91. https://doi.org/10.1111/mbe.12188

[14] Mbonyiryivuze A, Yadav LL, Amadalo MM. Students’ conceptual understanding of electricity and magnetism and its implications: A review. African Journal of Educational Studies in Mathematics and Sciences. 2019 Dec 30;15(2):55-67. https://doi.org/10.4314/ajesms.v15i2.5

[15] Luthfi I, Mufit F, Putri MR. Design of physical teaching materials based on cognitive conflict learning in direct current electricity integrating virtual laboratory. Pillar of Physics Education. 2021 Mar 22;14(1):37-46.

http://dx.doi.org/10.24036/10771171074

[16] Bestiantono DS, Sa’diyah EH, Rachmatya R, Mubarok H, Adam AS, Suprapto N. University students’ misconception in electromagnetism. InJournal of Physics: Conference Series 2019 Dec 1 (Vol. 1417, No. 1, p. 012074). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1417/1/012074

[17] Yolviansyah F, Siregar J, Maison M. The relationship of Critical Thinking Skills and Misconceptions on Force and Electric Field Material. Thinking Skills and Creativity Journal. 2022 Dec 13;5(2). https://doi.org/10.23887/tscj.v5i2.45465

[18] Marhadi H, Lazim L, Hermita N, Alpusari M, Widyanthi A, Suhandi A, Sutarno S, Mahbubah K, Samsudin A. Implementing a four-tier diagnostic test to assess elementary school students’ on electricity magnetism concept. InJournal of Physics: Conference Series 2019 Feb 1 (Vol. 1157, No. 3, p. 032020). IOP Publishing.

https://doi.org /10.1088/1742-6596/1157/3/032020

[19] Iqbal M, Samsudin A, Efendi R. Penggunaan Adaptasi Instrumen Epepect Untuk Membedakan Siswa Yang Mengalami Miskonsepsi Dan Mengetahui Tingkat Miskonsepsi Siswa Ma Kelas Xii Pada Konsep Medan Listrik, Potensial Listrik Dan Energi Potensial Listrik. Jurnal Luminous: Riset Ilmiah Pendidikan Fisika. 2020 Jan 16;1(1):51-9.

https://doi.org/10.31851/luminous.v1i1.3454

[20] Treagust DF. Diagnostic Assessment of Student'Science Knowledge. InLearning science in the schools 2012 Oct 12 (pp. 327-346). Routledge.

[21] Farooq I, Al‐Jandan BA. Effect of video triggering during conventional lectures on final grades of dental students in an oral biology course: A two‐year retrospective study. Journal of dental education. 2015 Dec;79(12):1467-70. https://doi.org/10.1002/j.0022-0337.2015.79.12.tb06047.x

[22] Cunningham-Nelson S, Mukherjee M, Goncher A, Boles W. Text analysis in education: a review of selected software packages with an application for analysing students’ conceptual understanding. Australasian Journal of Engineering Education. 2018 Jan 2;23(1):25-39.

https://doi.org/10.1080/22054952.2018.1502914

[23] Multiphysics CO. Introduction to COMSOL multiphysics®. COMSOL Multiphysics, Burlington, MA, accessed Feb. 1998 Feb;9(2018):32.

[24] Hidayat M, Kurniawan DA, Yolviansyah F, Sandra RO, Iqbal M. How Critical Thinking Skills Influence Misconception in Electric Field. International Journal of Educational Methodology. 2022;8(2):377-90.

https://doi.org/10.12973/ijem.8.2.377

[25] Moodley K, Gaigher E. Teaching electric circuits: Teachers’ perceptions and learners’ misconceptions. Research in Science Education. 2019 Feb;49:73-89.

https://doi.org/10.1007/s11165-017-9615-5

[26] Nenciovici L, Brault Foisy LM, Allaire‐Duquette G, Potvin P, Riopel M, Masson S. Neural correlates associated with novices correcting errors in electricity and mechanics. Mind, Brain, and Education. 2018 Sep;12(3):120-39.

https://doi.org/10.1111/mbe.12183

[27] Asgari M, Ahmadi F, Ahmadi R. Application of conceptual change model in teaching basic concepts of physics and correcting misconceptions. Iranian Journal of Learning & Memory. 2018 May 1;1(1):69-83.

https://doi.org/10.22034/iepa.2018.77429

[28] Hermita N, Suhandi A, Syaodih E, Samsudin A, Johan H, Rosa F, Setyaningsih R, Safitri D. Constructing and implementing a four tier test about static electricity to diagnose pre-service elementary school teacher’misconceptions. InJournal of Physics: Conference Series 2017 Sep 1 (Vol. 895, No. 1, p. 012167). IOP Publishing.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/895/1/012167

[29] Gaigher E. Questions about answers: probing teachers' awareness and planned remediation of learners' misconceptions about electric circuits. African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education. 2014 Jan 1;18(2):176-87.

https://doi.org/10.1080/10288457.2014.925268

[30] Cibik, A. S. Determining science teacher candidates’ academic knowledge and misconceptions about electric current. Educational Sciences: Theory & Practice, 2017 May ; (3) 17. https://doi.org/10.12738/estp.2017.3.0530

[31] Shekarbaghani A. The comparison of misunderstanding of the third grade high school students and BA and MA students about the concept of electricity. Research in Curriculum Planning. 2015 Sep 23;12(46):117-27.

[32] Ramnarain U, Moosa S. The use of simulations in correcting electricity misconceptions of grade 10 South African physical sciences learners. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education. 2017 Sep 13;25(5)1-20.

[33] Jaakkola T, Nurmi S, Veermans K. A comparison of students' conceptual understanding of electric circuits in simulation only and simulation‐laboratory contexts. Journal of research in science teaching. 2011 Jan;48(1):71-93.

https://doi.org/10.1002/tea.20386

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 1,199
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,092


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب