من طرف ياسمين صالح ناجي الخميس أغسطس 30, 2012 7:32 pmتصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية
اهمية البحث و الحاجة اليه:
الفيزياء علم طبيعي معني بدراسة القوانين العامة للمادة و الطاقة باشكالها المختلفة وبدراسة جميع التفاعلات الموجودة في الطبيعه . فهو يعالج الحركة و الزمن و تركيب وبنية الاجسام , ويعالج الصوت و الضوء و الذرات و النجوم و الكواكب , وتحولات المادة و الطاقة و غير ذلك من الظواهر الفيزيائية . وهو بذلك يعطينا فهما للكون الذي نعيش فيه , ذلك الفهم الذي يحول الاحداث و الظواهر المختلفة التي نرصدها الى افكار و مبادئ لها انتظامات معينة و مميزة وتلك هي المفاهيم الفيزيائية , التي تتابع و تترابط مع بعضها وتحمل من المعاني ما لا تحملة الحقائق المنفردة .
ان مناهج العلوم ومنها الفيزياء بوصفها تتضمن معلومات علمية متنوعة , يتعين عليها ان تتخذ من تلك المعلومات وسيلة لتحقيق الاهداف المرجوة , وان يتم ربط تلك المعلومات ربطا وظيفيا بحاجات و مشكلات المتعلم(قلادة,1979,ص:150).ويضيفMcFadden,1980) ) ايضا ان تدريس العلوم بصورة عامة و تدريس الفيزياء بصورة خاصة , يرمي الى تزويد المتعلم بالمعلومات العامة و الخاصة , وتمكينه من فهم لغة العلوم , و المدخل العلمي الصحيح لدراسة العلوم , و على ذلك يتعين وضع المتعلم في مواقف تعليمية تمكنة على قدر الامكان ان يندفع للبحث عن التفسيرات للظواهر الطبيعية من حوله (McFadden,1980,p:165) .
يكتسب العمل المختبري أهمية بالغة في دراسة علم الفيزياء لكونه علم يقوم على أجراء التجارب المختبرية متخذا من استخدام الأدوات والأجهزة والوسائل التطبيقية وكفاية مناسبة من المهارات العملية والذهنية المتكاملة لأداء العمل المختبري سبيلاً لذلك.
فالعمل المختبري من شأنه أن يؤدي إلى رفع كفاية تعلم المعرفة الفيزيائية إذ ما أحسن استخدام طرائق تدريسية مناسبة , مما يعني أدراك الطلبة نفع المفاهيم والمبادئ والنظريات في حياتهم العملية , وأخذهم لتلك المعلومات الفيزيائية بوساطة العمل والتطبيق , وتقريب الأفكار النظرية بوسائل التحسس بها لترسيخها في أذهانهم , وكيفية استثمارها في مجالات الحياة المختلفة.
وقد أشار ( Olsted , 1972) لأهمية التجارب في تدريس المواد العلمية، بوصفها منبع المعرفة الناتجة عن تفاعل الفرد المباشر مع البيئة الطبيعية , كما عدّها موقفاً مصطنعاً مضبوطاً لدراسة أبعاد الظاهرة العلمية وتحري أسبابها تحت ظروف معينة ( Olsted , 1972 , p:51 ) . فالتجربة أعظم ركيزة للاكتشاف والاستقصاء , فالمتعلم يحدد فيها المشكلة المعروضة ويضع الفرضية ذات العلاقة بالمشكلة وبالتالي يقترح وينفذ فعلياً الطريقة الخاصة باختبارها (زيتون وطلال ,1986 ,ص:96).
وبالصدد ذاته أشار (لبيب,1986) أن التجارب تحتل مكاناً بارزاً في تدريس مواد العلوم ، فالتجربة العلمية بمعناها السليم وسيلة أساسية لجمع البيانات و اختبار صحة الفرضيات و الوصول إلى حل مشكلة ما (لبيب , 1986 , ص:174 ) فالعمل المختبري يدرب الطلبة على استخدام الأجهزة وتعرفهم بتركيبها والنظريات التي بنيت عليها , وتعويدهم العناية والمحافظة عليها , والتخطيط لأجراء التجارب , واستخدام أجهزة القياس المختلفة كقياس المقاومات الكهربائية وشدة التيار الكهربائي والقوة الدافعة الكهربائية وغيرها , واستخلاص المعلومات من الجداول والرسوم البيانية ( عميره وفتحي , 1982, ص: 117 ).
وفي تدعيم لهذا الاتجاه لخص (Harlen , 1999 ) أهمية العمل المختبري بناءاً على نتائج العديد من الأبحاث بقوله أنه أعطى نتائج مؤكده في إثارة الدافعية للتعلم , وتعلم المهارات , وتعزيز التعلم المفاهيمي , وأنه جوهر الطريقة العلمية فضلاً عن تنمية الاتجاهات العلمية للطلبة (Harlen , 1999,p:7 ) .
و اذ أن الكثير من الأساليب و الأدوات المستخدمة في المختبر التقليدي لم تعد تفي بحاجة المتعلمين لاسباب عديدة, لذا ظهرت الحاجة إلى تفعيل و استغلال أحدث تقنيات العصر للوصول إلى تعلم و تعليم فعال وذلك من خلال استخدام المستجدات على مستوى التقنيات و الاتصالات و استغلالها لتطوير تدريس الفيزياء عملياّ, ومن هذه المستجدات امكانيات الحاسوب الفنية بما يوفره من مميزات تعليمية كثيرة لذا انصب الاهتمام على الاستفادة من تطبيقات الحاسوب في ايجاد بيئة تعلمية تفاعلية نشطة آمنه تحاكي الواقع ومن هذه التطبيقات مختبرات المحاكاة الافتراضية والتي تعد مكتبة من البرمجيات التي تضم مجموعة من تجارب المحاكاة التفاعلية تغطي معظم موضوعات مناهج الفيزياء الحديثة كما تسهل عملية الفهم بجعل الاشياء مرئية فضلا عن كونها تفاعلية , فالمتعلم يمكن ان يعدل في الفولتية او انواع القوة ويرى بشكل بصري ما يحدث من تاثير في التجربة مثلا رؤية تاثيرات مخفية مثل الشحنات او درجات الحرارة , القوة او الجزيئات المشعة . فمن خلال تجارب المحاكاة الافتراضية يتمكن المتعلم من تطوير قدراته و مهاراته الادراكية اذ تسمح له بالملاحظة العلمية الدقيقة و استخدام العمليات المعرفية و الادراكية في الاستنتاج و تسجيل نتائج التجارب William & Edward.,1988,p: 23) ).
واشار (Martinez&et.al, 2003) لاهميته مختبر المحاكاة الافتراضي في امكانية محاكاة التجارب الخطرة او التجارب التي تحتاج الى اجهزة معقدة , ومن خلاله يمكن التغلب على الكثير من الصعوبات في اجراء التجارب وتقديمها بشكل يحاكي الواقع دون مشاكل في عملية اجرائها Martinez&et.al, 2003,p:346)) . لذا يتجه العمل المختبري حاليا الى تكنولوجيا الواقع الافتراضى Virtual Reality فى محاوله للتغلب علي مشكلات الواقع الحقيقي، وتعتبر المحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية أحد المجالات الرائدة في الأخذ بتكنولوجيا الواقع الافتراضي وتطويعها للتغلب علي مشكلات الواقع التعليمي .
وتظهر الحاجة للبحث من خلال الاتي:
1- ان الكثير من المفاهيم الفيزيائية والعلاقات فيما بينها تكون على درجة عالية من التعقيد و التجريد وتحتاج الى التفاعل معها لفهمها وليس تلقيها فقط,وهذا يتطلب ان يكون المتعلم ايجابيا ونشطا ليتوصل الى بناء المعرفة بنفسه .
2- هناك الكثير من الدراسات التي تؤكد على تعلم المهارات والذي يتم عن طريق نمذجتها او محاكاتها.
3- قد يتعرض المتعلم للمخاطر عند قيامه بأنشطة وتجارب معينة مثل التيار الكهربائي و ربط الدوائر الكهربائية عند العمل في المختبر التقليدي .
4- تكلف المؤسسة التعليمية ضررا ماديا كبيرا في حالة تلف الأجهزة او احد اجزائها التي يتدرب عليها المتعلم.
5- اشباع حاجات المتعلم وحبه للاستطلاع الامن في التجريب و المحاولة و الخطا فالتعلم الاستكشافي في المختبرات التقليدية قد يتضمن عامل الخوف من التجريب اذا ادى إلى نتائج لا يمكن أصلاحها .
هدف البحث:
يهدف البحث الحالي الى تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية وذلك من خلال الاجابة على الاسئلة الاتية:
1. ما مزايا مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
2. ما مكونات مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
3. ما مراحل تصميم و تنفيذ مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
تحديد المصطلحات:
1- المحاكاة Simulation :
المحاكاة عملية تمثيل أو إنشاء مجموعة من المواقف تمثيلاً أو تقليداً لأحداث من واقع الحياة حتى يتيسر عرضها والتعمق فيها لاستكشاف أسرارها والتعرف على نتائجها المحتملة عن قرب . وتنشأ الحاجة إلى هذا النوع من البرامج عندما يصعب تجسيد حدث معين في الحقيقة نظراً لتكلفته أو لحاجته إلى إجراء العديد من العمليات المعقدة (سيد ,1995 , ص: 96).
2- المحاكاة التجريبية : مواقف تعليمية تمثل العالم الحقيقي (تجارب) وفيها يدخل المتعلم ويقوم باجراء التجربة و تسجيل البيانات وطورت لتزويد المتعلم بالتفاعلات في الحالات الخطرة جدا او الغالية (Kovalchick & Kara 2003 ,p:518).
3- مختبر الفيزياء بالمحاكاة الافتراضي :
عرفه Reed & Afjeh وهو استخدام (HTML and Java) في انشاء بيئة تعلم والتفاعل يتم من خلال مكونات (HTML and Java) ,( Reed & Afjeh,1998, pp:. 183-194.).
اما من وجهة نظر Firmeza & Ramos فانها بيئة التعلم المستخدم فيها الوسائط الثنائية والثلاثية الابعاد وتستخدم Java كمعزز لصفحات HTML (Firmeza & Ramos,1998,p:4).
كما عرفه زيتون (2005) بانه بيئة تعليم وتعلم افتراضية تستهدف تنمية العمل المخبري لدى الطلاب وتقع هذه البيئة على احد المواقع في شبكة الانترنت و يضم الموقع عادة صفحة رئيسة ولها عدد من الروابط او الايقونات (الادوات) المتعلقة بالانشطة المختبرية و انجازاتها و تقويمها (زيتون,2005, ص:65).
الخلفية النظرية:
لقد استخدم التعليم بالمحاكاة منذ ثلاثينيات القرن الماضي عندما قدم (Edwin Fink,1930) محاكي الطائرة الاول (Gaba, 1997;p:55, Garrison, 1985,p: 1) , والمحاكاة تبنى على استخدام التعلم التجريبي و الملاحظة , وتتيح الفرصة للمتعلم للممارسة و التعلم وتوفر له بيئة تعلمية يمكن السيطرة عليها عند الخطا و المحاكاة هي مثال ممتاز لتطبيق نظرية التعلم الادراكية لانها تدفع المتعلم لكي يكون نشط في موقف التعلم و يتطلب منه استخدام المعرفة السابقة و المهارات والتوجه نحو الهدف (Billings & Halstead, 1998,p:21).
ولقد شاع استخدام التعلم بالمحاكاة في كثير من المجالات في قيادة السيارات وفي المجال العسكري و مجال الطب وغيرها , اذ يوضع المتعلم في موقف يشبة المواقف في الحياة الواقعية ليقوم باداء دوره فيها ويكون مسؤلا عن اتخاذ القرارات وان اخطا لا يترتب على خطئه خطورة . وفي الوقت الحاضر تعد المحاكاة اهم استخدامات الكومبيوتر في التعلم الفعال اذ تنقل المتعلم الى بيئة تفاعلية تسمح له بالتجريب الامن و الاستمتاع و القيام بالتجارب والتوصل الى النتائج (زغلول ,2003,ص:218).
ولتحقيق هدف البحث حدد الباحثون مزايا المختبر بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية وهي كما ياتي :
1- يضم برامج محاكاة جيدة تقدم سلسلة من الأحداث الواضحة للمتعلم والتي تتيح له الفرصة للمشاركة الإيجابية في تجارب المحاكاة , وتقدم للمتعلم العديد من الاختيارات التي تناسبه .
2- الاستعانة بالصوت والصور والرسوم الثابتة و المتحركة الواضحة والدقيقة.
3- توجيه المتعلم التوجيه السليم لدراسة تعتمد على تحكم المتعلم في بيئة التعلم .
4- توفير قاعدة كبيرة من المعلومات التي يمكن أن يلجأ إليها المتعلم لتساعدة في فهم موضوع التجربة.
5- يسمح للمتعلم بارتكاب أخطاء لا تكون نتائجها سيئة على المتعلم او المؤسسة التعليمية.
6- يسمح للمتعلم بالاستقلالية في اتخاذ القرار في عملية التعلم.
7- تقديم مواقف تعليمية غير تقليدية بالنسبة للمتعلم وذلك بشكل يثير تفكيره و يستخدم إمكانات الحاسب المتقدمة والتي لا تتمتع بها الوسائط الأخرى .
(سويفي,2003,ص: 163)
8- يمكن دراسة العمليات والإجراءات التي يصعب دراستها بالطرق التقليدية .
9- اتاحة الفرصة لتطبيق بعض المهارات التي تم تعلمها في مواقف ربما لا تتوافر للمتعلم الفرصة لتطبيقها في بيئة حقيقية .
10- تسمح بتسريع نتائج التجارب وتوفير الفرصة لروية نَتائِجِ عملِ قَدْ ياخذ عِدّة سنوات للإداء .
11- تتيح للمتعلم التواجد في مكان او زمان لا يمكن الوصول اليه مباشرة.
(p:37,Aldrich2004).
12- وتجارب المحاكاة التجريبية الافتراضية تجعل المتعلم يكامل مفاهيم متعددة , وتزيد من القدرة على الاحتفاظ و زيادة الحافز للتعلم (Chu,1999,p:2).
13- كما يعد مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية أداة فعاله في التعلم إذ يكامل بين :
التعلم النشط : يتعلم المتعلم بشكل أفضل خلال الأنشطة التي تتطلب منه اشتراكا نشيطا.
التعلم التجريبي: يوفر مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية تعلم في بيئة آمنة اذ يمكن للمتعلم معايشة التجربة و ممارستها .
أنماط التعلم : يلبي مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية حاجات المتعلمين و توقعاتهم من خلال توفير التعلم المناسب لأنماط تعلمهم (الصوري , السمعي , الحركي) .
التعلم التشاركي : يزيد مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية من التفاعل الاجتماعي للمتعلم من خلال تبادل الاراء مع الاقران او المدرس .
ومن وجهة نظر (Randall Kindley) المحاكاة التجريبية الافتراضية طريقة من طرق التعليم الالكتروني فهي تسمح للمتعلم باعادة التجربة بدون الخوف من الفشل وعن طريقها يمكن ان نعدل السلوك و الاداء للمتعلم فالمتعلم يختار التجربة و يتابع عملها بنفسة ويتحكم في متغيراتها (Randall Kindley,2002,pp:2-3).
خصائص المحاكاة التجريبية الافتراضية:
تقدم للمتعلم تجارب تفاعلية يصعب اجرؤها في العالم الحقيقي , وتعمل على بناء المعرفة لدية كما تزودة باستبصار لتطبيق المعرفة في مواقف جديدة و تتكون المحاكاة التجريبية من عدة مكونات هي :
- سيناريو التجربة او المشكلة المعقدة و الذي ياخذ اتجاهات عديدة .
- تحديد ادوار المتعلمين و التي تتضمن المسؤوليات و المصادر و المحددات .
- سيطرة المتعلم في اتخاذ القرارات.
- تغير في المشكلة او التجربة نتيجة لاجراءات يقوم بها المتعلم .
- يقوم الحاسوب بتعديل البيانات كلما قام المتعلم باجراء معين .
والمحاكاة التجريبية تعمل على تجسير الفجوة بين قاعة الدرس و العالم الحقيقي وتعمل على تصحيح الفهم الخاطئ للمفاهيم العلمية(Kovalchick & Kara 2003 ,pp:519-520).
الاعتبارات الواجب مراعاتها في برامج المحاكاة:
1- التخطيط الجيد والبرمجة الصحيحة لتصبح المحاكاة فعالة ومؤثرة وشبيهة بالظروف الطبيعية .
2- توافر أجهزة الحاسب ومعدات Hardware ذات مواصفات خاصة .
الدراسات السابقة :
1- دراسة (العمودي , 2005)
اجريت الدراسة في جامعة عدن و هدفت الى معرفة دور تقنيات المعلومات والاتصالات في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية , كما ابرزت مفهوم تقنيات المعلومات والاتصالات (ICT) ودورها في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية وذلك من خلال العديد من التطبيقات التربوية التي أمكن فيها استخدام هذه التقنيات لتحسين العملية التعليمية وتطويرها وفق أنماط واستراتيجيات مختلفة ومتنوعة منها طريقة المحاكاة بالحاسب.
كما هدفت هذه الدراسة إلى توضيح الأهمية التعليمية لطريقة المحاكاة بالحاسب في تعزيز التعلم بالاستكشاف لدى الطالب كذلك إبراز إمكانيات تقنيات المعلومات والاتصالات في توفير أدوات إنتاج االتمارين التعليمية التي يمكن الحصول عليها مباشرة من شبكة الإنترنت وتعديلها وفق حاجة المستخدم. كما استعرضت عدداً من التمارين التعليمية الفيزيائية التي تم إعداد بعض منها وترجم بعضها الآخر بمساعدة ادوات Physlets على وفق الأهداف التربوية المطلوب تحقيقها التي تؤكد امكانية نجاح هذه االتمارين في تحقيق هذه الاهداف عند اختيار الوقت والمقرر المناسبين لتقديمها للطلاب (العمودي , 2005 ,ص :1-2).
2-دراسة (Avradinis & et.al ,2001)
اجريت هذه الدراسة في اليونان اذ هدفت الى استخدام تقنيات الواقع الافتراضي لمحاكاة تجارب الفيزياء , حيث قام الباحثون بتطوير الوسائط المتعددة الكلاسيكية اي ذات البعدين واعتماد الوسائط المتعددة الثلاثية الابعاد في تطوير مختبر الفيزياء الافتراضي لانتاج مستوى عالي من التفاعل حيث المتعلم قادر على التفاعل في عالم ثلاثي الابعاد و يؤدي التجارب في الوقت الحقيقي , اذ يمكن للمتعلم في العالم الافتراضي ان يغير مواقع الاجسام واعادة توجيهها وتركها تتفاعل مع بعضها , ويتكون المختبر من ثلاثة اجزاء مختلفة , احدها يتكون من العناصر المنطقية , ويكون مسؤول عن العروض المستندة الى المحاكاة بتطبيق المبادئ و القوانين وهذا يشير الى عالم التجربة , الجزء الاخر هو محرك افتراضي ثلاثي الابعاد والذي يتعامل بالعروض البصرية للمختبر ويجعل المتعلم يكون وجهة نظره طبقا لموقعه في الفضاء الافتراضي الجزء الثالث وهو (interface) والذي يقدم مهمة تفاعل المتعلم مع الحاسوب ضمن المحتبر و تحول اعمال المتعلم الى بيانات في المكون المنطقي , وكل جزء من المختبر طبق بتقنية مختلفة منها (HTML, Java and VRML. Prolog) (Avradinis & et.al ,2001,p:3).
3-دراسة (Tlaczala& et.al,2006)
اجريت هذه الدراسة ضمن مشروع مشترك وهدفت الى تطويرمختبر الفيزياءِ الإفتراضيِ للتعليم عن بعدِ في إطار مشروعِ VccSSe الأوروبي , وقدمت خمسة فئات من تجارب الفيزياء بالمحاكاة السهلة الوصول عن طريق الانترنت , ومنها: قوانين الغازات , نقل الحرارة و الرنين الكهربائي , و طور المختبر باستخدام برمجيات مختبر (LabVIEW) مع تحكم عن بعد و المتعلم يمكنه ان يفتح الرابط في المتصفح ويمكنه اجراء التجارب و جمع البيانات , وهذا المختبر مقدم للمتعلمين للاستفادة من تطبيق ادوات المختبر الافتراضي في قاعات الدروس كما ان المختبر مقدم لتدريب المعلمين اثناء الخدمة للاستخدام الادوات الافتراضية في مناطق العالم المختلفة (Tlaczala & et.al,2006 p:467 ).
4-دراسة ( Ding& Hao Fang 2009)
استخدام مختبر المحاكاةِ لتَحسين تَعَلّم الفيزياءِ دراسة استكشافية لتعلم انكسار الضوء ركزت الدراسة على تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة لمساعدة الطلبة على فهم قوانين و مفاهيم الفيزياء , وعد الباحثان بيئة التعلم بالمحاكاة من خلال تقديم بيئات عرض قوية وداعمة لمفاهيم الفيزياء, في هذه الدراسة قدم الباحثان تجارب محاكاة لانكسار الاشعة و انحراف الضوء , باستخدام برمجة (C++) وفي هذه التجربة يمكن للطلبة تعديل بارامتر التجربة واستكشاف قانون الانكسار وطبقت هذه التجربة على (64) طالب من طلبة الكلية لمعرفة اثر تجارب المحاكاة بالحاسوبِ في التعلم الاستكشافي , واظهرت نتائج الدراسة تفوق المجموعة التي درست التجربة بالمحاكاة الافتراضية في مهارات البحث وتحسين القدرات الاستكشافية Ding& Hao Fang 2009 ,pp:3-6)).
ويرى الباحثون من خلال عرض الدراسات السابقة الى انها اكدت على اهمية تعليم تجارب الفيزياء بالمحاكاة الافتراضية اذ تقدم للمتعلم مستوى تعلم افضل وبيئة آمنه , واجراء تجارب الفيزياء بالمحاكاة يؤدي الى تطوير قدرات البحث و الاستكشاف و يقوي حب الاستطلاع ويزيد من دافعية المتعلم , و استخدام التجارب المصممة بلغة الجافا لانها تقدم تفاعل افضل واستخدام صفحات html لما لها من تاثيرات ومرونة في تضمين الراوبط والوسائط المتعددة وسهولة ابحار المتعلم وتصفح المختبر .
إجراءات البحث :
اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية:
حدد الباحثون اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية بما ياتي:
1- توفير فرص التعلم التجريبي واكساب المتعلم المعرفة العلمية , والاحتفاظ بها وانتقال اثر تعلمها الى مواقف جديدة .
2- اكتساب المتعلم المهارات العلمية مثل جمع البيانات وتسجيلها وعمل الرسوم البيانية و البحث عن مصادر المعلومات عبر شبكة الانترنت .
3- اكتساب و ممارسة عمليات العلم الاساسية و المتكاملة كالملاحظة والقياس و الاستدلال والتجريب .
4- اتاحة فرص التعلم الذاتي وتطبيق الطريقة العلمية في استقصاء المعرفة العلمية وحل المشكلات .
مكونات مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية:
المكونات المادية :
1- الاجهزة و المعدات المختبرية وقاعة منظمة كبيئة مختبرية
2- وتتمثل باجهزة الكومبيوتر المربوطة بالشبكة المحلية او العالمية , ليتمكن المتعلم من الدخول للمختبر مباشرة اثناء الدوام , او الدخول عن بعد على شبكة الانترنت في أي زمان ومكان .
3- توفر معدات الاتصال بشبكة الانترنت .
المكونات البرمجية:
1- برامج لادارة المختبر الفيزياء بالمحاكاة والوصول الى مصادر المختبر.
2- برامج لتشغيل وعرض التجارب الفيزيائية التفاعلية.
3- قواعد بيانات SQL.
4- روابط لمواقع على شبكة الانترنت .
التصميم التعليمي للمختبر الفيزياء بالمحاكاة:
اعتمد الباحثون انموذج ADDIE لما له من مرونة في تصميم البرامج التعليمية (اذ هو الإجراءات المنهجية المنظمة اللازمة لتنظيم البرنامج التعليمي وتطويره وتنفيذه وتقوميه بما يتفق والخصائص الإدراكية للمتعلم والذي يوفر للقائم بعملية التصميم إطار متكامل للعمل للحصول على مخرجات تعليمية أكثر كفاءة وفاعلية).
شكل (1) انموذج ADDIE Yaseen & et.al ,2009, p: 306))
مراحل تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة وعلى وفق انموذج ADDIE:
1- التحليل:
- تحديد فئة المتعلمين : وهم طلبة قسم الفيزياء كلية التربية .
- تحديد اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة : فهم الظواهر الفيزيائية , والمفاهيم و العلاقات فيما بينها و تعلم التفاصيل المعقدة ليصل المتعلم الى مستوى عالي من التجريد,اتخاذ القرارات الصحيحة في العالم الواقعي بناء على فهم الظواهر في مختبر الفيزياء بالمحاكاة .
- جمع المادة التعليمية التعلمية : من الكتاب المدرسي او المحاضرات او الملخصات ,كما قام الباحثون بتبني عدد من التجارب الفيزيائية التفاعلية ذات الجودة العالية من مواقع الجامعات العالمية و التي تتوافق مع المعايير العالمية في جودتها و تناسب فئة المتعلمين و تنقلهم الى عالم افتراضي يعتمد على أسلوب المحاكاة والتي تزودهم بابعاد متقدمة من رؤية التجربة بإبعادها الثلاث وتحريك وتدوير ادواتها واعادة اجرائها . وتقدم صور متحركة تزود المتعلم بإضافة جديدة من السيطرة على المشاهد من حيث تكرار إعادتها كاملة أو أجزاء منها.
- خيارات التوصيل للمتعلم : يتم من خلال الشبكة المحلية او عن طريق الانترنت .
- تحديد مستوى المتعلم و انجازه: يتم من خلال اجراء اختبار بعد نهاية التجربة وايضا يكتب المتعلم تقرير عن التجربة ويرفعها الى المختبر .
2-التصميم :
- تحديد نشاطات التعلم وتقيمها واختيار طرق توصيلها.
- اختيار بيئةَ التعلم الملائمة و فحصها والتي تحقق الاهداف التعليمية للبرنامج او الموقف التعليمي و التي قد تتطلب مهارات معرفية ادراكية .
- كتابة الأهداف التعليمية المطلوب تحقيقها, وتحديد التجارب و درجة التفاعل فيها.
- تصميم محتوى الدروس و تكون معدة للاستخدام بشكل تفاعلي في الوسط الالكتروني.
3- التطوير : تحديد الوسائط المستخدمة في الموقف التعليمي من خلال :
- إضافة مصادر تعلم من شبكة الانترنت و تكون بصيغ متعددة مثل صور متحركة او أصوات او رسوم او فيديو.
- تحديد التفاعلات التعليمية المهمة و التي تقود المتعلم الى الإبداع و زيادة الدافعية للاستكشاف.
- وضع أنشطة تشجع على العمل الجماعي لخلق بيئة تعلم اجتماعية.
4- التنفيذ:
وضع الخطة او العمل في حيز التنفيذ وذلك من خلال :
- تركيب المختبر على الشبكة المحلية وتجريبه.
- ملاحظة حدوث أي مشاكل تقنية.
- وضع خطط طارئة للتعديل قبل استعمال المتعلم للبرنامج.
5- التقويم :
تقويم البرنامج من كافة المستويات ويكون التقويم نوعين , بنائي و يكون مع كل خطوة من خطوات البرنامج و تقويم ختامي للبرنامج ككل.
Yaseen & et.al ,2009, pp 306-309))
تركيب مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية على اجهزة الحاسوب في المختبر:
قام الباحثون بتهيئة البرامج التالية لتكون داعمة في عروض تجارب الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية لضمان عرض جيد خالي من الاخطاء و التوقفات اثناء اجراء التجربة من قبل المتعلم و من هذه البرامج هي :
1- المتصفح انترنت اكسبلورر.
2- برنامج الجافا لتشغيل التجارب المصممة بلغة الجافا.
3- برنامج مشغل الفلاش المتوافق مع المتصفح انترنت اكسبلورر لضمان ظهور العروض الفلاشية المتحركة التفاعلية و التي تضم عمليات السحب و الافلات لتحريك مكونات التجربة على واجهة المستخدم.
ويمكن الوصول الى مختبر الفيزياء بالمحاكاة عن طريق كل حاسوب مرتبط بالشبكة المحلية (Network) والتي تمكن دخول اعداد من المتعلمين لاجراء التجارب على نفس المختبر و ممكن للمدرس ان يشرف على اداء المتعلمين الذين ينظمون على شكل مجموعات صغيرة واجراء التجربة معا .
التصميم الفني لمختبر الفيزياء بالمحاكاة وخطة سير مختبر الفيزياء بالمحاكاة :
الواجهة الرئيسة للمختبر (الشاشة الاولى) :تكون الواجهة الرئيسة للمختبر صفحة html اذ تتوفر فيها كل معايير الصفحات الالكترونية وتتكون من :
1- اسم المختبر اعلى الشاشة (مختبر الفيزياء بالمحاكاة).
2- وسط الشاشة مقدمة قصيرة عن المختبر و اهدافة وصورة لمختبر الفيزياء.
3- اسفل الشاشة الحقوق الفكرية للباحثون كما وضعت الحروف الاولى من اسمائهم اعلى الشاشة في الزاوية اليمنى (WZR).
4- على الجهة اليمنى انواع التجارب الموجودة في المختبر ومنها:
- تحقيق قانون هوك باستخدام النابض الحلزوني.
- استخدام النابض الحلزوني لتعيين التعجيل الارضي .
- تعيين نصف القطر الدوراني للاسطوانة .
- تعيين الشد السطحي للسائل باستخدام انبوب شعري .
- تعيين سرعة الصوت في الهواء باستخدام انبوب الرنين.
- تحقيق قانون اوم وتعيين المقاومة النوعية لسلك .
شكل (2) واجهة المختبر الرئيسة
الشاشة الثانية (دخول المتعلم):
وتظهر للمتعلم عندما يختار احدى التجارب ويضغط عليها بزر الفارة وفيها تعليمات الدخول لمختبر المحاكاة ويطلب من المتعلم كتابة اسم المستخدم (User Name) و الرقم السري (Password) عند ادخال بيانات المتعلم بصورة صحيحة , ينتقل الشاشة الاخرى .
شكل (3) شاشة دخول المتعلم
الشاشة الثالثة (التجارب):
وتضم اسماء التجارب وتعرض بشكل عمودي وكل اسم هو رابط لتجربة شكل (4), وعندما ينقر المتعلم على اسم التجربة ينتقل الى شاشة وصف التجربة شكل (5)
شكل (4) شاشة التجارب
الشاشة الرابعة (وصف التجربة):
وتظهر الشاشة وصف تفصيلي لتجربة مثلا (تجربة النابض الحلزوني) :
يظهر جدول في وسط الصفحة مكتوب فيه:
- اسم التجربة
- مصمم التجربة
- صنف التجربة
- وصف قصير للتجربة لا يتعدى السطرين.
- نوع العرض (فلاشي , او جافا).
- رابط لعرض التجربة .
شكل (4) شاشة وصف التجربة
وعندما ينقر المتعلم على رابط التجربة تظهر التجربة الفيزيائية التفاعلية للمتعلم .
الدخول للتجربة :
تظهر واجهة المستخدم التفاعلية , تضم اسم التجربة , مكوناتها(عناصر و مكونات التجربة التي تظهر على الشاشة على شكل صور ثابتة او متحركة ) , يقوم المتعلم بتنفيذ التجربة بسحب وافلات العناصر ويقوم بتسجيل البيانات (البيانات التي تظهر نتيجة اجراء التجربة), ويحصل المتعلم على التغذية الراجعة (ظهور علامات او اصوات او صور متحركة تظهر خطا في اجراء التجربة او احدى خطواتها كان يقوم الطالب بربط الدائرة الكهربائية بصورة خاطئة فتحترق البطارية و تظهر النار المشتعلة فيها ... الخ) , وتمتاز التجارب بامكانية اعادة جراءها ( من قبل الطالب نفسة او بعدة طالب اخر).
وبعد انتهاء التجربة يرجع المتعلم الى الصفحة السابقة لاجراء الاختبار الخاص بالتجربة و تكون على شكل فقرات موضوعية تتعلق ببيانات التجربة ومن خلال اجابة المتعلم يحصل على التغذية الراجعة بصحة الاجابة او خطئها , و من ثم الطلب من المتعلم اجراء واجب خارجي كان يقوم برسم التجربة او اجابة اسئلة محددة عن التجربة وتكتب على شكل نصوص في برنامج الوورد او رسوم في برنامج الاكسل و يرفعها المتعلم الى المختبر ليطلع عليها مدرس المادة عن طريق (upload file).
اجراء العرض التجريبي لمختبر الفيزياء بالمحاكاة :
- التجريب الأولي :
قام الباحثون بعرض أولي لتاكد من عدم وجود الاخطاء البرمجية في تشغيل تجارب المختبر , وامكانية التشغيل المتعدد للتجارب (التي تتضمن توليد البيانات المتغيرة في كل مرة يتم فيها تحريك مكون من مكونات التجربة إذ يجب في كل مرة ان تظهر أرقام جديدة) وقام الباحثون بإجراء عرض تجريبي لمختبر الفيزياء بالمحاكاة اذ تتضمن الخطوات الآتية :
1- الدخول من خلال الواجهة الرسومية الرئيسة للمختبر والتي هي عبارة عن صفحة html ومن خلال النقر على احدى التجارب يتم الانتقال الى شاشة دخول المتعلم والتي تضم اسم المستخدم (User Name) و الرقم السري (Password).
2- بعد ادخال البيانات ينقر المتعلم زر دخول باستخدام مؤشر الفارة.
3- تظهر شاشة التجارب مرة اخرى فيختار المتعلم التجربة المستهدفة التي يستدل عليها المتعلم بكل سهولة وينقر عليها فيدخل الى شاشة وصف التجربة وبعدها ينقر على رابط التجربة .
4- ظهور التجربة المستهدفة على شاشة الحاسوب و تكون بحجم واضح و مزودة بالتعليمات و الأدوات التي تمكن الطالب من إجراء التجربة و إعادة إجراءها و تسجيل البيانات و المعلومات التي يحصل عليها المتعلم.
5- الحصول على التغذية الراجعة في أثناء إجراء التجربة أو بعد إتمامها .
ـ الإخراج النهائي :
إذ يتم استكمال الإجراءات النهائية لتجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة وتصحيح الأخطاء ان وجدت .
و من خلال مراحل التجريب السابقة تمكن الباحثون من التاكد من صدق وكفاءة تجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة .
الاستنتاجات :
ومن خلال العرض السابق للبحث يمكن تضمين عدد من الاستنتاجات هي :
- المحاكاة تساعد على تشجيع المتعلمين في البقاء اكثر في بيئة التعلم كما أنها تساعد على بناء تفاعل أكثر حيث تعطيهم تجارب حية لا يتمكنون من الحصول عليها عن طريق المدرس أو الكتاب.
- يقدم مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الخبرات التي يكتسبونها في بيئات آمنة والحصول على تغذية مرتدة سريعة لنشاطاتهم .
- امكانية انشاء بيئات تعلم تفاعلية التي يمكن تشغيلها كتطبيقات مستقلة على الاقراص المدمجة او نشرها على شبكة الانترنت.
- تصحيح الفهم الخاطئ للمفاهيم العلمية من خلال تجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية.
المصادر:
1- زغلول , عاطف حامد (2003):فاعلية المحاكاة باستخدام الكومبيوتر في تنمية المفاهيم العلمية لدى الاطفال الفائقين بمرحلة رياض الاطفال , المؤتمر السابع للجمعية المصرية للتربية العملية , كلية التربية بجامعة عين شمس , القاهرة.
2- زيتون , حسن حسين (2005): رؤيا جديدة في التعليم – التعليم الالكتروني , المفهوم , القضايا , التطبيق , التقييم , الدار للنشر و التوزيع , الرياض .
3- زيتون , عايش وطلال الزعبي ( 1986 ) : " اثر استخدام المختبر على تنمية مهارات التفكير العلمي لدى طلبة الصف الثاني الثانوي العلمي في الأردن " , المجلة التربوية , المجلد الثالث , العدد التاسع , جامعة الكويت , كلية التربية , الكويت .
4- سويفي ,محمود صديق (2003) :تقويم استخدام شبكات الكومبيوتر و الانترنت في ضوء مفهوم وسائط تكنلوجيا التعليم المتعددة ,( رسالة ماجستير غير منشورة )كلية التربية , جامعة اسيوط .
5- سيد , عيد الحليم فتح الباب (1995): الكومبيوتر في التعليم , عالم الكتب , القاهرة .
6- العمودي , محمد سعيد (2005) : دور تقنيات المعلومات والاتصالات في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية , مركز الحاسب الالي , جامعة عدن , اليمن .
7- عميره , ابراهيم بسيوني وفتحي الديب ( 1982 ) : تدريس العلوم والتربية العلمية , ط7 , دار المعارف , القاهرة.
8- قلادة, فؤاد سليمان (1979):اساسيات المناهج ,ط2 , الاسكندرية , دار المطبوعات الجديدة .
9- لبيب , رشدي ( 1986 ) : معلم العلوم – مسؤولياته – أساليب عمله – أعداده – نموه العلمي والمهني , مكتبة الانجلو المصرية , القاهرة.
10- Aldrich ,Clark (2004): Simulations and the future of learning, Published by Pfeiffer An Imprint of Wiley 989 Market Street, San Francisco, CA94103-1741.
11- Avradinis ,Nikos,& Spyros Vosinakis, Themis Panayiotopoulos (2001): Using Virtual Reality Techniques for the Simulation of Physics Experiments Dept. of Informatics, University of Piraeus, Knowledge Engineering Laboratory, 80 Karaoli & Dimitriou Str, 18534 Piraeus, Greece.
12- Billings, D. & Halstead, J. (1998): Teaching in nursing: a guide for faculty.
13- Chu, K. C.(1999): What are the benefits of a virtual laboratory for student learning. HERDSA Annual International Conference, Melbourne, 12-15 July.
14- Ding ,Yimin& Hao Fang,(2009): "Using a Simulation Laboratory to Improve Physics Learning: A Case Exploratory Learning of Diffraction Grating," etcs, vol. 3, 2009 First International Workshop on Education Technology and Computer Science.
15- Firmeza, J. N. &, Ramos, M. S.( 1998): “Designing a Distance Learning Teleproducts System Supported On The Web”, AACE ED-MEDIA World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia & Telecommunications.
16- Gaba, D. (1997): Simulators in Anesthesiology. Advances in Anesthesia, .
17- Garrison, P (1985): Simulators Yesterday, Today, and tomorrow. In Flying Without Wings: A Flight Simulation Manual (pp. 1-30). Blue Ridge Summit, PA: TabBooks Inc.
18- Harlen, Wynne (1999): Effective Teaching of Science- A Review of Research, the Scottish Council for Research in Education, Glasgow
19- Kovalchick ,Ann & Kara Dawson(2003): Education and technology, printed on acid-free paper Manufactured in the United States of America.
20- Martinez-Jimenez, P.& Pontes-Pedrajas, A.; Polo, J.; Climent-Bellido, M.S. (2003): Learning in chemistry with virtual laboratories. Journal of Chemical Education, 80, (3).
21- McFadden,Charles P.(1980):World Trends in Science Education . Nova,Scotia,Canada,National School Services,Ltd.
22- Olsted, M.P (1972): Chemistry Teacher’s Guide. Parker Co., New York.
23- Reed, J.A. & Afjeh, A. A., (1998): “Developing Interactive Educational Engineering Software for the World Wide Web with Java”, Computers & Education, 30.
24- William M MacDonald, Edward F. Redish and Jack M. Wilson.(1988) : The M.U.P.P.E.T Manifesto, Computer in Physics education July/ Aug. 23.
25- Tlaczala, W. M. Zaremba, A. Zagorski and G. Gorghiu (2006): Virtual physics laboratory for distance learning developed in the frame of the VccSSe European project , This work was funded through the Socrates-Comenius 2.1. European project 128989-CP-1-2006-1- RO-COMENIUS-C21: “VccSSe - Virtual Community Collaborating Space for Science Education”. The support offered by
the Education, Audiovisual and Culture Executive Agency is gratefully acknowledged.
26- Yaseen , Wathiq Abdul Kareem, Zeinab Hamzah Raji ,Rukaya Hamzah. Raji (2009):Designing Course Of Science Based Upon Constructing Knowledge and Active Experimental By Using Moodle Implementation . The 4th International Conference on Interactive Mobile and Computer Aided Learning, IMCL2009,. April 21 – 24 Amman, Jordan .pp(306-309).
اهمية البحث و الحاجة اليه:
الفيزياء علم طبيعي معني بدراسة القوانين العامة للمادة و الطاقة باشكالها المختلفة وبدراسة جميع التفاعلات الموجودة في الطبيعه . فهو يعالج الحركة و الزمن و تركيب وبنية الاجسام , ويعالج الصوت و الضوء و الذرات و النجوم و الكواكب , وتحولات المادة و الطاقة و غير ذلك من الظواهر الفيزيائية . وهو بذلك يعطينا فهما للكون الذي نعيش فيه , ذلك الفهم الذي يحول الاحداث و الظواهر المختلفة التي نرصدها الى افكار و مبادئ لها انتظامات معينة و مميزة وتلك هي المفاهيم الفيزيائية , التي تتابع و تترابط مع بعضها وتحمل من المعاني ما لا تحملة الحقائق المنفردة .
ان مناهج العلوم ومنها الفيزياء بوصفها تتضمن معلومات علمية متنوعة , يتعين عليها ان تتخذ من تلك المعلومات وسيلة لتحقيق الاهداف المرجوة , وان يتم ربط تلك المعلومات ربطا وظيفيا بحاجات و مشكلات المتعلم(قلادة,1979,ص:150).ويضيفMcFadden,1980) ) ايضا ان تدريس العلوم بصورة عامة و تدريس الفيزياء بصورة خاصة , يرمي الى تزويد المتعلم بالمعلومات العامة و الخاصة , وتمكينه من فهم لغة العلوم , و المدخل العلمي الصحيح لدراسة العلوم , و على ذلك يتعين وضع المتعلم في مواقف تعليمية تمكنة على قدر الامكان ان يندفع للبحث عن التفسيرات للظواهر الطبيعية من حوله (McFadden,1980,p:165) .
يكتسب العمل المختبري أهمية بالغة في دراسة علم الفيزياء لكونه علم يقوم على أجراء التجارب المختبرية متخذا من استخدام الأدوات والأجهزة والوسائل التطبيقية وكفاية مناسبة من المهارات العملية والذهنية المتكاملة لأداء العمل المختبري سبيلاً لذلك.
فالعمل المختبري من شأنه أن يؤدي إلى رفع كفاية تعلم المعرفة الفيزيائية إذ ما أحسن استخدام طرائق تدريسية مناسبة , مما يعني أدراك الطلبة نفع المفاهيم والمبادئ والنظريات في حياتهم العملية , وأخذهم لتلك المعلومات الفيزيائية بوساطة العمل والتطبيق , وتقريب الأفكار النظرية بوسائل التحسس بها لترسيخها في أذهانهم , وكيفية استثمارها في مجالات الحياة المختلفة.
وقد أشار ( Olsted , 1972) لأهمية التجارب في تدريس المواد العلمية، بوصفها منبع المعرفة الناتجة عن تفاعل الفرد المباشر مع البيئة الطبيعية , كما عدّها موقفاً مصطنعاً مضبوطاً لدراسة أبعاد الظاهرة العلمية وتحري أسبابها تحت ظروف معينة ( Olsted , 1972 , p:51 ) . فالتجربة أعظم ركيزة للاكتشاف والاستقصاء , فالمتعلم يحدد فيها المشكلة المعروضة ويضع الفرضية ذات العلاقة بالمشكلة وبالتالي يقترح وينفذ فعلياً الطريقة الخاصة باختبارها (زيتون وطلال ,1986 ,ص:96).
وبالصدد ذاته أشار (لبيب,1986) أن التجارب تحتل مكاناً بارزاً في تدريس مواد العلوم ، فالتجربة العلمية بمعناها السليم وسيلة أساسية لجمع البيانات و اختبار صحة الفرضيات و الوصول إلى حل مشكلة ما (لبيب , 1986 , ص:174 ) فالعمل المختبري يدرب الطلبة على استخدام الأجهزة وتعرفهم بتركيبها والنظريات التي بنيت عليها , وتعويدهم العناية والمحافظة عليها , والتخطيط لأجراء التجارب , واستخدام أجهزة القياس المختلفة كقياس المقاومات الكهربائية وشدة التيار الكهربائي والقوة الدافعة الكهربائية وغيرها , واستخلاص المعلومات من الجداول والرسوم البيانية ( عميره وفتحي , 1982, ص: 117 ).
وفي تدعيم لهذا الاتجاه لخص (Harlen , 1999 ) أهمية العمل المختبري بناءاً على نتائج العديد من الأبحاث بقوله أنه أعطى نتائج مؤكده في إثارة الدافعية للتعلم , وتعلم المهارات , وتعزيز التعلم المفاهيمي , وأنه جوهر الطريقة العلمية فضلاً عن تنمية الاتجاهات العلمية للطلبة (Harlen , 1999,p:7 ) .
و اذ أن الكثير من الأساليب و الأدوات المستخدمة في المختبر التقليدي لم تعد تفي بحاجة المتعلمين لاسباب عديدة, لذا ظهرت الحاجة إلى تفعيل و استغلال أحدث تقنيات العصر للوصول إلى تعلم و تعليم فعال وذلك من خلال استخدام المستجدات على مستوى التقنيات و الاتصالات و استغلالها لتطوير تدريس الفيزياء عملياّ, ومن هذه المستجدات امكانيات الحاسوب الفنية بما يوفره من مميزات تعليمية كثيرة لذا انصب الاهتمام على الاستفادة من تطبيقات الحاسوب في ايجاد بيئة تعلمية تفاعلية نشطة آمنه تحاكي الواقع ومن هذه التطبيقات مختبرات المحاكاة الافتراضية والتي تعد مكتبة من البرمجيات التي تضم مجموعة من تجارب المحاكاة التفاعلية تغطي معظم موضوعات مناهج الفيزياء الحديثة كما تسهل عملية الفهم بجعل الاشياء مرئية فضلا عن كونها تفاعلية , فالمتعلم يمكن ان يعدل في الفولتية او انواع القوة ويرى بشكل بصري ما يحدث من تاثير في التجربة مثلا رؤية تاثيرات مخفية مثل الشحنات او درجات الحرارة , القوة او الجزيئات المشعة . فمن خلال تجارب المحاكاة الافتراضية يتمكن المتعلم من تطوير قدراته و مهاراته الادراكية اذ تسمح له بالملاحظة العلمية الدقيقة و استخدام العمليات المعرفية و الادراكية في الاستنتاج و تسجيل نتائج التجارب William & Edward.,1988,p: 23) ).
واشار (Martinez&et.al, 2003) لاهميته مختبر المحاكاة الافتراضي في امكانية محاكاة التجارب الخطرة او التجارب التي تحتاج الى اجهزة معقدة , ومن خلاله يمكن التغلب على الكثير من الصعوبات في اجراء التجارب وتقديمها بشكل يحاكي الواقع دون مشاكل في عملية اجرائها Martinez&et.al, 2003,p:346)) . لذا يتجه العمل المختبري حاليا الى تكنولوجيا الواقع الافتراضى Virtual Reality فى محاوله للتغلب علي مشكلات الواقع الحقيقي، وتعتبر المحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية أحد المجالات الرائدة في الأخذ بتكنولوجيا الواقع الافتراضي وتطويعها للتغلب علي مشكلات الواقع التعليمي .
وتظهر الحاجة للبحث من خلال الاتي:
1- ان الكثير من المفاهيم الفيزيائية والعلاقات فيما بينها تكون على درجة عالية من التعقيد و التجريد وتحتاج الى التفاعل معها لفهمها وليس تلقيها فقط,وهذا يتطلب ان يكون المتعلم ايجابيا ونشطا ليتوصل الى بناء المعرفة بنفسه .
2- هناك الكثير من الدراسات التي تؤكد على تعلم المهارات والذي يتم عن طريق نمذجتها او محاكاتها.
3- قد يتعرض المتعلم للمخاطر عند قيامه بأنشطة وتجارب معينة مثل التيار الكهربائي و ربط الدوائر الكهربائية عند العمل في المختبر التقليدي .
4- تكلف المؤسسة التعليمية ضررا ماديا كبيرا في حالة تلف الأجهزة او احد اجزائها التي يتدرب عليها المتعلم.
5- اشباع حاجات المتعلم وحبه للاستطلاع الامن في التجريب و المحاولة و الخطا فالتعلم الاستكشافي في المختبرات التقليدية قد يتضمن عامل الخوف من التجريب اذا ادى إلى نتائج لا يمكن أصلاحها .
هدف البحث:
يهدف البحث الحالي الى تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية وذلك من خلال الاجابة على الاسئلة الاتية:
1. ما مزايا مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
2. ما مكونات مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
3. ما مراحل تصميم و تنفيذ مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية ؟
تحديد المصطلحات:
1- المحاكاة Simulation :
المحاكاة عملية تمثيل أو إنشاء مجموعة من المواقف تمثيلاً أو تقليداً لأحداث من واقع الحياة حتى يتيسر عرضها والتعمق فيها لاستكشاف أسرارها والتعرف على نتائجها المحتملة عن قرب . وتنشأ الحاجة إلى هذا النوع من البرامج عندما يصعب تجسيد حدث معين في الحقيقة نظراً لتكلفته أو لحاجته إلى إجراء العديد من العمليات المعقدة (سيد ,1995 , ص: 96).
2- المحاكاة التجريبية : مواقف تعليمية تمثل العالم الحقيقي (تجارب) وفيها يدخل المتعلم ويقوم باجراء التجربة و تسجيل البيانات وطورت لتزويد المتعلم بالتفاعلات في الحالات الخطرة جدا او الغالية (Kovalchick & Kara 2003 ,p:518).
3- مختبر الفيزياء بالمحاكاة الافتراضي :
عرفه Reed & Afjeh وهو استخدام (HTML and Java) في انشاء بيئة تعلم والتفاعل يتم من خلال مكونات (HTML and Java) ,( Reed & Afjeh,1998, pp:. 183-194.).
اما من وجهة نظر Firmeza & Ramos فانها بيئة التعلم المستخدم فيها الوسائط الثنائية والثلاثية الابعاد وتستخدم Java كمعزز لصفحات HTML (Firmeza & Ramos,1998,p:4).
كما عرفه زيتون (2005) بانه بيئة تعليم وتعلم افتراضية تستهدف تنمية العمل المخبري لدى الطلاب وتقع هذه البيئة على احد المواقع في شبكة الانترنت و يضم الموقع عادة صفحة رئيسة ولها عدد من الروابط او الايقونات (الادوات) المتعلقة بالانشطة المختبرية و انجازاتها و تقويمها (زيتون,2005, ص:65).
الخلفية النظرية:
لقد استخدم التعليم بالمحاكاة منذ ثلاثينيات القرن الماضي عندما قدم (Edwin Fink,1930) محاكي الطائرة الاول (Gaba, 1997;p:55, Garrison, 1985,p: 1) , والمحاكاة تبنى على استخدام التعلم التجريبي و الملاحظة , وتتيح الفرصة للمتعلم للممارسة و التعلم وتوفر له بيئة تعلمية يمكن السيطرة عليها عند الخطا و المحاكاة هي مثال ممتاز لتطبيق نظرية التعلم الادراكية لانها تدفع المتعلم لكي يكون نشط في موقف التعلم و يتطلب منه استخدام المعرفة السابقة و المهارات والتوجه نحو الهدف (Billings & Halstead, 1998,p:21).
ولقد شاع استخدام التعلم بالمحاكاة في كثير من المجالات في قيادة السيارات وفي المجال العسكري و مجال الطب وغيرها , اذ يوضع المتعلم في موقف يشبة المواقف في الحياة الواقعية ليقوم باداء دوره فيها ويكون مسؤلا عن اتخاذ القرارات وان اخطا لا يترتب على خطئه خطورة . وفي الوقت الحاضر تعد المحاكاة اهم استخدامات الكومبيوتر في التعلم الفعال اذ تنقل المتعلم الى بيئة تفاعلية تسمح له بالتجريب الامن و الاستمتاع و القيام بالتجارب والتوصل الى النتائج (زغلول ,2003,ص:218).
ولتحقيق هدف البحث حدد الباحثون مزايا المختبر بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية وهي كما ياتي :
1- يضم برامج محاكاة جيدة تقدم سلسلة من الأحداث الواضحة للمتعلم والتي تتيح له الفرصة للمشاركة الإيجابية في تجارب المحاكاة , وتقدم للمتعلم العديد من الاختيارات التي تناسبه .
2- الاستعانة بالصوت والصور والرسوم الثابتة و المتحركة الواضحة والدقيقة.
3- توجيه المتعلم التوجيه السليم لدراسة تعتمد على تحكم المتعلم في بيئة التعلم .
4- توفير قاعدة كبيرة من المعلومات التي يمكن أن يلجأ إليها المتعلم لتساعدة في فهم موضوع التجربة.
5- يسمح للمتعلم بارتكاب أخطاء لا تكون نتائجها سيئة على المتعلم او المؤسسة التعليمية.
6- يسمح للمتعلم بالاستقلالية في اتخاذ القرار في عملية التعلم.
7- تقديم مواقف تعليمية غير تقليدية بالنسبة للمتعلم وذلك بشكل يثير تفكيره و يستخدم إمكانات الحاسب المتقدمة والتي لا تتمتع بها الوسائط الأخرى .
(سويفي,2003,ص: 163)
8- يمكن دراسة العمليات والإجراءات التي يصعب دراستها بالطرق التقليدية .
9- اتاحة الفرصة لتطبيق بعض المهارات التي تم تعلمها في مواقف ربما لا تتوافر للمتعلم الفرصة لتطبيقها في بيئة حقيقية .
10- تسمح بتسريع نتائج التجارب وتوفير الفرصة لروية نَتائِجِ عملِ قَدْ ياخذ عِدّة سنوات للإداء .
11- تتيح للمتعلم التواجد في مكان او زمان لا يمكن الوصول اليه مباشرة.
(p:37,Aldrich2004).
12- وتجارب المحاكاة التجريبية الافتراضية تجعل المتعلم يكامل مفاهيم متعددة , وتزيد من القدرة على الاحتفاظ و زيادة الحافز للتعلم (Chu,1999,p:2).
13- كما يعد مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية أداة فعاله في التعلم إذ يكامل بين :
التعلم النشط : يتعلم المتعلم بشكل أفضل خلال الأنشطة التي تتطلب منه اشتراكا نشيطا.
التعلم التجريبي: يوفر مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية تعلم في بيئة آمنة اذ يمكن للمتعلم معايشة التجربة و ممارستها .
أنماط التعلم : يلبي مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية حاجات المتعلمين و توقعاتهم من خلال توفير التعلم المناسب لأنماط تعلمهم (الصوري , السمعي , الحركي) .
التعلم التشاركي : يزيد مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية من التفاعل الاجتماعي للمتعلم من خلال تبادل الاراء مع الاقران او المدرس .
ومن وجهة نظر (Randall Kindley) المحاكاة التجريبية الافتراضية طريقة من طرق التعليم الالكتروني فهي تسمح للمتعلم باعادة التجربة بدون الخوف من الفشل وعن طريقها يمكن ان نعدل السلوك و الاداء للمتعلم فالمتعلم يختار التجربة و يتابع عملها بنفسة ويتحكم في متغيراتها (Randall Kindley,2002,pp:2-3).
خصائص المحاكاة التجريبية الافتراضية:
تقدم للمتعلم تجارب تفاعلية يصعب اجرؤها في العالم الحقيقي , وتعمل على بناء المعرفة لدية كما تزودة باستبصار لتطبيق المعرفة في مواقف جديدة و تتكون المحاكاة التجريبية من عدة مكونات هي :
- سيناريو التجربة او المشكلة المعقدة و الذي ياخذ اتجاهات عديدة .
- تحديد ادوار المتعلمين و التي تتضمن المسؤوليات و المصادر و المحددات .
- سيطرة المتعلم في اتخاذ القرارات.
- تغير في المشكلة او التجربة نتيجة لاجراءات يقوم بها المتعلم .
- يقوم الحاسوب بتعديل البيانات كلما قام المتعلم باجراء معين .
والمحاكاة التجريبية تعمل على تجسير الفجوة بين قاعة الدرس و العالم الحقيقي وتعمل على تصحيح الفهم الخاطئ للمفاهيم العلمية(Kovalchick & Kara 2003 ,pp:519-520).
الاعتبارات الواجب مراعاتها في برامج المحاكاة:
1- التخطيط الجيد والبرمجة الصحيحة لتصبح المحاكاة فعالة ومؤثرة وشبيهة بالظروف الطبيعية .
2- توافر أجهزة الحاسب ومعدات Hardware ذات مواصفات خاصة .
الدراسات السابقة :
1- دراسة (العمودي , 2005)
اجريت الدراسة في جامعة عدن و هدفت الى معرفة دور تقنيات المعلومات والاتصالات في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية , كما ابرزت مفهوم تقنيات المعلومات والاتصالات (ICT) ودورها في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية وذلك من خلال العديد من التطبيقات التربوية التي أمكن فيها استخدام هذه التقنيات لتحسين العملية التعليمية وتطويرها وفق أنماط واستراتيجيات مختلفة ومتنوعة منها طريقة المحاكاة بالحاسب.
كما هدفت هذه الدراسة إلى توضيح الأهمية التعليمية لطريقة المحاكاة بالحاسب في تعزيز التعلم بالاستكشاف لدى الطالب كذلك إبراز إمكانيات تقنيات المعلومات والاتصالات في توفير أدوات إنتاج االتمارين التعليمية التي يمكن الحصول عليها مباشرة من شبكة الإنترنت وتعديلها وفق حاجة المستخدم. كما استعرضت عدداً من التمارين التعليمية الفيزيائية التي تم إعداد بعض منها وترجم بعضها الآخر بمساعدة ادوات Physlets على وفق الأهداف التربوية المطلوب تحقيقها التي تؤكد امكانية نجاح هذه االتمارين في تحقيق هذه الاهداف عند اختيار الوقت والمقرر المناسبين لتقديمها للطلاب (العمودي , 2005 ,ص :1-2).
2-دراسة (Avradinis & et.al ,2001)
اجريت هذه الدراسة في اليونان اذ هدفت الى استخدام تقنيات الواقع الافتراضي لمحاكاة تجارب الفيزياء , حيث قام الباحثون بتطوير الوسائط المتعددة الكلاسيكية اي ذات البعدين واعتماد الوسائط المتعددة الثلاثية الابعاد في تطوير مختبر الفيزياء الافتراضي لانتاج مستوى عالي من التفاعل حيث المتعلم قادر على التفاعل في عالم ثلاثي الابعاد و يؤدي التجارب في الوقت الحقيقي , اذ يمكن للمتعلم في العالم الافتراضي ان يغير مواقع الاجسام واعادة توجيهها وتركها تتفاعل مع بعضها , ويتكون المختبر من ثلاثة اجزاء مختلفة , احدها يتكون من العناصر المنطقية , ويكون مسؤول عن العروض المستندة الى المحاكاة بتطبيق المبادئ و القوانين وهذا يشير الى عالم التجربة , الجزء الاخر هو محرك افتراضي ثلاثي الابعاد والذي يتعامل بالعروض البصرية للمختبر ويجعل المتعلم يكون وجهة نظره طبقا لموقعه في الفضاء الافتراضي الجزء الثالث وهو (interface) والذي يقدم مهمة تفاعل المتعلم مع الحاسوب ضمن المحتبر و تحول اعمال المتعلم الى بيانات في المكون المنطقي , وكل جزء من المختبر طبق بتقنية مختلفة منها (HTML, Java and VRML. Prolog) (Avradinis & et.al ,2001,p:3).
3-دراسة (Tlaczala& et.al,2006)
اجريت هذه الدراسة ضمن مشروع مشترك وهدفت الى تطويرمختبر الفيزياءِ الإفتراضيِ للتعليم عن بعدِ في إطار مشروعِ VccSSe الأوروبي , وقدمت خمسة فئات من تجارب الفيزياء بالمحاكاة السهلة الوصول عن طريق الانترنت , ومنها: قوانين الغازات , نقل الحرارة و الرنين الكهربائي , و طور المختبر باستخدام برمجيات مختبر (LabVIEW) مع تحكم عن بعد و المتعلم يمكنه ان يفتح الرابط في المتصفح ويمكنه اجراء التجارب و جمع البيانات , وهذا المختبر مقدم للمتعلمين للاستفادة من تطبيق ادوات المختبر الافتراضي في قاعات الدروس كما ان المختبر مقدم لتدريب المعلمين اثناء الخدمة للاستخدام الادوات الافتراضية في مناطق العالم المختلفة (Tlaczala & et.al,2006 p:467 ).
4-دراسة ( Ding& Hao Fang 2009)
استخدام مختبر المحاكاةِ لتَحسين تَعَلّم الفيزياءِ دراسة استكشافية لتعلم انكسار الضوء ركزت الدراسة على تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة لمساعدة الطلبة على فهم قوانين و مفاهيم الفيزياء , وعد الباحثان بيئة التعلم بالمحاكاة من خلال تقديم بيئات عرض قوية وداعمة لمفاهيم الفيزياء, في هذه الدراسة قدم الباحثان تجارب محاكاة لانكسار الاشعة و انحراف الضوء , باستخدام برمجة (C++) وفي هذه التجربة يمكن للطلبة تعديل بارامتر التجربة واستكشاف قانون الانكسار وطبقت هذه التجربة على (64) طالب من طلبة الكلية لمعرفة اثر تجارب المحاكاة بالحاسوبِ في التعلم الاستكشافي , واظهرت نتائج الدراسة تفوق المجموعة التي درست التجربة بالمحاكاة الافتراضية في مهارات البحث وتحسين القدرات الاستكشافية Ding& Hao Fang 2009 ,pp:3-6)).
ويرى الباحثون من خلال عرض الدراسات السابقة الى انها اكدت على اهمية تعليم تجارب الفيزياء بالمحاكاة الافتراضية اذ تقدم للمتعلم مستوى تعلم افضل وبيئة آمنه , واجراء تجارب الفيزياء بالمحاكاة يؤدي الى تطوير قدرات البحث و الاستكشاف و يقوي حب الاستطلاع ويزيد من دافعية المتعلم , و استخدام التجارب المصممة بلغة الجافا لانها تقدم تفاعل افضل واستخدام صفحات html لما لها من تاثيرات ومرونة في تضمين الراوبط والوسائط المتعددة وسهولة ابحار المتعلم وتصفح المختبر .
إجراءات البحث :
اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية:
حدد الباحثون اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية بما ياتي:
1- توفير فرص التعلم التجريبي واكساب المتعلم المعرفة العلمية , والاحتفاظ بها وانتقال اثر تعلمها الى مواقف جديدة .
2- اكتساب المتعلم المهارات العلمية مثل جمع البيانات وتسجيلها وعمل الرسوم البيانية و البحث عن مصادر المعلومات عبر شبكة الانترنت .
3- اكتساب و ممارسة عمليات العلم الاساسية و المتكاملة كالملاحظة والقياس و الاستدلال والتجريب .
4- اتاحة فرص التعلم الذاتي وتطبيق الطريقة العلمية في استقصاء المعرفة العلمية وحل المشكلات .
مكونات مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية كبيئة تفاعلية:
المكونات المادية :
1- الاجهزة و المعدات المختبرية وقاعة منظمة كبيئة مختبرية
2- وتتمثل باجهزة الكومبيوتر المربوطة بالشبكة المحلية او العالمية , ليتمكن المتعلم من الدخول للمختبر مباشرة اثناء الدوام , او الدخول عن بعد على شبكة الانترنت في أي زمان ومكان .
3- توفر معدات الاتصال بشبكة الانترنت .
المكونات البرمجية:
1- برامج لادارة المختبر الفيزياء بالمحاكاة والوصول الى مصادر المختبر.
2- برامج لتشغيل وعرض التجارب الفيزيائية التفاعلية.
3- قواعد بيانات SQL.
4- روابط لمواقع على شبكة الانترنت .
التصميم التعليمي للمختبر الفيزياء بالمحاكاة:
اعتمد الباحثون انموذج ADDIE لما له من مرونة في تصميم البرامج التعليمية (اذ هو الإجراءات المنهجية المنظمة اللازمة لتنظيم البرنامج التعليمي وتطويره وتنفيذه وتقوميه بما يتفق والخصائص الإدراكية للمتعلم والذي يوفر للقائم بعملية التصميم إطار متكامل للعمل للحصول على مخرجات تعليمية أكثر كفاءة وفاعلية).
شكل (1) انموذج ADDIE Yaseen & et.al ,2009, p: 306))
مراحل تصميم مختبر الفيزياء بالمحاكاة وعلى وفق انموذج ADDIE:
1- التحليل:
- تحديد فئة المتعلمين : وهم طلبة قسم الفيزياء كلية التربية .
- تحديد اهداف مختبر الفيزياء بالمحاكاة : فهم الظواهر الفيزيائية , والمفاهيم و العلاقات فيما بينها و تعلم التفاصيل المعقدة ليصل المتعلم الى مستوى عالي من التجريد,اتخاذ القرارات الصحيحة في العالم الواقعي بناء على فهم الظواهر في مختبر الفيزياء بالمحاكاة .
- جمع المادة التعليمية التعلمية : من الكتاب المدرسي او المحاضرات او الملخصات ,كما قام الباحثون بتبني عدد من التجارب الفيزيائية التفاعلية ذات الجودة العالية من مواقع الجامعات العالمية و التي تتوافق مع المعايير العالمية في جودتها و تناسب فئة المتعلمين و تنقلهم الى عالم افتراضي يعتمد على أسلوب المحاكاة والتي تزودهم بابعاد متقدمة من رؤية التجربة بإبعادها الثلاث وتحريك وتدوير ادواتها واعادة اجرائها . وتقدم صور متحركة تزود المتعلم بإضافة جديدة من السيطرة على المشاهد من حيث تكرار إعادتها كاملة أو أجزاء منها.
- خيارات التوصيل للمتعلم : يتم من خلال الشبكة المحلية او عن طريق الانترنت .
- تحديد مستوى المتعلم و انجازه: يتم من خلال اجراء اختبار بعد نهاية التجربة وايضا يكتب المتعلم تقرير عن التجربة ويرفعها الى المختبر .
2-التصميم :
- تحديد نشاطات التعلم وتقيمها واختيار طرق توصيلها.
- اختيار بيئةَ التعلم الملائمة و فحصها والتي تحقق الاهداف التعليمية للبرنامج او الموقف التعليمي و التي قد تتطلب مهارات معرفية ادراكية .
- كتابة الأهداف التعليمية المطلوب تحقيقها, وتحديد التجارب و درجة التفاعل فيها.
- تصميم محتوى الدروس و تكون معدة للاستخدام بشكل تفاعلي في الوسط الالكتروني.
3- التطوير : تحديد الوسائط المستخدمة في الموقف التعليمي من خلال :
- إضافة مصادر تعلم من شبكة الانترنت و تكون بصيغ متعددة مثل صور متحركة او أصوات او رسوم او فيديو.
- تحديد التفاعلات التعليمية المهمة و التي تقود المتعلم الى الإبداع و زيادة الدافعية للاستكشاف.
- وضع أنشطة تشجع على العمل الجماعي لخلق بيئة تعلم اجتماعية.
4- التنفيذ:
وضع الخطة او العمل في حيز التنفيذ وذلك من خلال :
- تركيب المختبر على الشبكة المحلية وتجريبه.
- ملاحظة حدوث أي مشاكل تقنية.
- وضع خطط طارئة للتعديل قبل استعمال المتعلم للبرنامج.
5- التقويم :
تقويم البرنامج من كافة المستويات ويكون التقويم نوعين , بنائي و يكون مع كل خطوة من خطوات البرنامج و تقويم ختامي للبرنامج ككل.
Yaseen & et.al ,2009, pp 306-309))
تركيب مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية على اجهزة الحاسوب في المختبر:
قام الباحثون بتهيئة البرامج التالية لتكون داعمة في عروض تجارب الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية لضمان عرض جيد خالي من الاخطاء و التوقفات اثناء اجراء التجربة من قبل المتعلم و من هذه البرامج هي :
1- المتصفح انترنت اكسبلورر.
2- برنامج الجافا لتشغيل التجارب المصممة بلغة الجافا.
3- برنامج مشغل الفلاش المتوافق مع المتصفح انترنت اكسبلورر لضمان ظهور العروض الفلاشية المتحركة التفاعلية و التي تضم عمليات السحب و الافلات لتحريك مكونات التجربة على واجهة المستخدم.
ويمكن الوصول الى مختبر الفيزياء بالمحاكاة عن طريق كل حاسوب مرتبط بالشبكة المحلية (Network) والتي تمكن دخول اعداد من المتعلمين لاجراء التجارب على نفس المختبر و ممكن للمدرس ان يشرف على اداء المتعلمين الذين ينظمون على شكل مجموعات صغيرة واجراء التجربة معا .
التصميم الفني لمختبر الفيزياء بالمحاكاة وخطة سير مختبر الفيزياء بالمحاكاة :
الواجهة الرئيسة للمختبر (الشاشة الاولى) :تكون الواجهة الرئيسة للمختبر صفحة html اذ تتوفر فيها كل معايير الصفحات الالكترونية وتتكون من :
1- اسم المختبر اعلى الشاشة (مختبر الفيزياء بالمحاكاة).
2- وسط الشاشة مقدمة قصيرة عن المختبر و اهدافة وصورة لمختبر الفيزياء.
3- اسفل الشاشة الحقوق الفكرية للباحثون كما وضعت الحروف الاولى من اسمائهم اعلى الشاشة في الزاوية اليمنى (WZR).
4- على الجهة اليمنى انواع التجارب الموجودة في المختبر ومنها:
- تحقيق قانون هوك باستخدام النابض الحلزوني.
- استخدام النابض الحلزوني لتعيين التعجيل الارضي .
- تعيين نصف القطر الدوراني للاسطوانة .
- تعيين الشد السطحي للسائل باستخدام انبوب شعري .
- تعيين سرعة الصوت في الهواء باستخدام انبوب الرنين.
- تحقيق قانون اوم وتعيين المقاومة النوعية لسلك .
شكل (2) واجهة المختبر الرئيسة
الشاشة الثانية (دخول المتعلم):
وتظهر للمتعلم عندما يختار احدى التجارب ويضغط عليها بزر الفارة وفيها تعليمات الدخول لمختبر المحاكاة ويطلب من المتعلم كتابة اسم المستخدم (User Name) و الرقم السري (Password) عند ادخال بيانات المتعلم بصورة صحيحة , ينتقل الشاشة الاخرى .
شكل (3) شاشة دخول المتعلم
الشاشة الثالثة (التجارب):
وتضم اسماء التجارب وتعرض بشكل عمودي وكل اسم هو رابط لتجربة شكل (4), وعندما ينقر المتعلم على اسم التجربة ينتقل الى شاشة وصف التجربة شكل (5)
شكل (4) شاشة التجارب
الشاشة الرابعة (وصف التجربة):
وتظهر الشاشة وصف تفصيلي لتجربة مثلا (تجربة النابض الحلزوني) :
يظهر جدول في وسط الصفحة مكتوب فيه:
- اسم التجربة
- مصمم التجربة
- صنف التجربة
- وصف قصير للتجربة لا يتعدى السطرين.
- نوع العرض (فلاشي , او جافا).
- رابط لعرض التجربة .
شكل (4) شاشة وصف التجربة
وعندما ينقر المتعلم على رابط التجربة تظهر التجربة الفيزيائية التفاعلية للمتعلم .
الدخول للتجربة :
تظهر واجهة المستخدم التفاعلية , تضم اسم التجربة , مكوناتها(عناصر و مكونات التجربة التي تظهر على الشاشة على شكل صور ثابتة او متحركة ) , يقوم المتعلم بتنفيذ التجربة بسحب وافلات العناصر ويقوم بتسجيل البيانات (البيانات التي تظهر نتيجة اجراء التجربة), ويحصل المتعلم على التغذية الراجعة (ظهور علامات او اصوات او صور متحركة تظهر خطا في اجراء التجربة او احدى خطواتها كان يقوم الطالب بربط الدائرة الكهربائية بصورة خاطئة فتحترق البطارية و تظهر النار المشتعلة فيها ... الخ) , وتمتاز التجارب بامكانية اعادة جراءها ( من قبل الطالب نفسة او بعدة طالب اخر).
وبعد انتهاء التجربة يرجع المتعلم الى الصفحة السابقة لاجراء الاختبار الخاص بالتجربة و تكون على شكل فقرات موضوعية تتعلق ببيانات التجربة ومن خلال اجابة المتعلم يحصل على التغذية الراجعة بصحة الاجابة او خطئها , و من ثم الطلب من المتعلم اجراء واجب خارجي كان يقوم برسم التجربة او اجابة اسئلة محددة عن التجربة وتكتب على شكل نصوص في برنامج الوورد او رسوم في برنامج الاكسل و يرفعها المتعلم الى المختبر ليطلع عليها مدرس المادة عن طريق (upload file).
اجراء العرض التجريبي لمختبر الفيزياء بالمحاكاة :
- التجريب الأولي :
قام الباحثون بعرض أولي لتاكد من عدم وجود الاخطاء البرمجية في تشغيل تجارب المختبر , وامكانية التشغيل المتعدد للتجارب (التي تتضمن توليد البيانات المتغيرة في كل مرة يتم فيها تحريك مكون من مكونات التجربة إذ يجب في كل مرة ان تظهر أرقام جديدة) وقام الباحثون بإجراء عرض تجريبي لمختبر الفيزياء بالمحاكاة اذ تتضمن الخطوات الآتية :
1- الدخول من خلال الواجهة الرسومية الرئيسة للمختبر والتي هي عبارة عن صفحة html ومن خلال النقر على احدى التجارب يتم الانتقال الى شاشة دخول المتعلم والتي تضم اسم المستخدم (User Name) و الرقم السري (Password).
2- بعد ادخال البيانات ينقر المتعلم زر دخول باستخدام مؤشر الفارة.
3- تظهر شاشة التجارب مرة اخرى فيختار المتعلم التجربة المستهدفة التي يستدل عليها المتعلم بكل سهولة وينقر عليها فيدخل الى شاشة وصف التجربة وبعدها ينقر على رابط التجربة .
4- ظهور التجربة المستهدفة على شاشة الحاسوب و تكون بحجم واضح و مزودة بالتعليمات و الأدوات التي تمكن الطالب من إجراء التجربة و إعادة إجراءها و تسجيل البيانات و المعلومات التي يحصل عليها المتعلم.
5- الحصول على التغذية الراجعة في أثناء إجراء التجربة أو بعد إتمامها .
ـ الإخراج النهائي :
إذ يتم استكمال الإجراءات النهائية لتجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة وتصحيح الأخطاء ان وجدت .
و من خلال مراحل التجريب السابقة تمكن الباحثون من التاكد من صدق وكفاءة تجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة .
الاستنتاجات :
ومن خلال العرض السابق للبحث يمكن تضمين عدد من الاستنتاجات هي :
- المحاكاة تساعد على تشجيع المتعلمين في البقاء اكثر في بيئة التعلم كما أنها تساعد على بناء تفاعل أكثر حيث تعطيهم تجارب حية لا يتمكنون من الحصول عليها عن طريق المدرس أو الكتاب.
- يقدم مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الخبرات التي يكتسبونها في بيئات آمنة والحصول على تغذية مرتدة سريعة لنشاطاتهم .
- امكانية انشاء بيئات تعلم تفاعلية التي يمكن تشغيلها كتطبيقات مستقلة على الاقراص المدمجة او نشرها على شبكة الانترنت.
- تصحيح الفهم الخاطئ للمفاهيم العلمية من خلال تجارب مختبر الفيزياء بالمحاكاة التجريبية الافتراضية.
المصادر:
1- زغلول , عاطف حامد (2003):فاعلية المحاكاة باستخدام الكومبيوتر في تنمية المفاهيم العلمية لدى الاطفال الفائقين بمرحلة رياض الاطفال , المؤتمر السابع للجمعية المصرية للتربية العملية , كلية التربية بجامعة عين شمس , القاهرة.
2- زيتون , حسن حسين (2005): رؤيا جديدة في التعليم – التعليم الالكتروني , المفهوم , القضايا , التطبيق , التقييم , الدار للنشر و التوزيع , الرياض .
3- زيتون , عايش وطلال الزعبي ( 1986 ) : " اثر استخدام المختبر على تنمية مهارات التفكير العلمي لدى طلبة الصف الثاني الثانوي العلمي في الأردن " , المجلة التربوية , المجلد الثالث , العدد التاسع , جامعة الكويت , كلية التربية , الكويت .
4- سويفي ,محمود صديق (2003) :تقويم استخدام شبكات الكومبيوتر و الانترنت في ضوء مفهوم وسائط تكنلوجيا التعليم المتعددة ,( رسالة ماجستير غير منشورة )كلية التربية , جامعة اسيوط .
5- سيد , عيد الحليم فتح الباب (1995): الكومبيوتر في التعليم , عالم الكتب , القاهرة .
6- العمودي , محمد سعيد (2005) : دور تقنيات المعلومات والاتصالات في تعزيز استخدام الطرق الحديثة في تدريس الفيزياء الجامعية , مركز الحاسب الالي , جامعة عدن , اليمن .
7- عميره , ابراهيم بسيوني وفتحي الديب ( 1982 ) : تدريس العلوم والتربية العلمية , ط7 , دار المعارف , القاهرة.
8- قلادة, فؤاد سليمان (1979):اساسيات المناهج ,ط2 , الاسكندرية , دار المطبوعات الجديدة .
9- لبيب , رشدي ( 1986 ) : معلم العلوم – مسؤولياته – أساليب عمله – أعداده – نموه العلمي والمهني , مكتبة الانجلو المصرية , القاهرة.
10- Aldrich ,Clark (2004): Simulations and the future of learning, Published by Pfeiffer An Imprint of Wiley 989 Market Street, San Francisco, CA94103-1741.
11- Avradinis ,Nikos,& Spyros Vosinakis, Themis Panayiotopoulos (2001): Using Virtual Reality Techniques for the Simulation of Physics Experiments Dept. of Informatics, University of Piraeus, Knowledge Engineering Laboratory, 80 Karaoli & Dimitriou Str, 18534 Piraeus, Greece.
12- Billings, D. & Halstead, J. (1998): Teaching in nursing: a guide for faculty.
13- Chu, K. C.(1999): What are the benefits of a virtual laboratory for student learning. HERDSA Annual International Conference, Melbourne, 12-15 July.
14- Ding ,Yimin& Hao Fang,(2009): "Using a Simulation Laboratory to Improve Physics Learning: A Case Exploratory Learning of Diffraction Grating," etcs, vol. 3, 2009 First International Workshop on Education Technology and Computer Science.
15- Firmeza, J. N. &, Ramos, M. S.( 1998): “Designing a Distance Learning Teleproducts System Supported On The Web”, AACE ED-MEDIA World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia & Telecommunications.
16- Gaba, D. (1997): Simulators in Anesthesiology. Advances in Anesthesia, .
17- Garrison, P (1985): Simulators Yesterday, Today, and tomorrow. In Flying Without Wings: A Flight Simulation Manual (pp. 1-30). Blue Ridge Summit, PA: TabBooks Inc.
18- Harlen, Wynne (1999): Effective Teaching of Science- A Review of Research, the Scottish Council for Research in Education, Glasgow
19- Kovalchick ,Ann & Kara Dawson(2003): Education and technology, printed on acid-free paper Manufactured in the United States of America.
20- Martinez-Jimenez, P.& Pontes-Pedrajas, A.; Polo, J.; Climent-Bellido, M.S. (2003): Learning in chemistry with virtual laboratories. Journal of Chemical Education, 80, (3).
21- McFadden,Charles P.(1980):World Trends in Science Education . Nova,Scotia,Canada,National School Services,Ltd.
22- Olsted, M.P (1972): Chemistry Teacher’s Guide. Parker Co., New York.
23- Reed, J.A. & Afjeh, A. A., (1998): “Developing Interactive Educational Engineering Software for the World Wide Web with Java”, Computers & Education, 30.
24- William M MacDonald, Edward F. Redish and Jack M. Wilson.(1988) : The M.U.P.P.E.T Manifesto, Computer in Physics education July/ Aug. 23.
25- Tlaczala, W. M. Zaremba, A. Zagorski and G. Gorghiu (2006): Virtual physics laboratory for distance learning developed in the frame of the VccSSe European project , This work was funded through the Socrates-Comenius 2.1. European project 128989-CP-1-2006-1- RO-COMENIUS-C21: “VccSSe - Virtual Community Collaborating Space for Science Education”. The support offered by
the Education, Audiovisual and Culture Executive Agency is gratefully acknowledged.
26- Yaseen , Wathiq Abdul Kareem, Zeinab Hamzah Raji ,Rukaya Hamzah. Raji (2009):Designing Course Of Science Based Upon Constructing Knowledge and Active Experimental By Using Moodle Implementation . The 4th International Conference on Interactive Mobile and Computer Aided Learning, IMCL2009,. April 21 – 24 Amman, Jordan .pp(306-309).
» استخدام طريقة العروض العملية في تدريس العلوم
» Ten ways to improve Education
» مقتطفات من تصميم وحدة الإحصاء في الرياضيات
» تدريس مقرر تقنية المعلومات والاتصالات
» تدريس مقرر تقنية المعلومات والاتصالات
» الواجبات خلال الترم 5
» الواجبات خلال الترم4
» الواجبات خلال الترم3