امروزه تلاش‌ها به‌سمت مشارکت‌دادن هرچه بیشتر دانش‌آموزان در فعالیت‌های آموزشی پیش می‌رود و همواره سعی می‌شود آن‌ها را از توجه فزاینده به دانش محتوایی، به‌سمت رویکردهای شایستگی‌محور سوق دهند؛ به‌گونه‌ای که دانش‌آموزان بر استفاده و کاربرد دانش بیشتر تمرکز کنند (Berland et al., 2016; OECD, 2019). از مهم‌ترین فعالیت‌هایی که موجب مشارکت بیشتر شاگردان در کلاس درس علوم می‌شود و از آن می‌توان به‌منظور توسعۀ برنامۀ درسی علوم و کیفیت‌بخشیدن به تدریس معلمان بهره برد، ساخت مدل‌های مفهومی (علمی) توسط دانش‌آموزان است (Campbell et al., 2015; Krell & Krüger, 2016) برخی پژوهشگران مانند (Lehrer & Schauble, 2015) بر این باور هستند که مدل‌سازی می‌تواند هستۀ اصلی علم باشد و در آموزش علوم نقش محوری داشته باشد و برخی دیگر پا را فراتر هم گذاشته‌اند و مانند (Gilbert et al., 2016) مدل‌سازی را همچون قلب طراحی برنامۀ درسی علوم در نظر می‌گیرند و آن را علت اصلی توسعۀ چشمگیر سواد علمی دانش‌آموزان می‌دانند. باوجود اینکه پژوهش‌های بسیاری نقش مدل‌سازی در تسهیل یادگیری علوم و بهبود مهارت‌های استدلال علمی را تأیید می‌کنند (Campbell et al., 2015; Nicolaou & Constantinou, 2014)، نباید فراموش کرد که درک معلمان از مدل‌سازی علمی، نحوۀ استفاده از مدل‌ها در تدریس علوم و دیدگاه معلمان دربارۀ اهداف و کاربرد مدل‌ها می‌تواند موجب اثربخشی بیشتر مدل‌ها در یادگیری علوم شود(Miller & Kastens, 2018; Nielsen & Nielsen, 2021)

مدل‌‌های ذهنی[1] برداشت خصوصی افراد از جهان واقعی و طبیعت هستند (Wade-Jaimes et al., 2018). مدل‌های مفهومی[2] برای بازنمایی مدل‌های ذهنی و جهان واقعی  طراحی می‌شوند. جهان واقعی و طبیعی می‌‌تواند یک شیء، یک پدیده، یک فرایند، یک رویداد، یا یک ایده باشد (Gilbert et al., 2016). مدل مفهومی ممکن است به‌صورت بازنمایی در اشکال مختلفی مانند نمادها، مدل‌های فیزیکی به‌صورت سه‌بعدی، معادله‌های ریاضی، انیمیشن‌ها، ماکت‌ها، شبیه‌سازی‌های تعاملی، نقشه‌ها و نمودارها ظاهر شود. به‌زبان ساده‌تر، مدل‌های مفهومی (مدل علمی) نمایش بیرونی مدل‌های ذهنی هستند. مدل‌‌ها ابزار یادگیری، توصیف، استدلال و پیش‌بینی رویدادها توسط دانشمندان هستند. البته واضح است که دانش‌آموزان، مانند دانشمندان حرفه‌ای نیستند و برای درک چگونگی ساخت و استفاده از مدلْ به آموزش، حمایت و البته شناخت کافی از مدل نیاز دارند. به‌همین‌دلیل، نه‌تنها توجه به برنامۀ درسی مبتنی بر مدل‌سازی مهم است، بلکه مشارکت‌دادن دانش‌آموزان در فرایند مدل‌سازی، از اهمیت بیشتری برخوردار است که در این میان، نقش معلمان را در مدل‌سازی پررنگ‌تر خواهد کرد. (Krell et al., 2015) هم بر آموزش مؤثر دانش و موضوعات علمی تأکید داشته‌اند و هم بر آموزش صحیح و کیفیت فعالیت‌های کلاسی اصرار دارند. آن‌ها آموزش روش علمی و آموزش چگونگی یادگیری علوم را ضروری می‌دانند. یکی از جنبه‌های چگونگی یادگیری علوم می‌تواند همان دانستن دربارۀ مدل‌ها و مدل‌سازی باشد. دانستن دربارۀ مدل‌سازی همان دانش مدل‌سازی و فرامدل‌سازی^[3] است که به آن شایستگی‌های مدل‌سازی^[4] نیز گفته می‌شود.

شایستگی مدل‌سازی همان توانایی «درک مدل‌ها و مدل‌سازی در علم» است و شایستگی‌داشتن در مدل‌سازی یعنی اینکه یادگیرنده از مدل‌ها، چرایی استفاده از آن‌ها و نقاط قوت و محدودیت‌های آن‌ها به‌خوبی آگاه هستند (Schwarz et al., 2009).  فرایند مدل‌سازی این امکان را فراهم می‌کند که یادگیرنده همانند دانشمندان به پرسش‌های خود پاسخ دهند (Krell & Krüger, 2015). آموزش شایستگی مدل‌سازی باید شامل مهارت‌هایی مانند ارزیابی، ارزش‌گذاری و بازبینی مدل‌ها نیز باشد (Schwarz et al., 2009). مهارت‌های فرامدل‌سازی درواقع همان مهارت‌های شناختی و فراشناختی هستند که یادگیری آن‌ها هم به فعالیت یادگیرنده و هم به حمایت معلمان از آن‌ها برای استفاده و اجرای آن‌ها در کلاس درس وابسته است. مدل‌سازی و فرامدل‌سازی هر دو جنبۀ مهم آموزش علوم هستند که شامل استفاده از مدل‌ها و فرایندهای مدل‌سازی برای درک پدیده‌های علمی می‌شوند؛ بااین‌حال، تفاوت‌هایی بین آن‌ها وجود دارد. مدل‌سازی به ایجاد، ارزیابی و بازنگری مدل‌هایی اشاره دارد که نشان‌دهندۀ پدیده‌های علمی است و فرامدل‌سازی به تأمل و استدلال دربارۀ ماهیت، هدف، محدودیت‌ها و پیامدهای مدل‌ها و مدل‌سازی اشاره دارد (Chiu & Lin, 2019). شایستگی مدل‌سازی توانایی مشارکت در شیوه‌های مدل‌سازی و استفادۀ مؤثر از مدل‌ها برای رخدادهای علمی است. شایستگی فرامدل‌سازی توانایی تفکر انتقادی و فراشناختی دربارۀ مدل‌ها و مدل‌سازی و همچنین، نقش آن‌ها در علم است. هر دو شایستگی برای توسعۀ سواد علمی و درک ماهیت علم ضروری هستند. بااین‌حال، آن‌ها به انواع مختلفی از دانش، مهارت و نگرش نیاز دارند که باید در آموزش علوم تقویت و ارزیابی شوند (Mierdel & Bogner, 2019).

 شکل1: مؤلفه‌های شایستگی مدل‌سازی برگرفته از (نیلسن و نیلسن، 2021)

figure 1. Modeling competency components (Nielsen and Nielsen, 2021)

برخی از جنبه‌های مدل‌سازی را به نقش‌های عملکردی مدل‌ها مانند توصیف، ارتباط، توضیح و پیش‌بینی مربوط می‌دانند و برخی جنبه‌های دیگر مانند طراحی، ارزیابی و بازنگری به فرایند مدل‌سازی مربوط است (Chiu & Lin, 2019). در هرکدام از جنبه‌های فرایند مدل‌سازی نقش معلم به‌عنوان هدایت‌کننده می‌تواند اثربخش باشد. شکل 1 چهارچوب نظری شایستگی مدل‌سازی (Nielsen & Nielsen, 2021) را در سه مؤلفه به نمایش گذاشته است. چهارچوب شایستگی مدل‌سازی از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: دانش موضوعی خاص^[5] در مدل‌ها، دانش فرامدل‌سازی (فرا‌دانش^[6] دربارۀ مدل‌ها و مدل‌سازی) و فعالیت‌های مدل‌سازی^[7].

درصورتی‌که «مدل‌سازی» به‌‌عنوان فرایندی علمی پذیرفته شود، «مدل» فرآوردۀ آن خواهد بود و فرایند مدل‌سازی می‌تواند شامل مراحل الف) ایجاد مدل‌ها با تجسم جنبه‌های کلیدی نظریه و داده‌ها در یک فرایند علمی، ب) ارزیابی مدل‌ها، ج) بازنگری در مدل‌ها برای انطباق ایده‌های نظری یا یافته‌های تجربی جدید و د) استفاده از مدل‌ها برای پیش‌بینی و توضیح جهان باشد(Nielsen & Nielsen, 2021). فرایند مدل‌سازی می‌تواند چرخه‌ای تکراری از ایجاد، بازنمایی و آزمایش باشد و البته می‌تواند نقش اصلی را در آموزش و یادگیری علوم بازی کند. چرخه‌های تکراری فرایند مدل‌سازی مانند طراحی، ارزیابی و بازنگری بخش مهمی از تقویت شایستگی مدل‌سازی را تشکیل می‌دهند (Chiu & Lin, 2019; Miller & Kastens, 2018). بسیاری از پژوهشگران چنین استدلال می‌کنند که علم به‌عنوان تلاش پژوهشی، پیش از هرچیز، «فرایند مدل‌سازی» است و بنابراین، مدل‌سازی باید اصلی‌ترین فعالیت علمی در مدرسه و توسط معلم باشد (Lehrer & Schauble, 2015). پژوهش جهانی‌فر و دهقانی (1401) به‌ واکاوی شایستگی مدل‌سازی در دانش‌آموزان پرداخته است که در آن نشان داده شد دانشِ فرامدل‌سازی دانش‌آموزان از دانش محتوایی مستقل است و دانش‌آموزان می‌توانند بدون توجه به محتوای علمی یک موضوع، دانش و مهارت خود را در مدل‌سازی به موقعیت‌های تازۀ علمی و دروس دیگر به‌خوبی انتقال دهند. همچنین، دانش‌آموزان ظاهراً بدون دریافت آموزش صریح و رسمی دربارۀ مدل‌سازی، به سطوح اول، دوم و به‌ندرت سوم از دانشِ فرامدل‌سازی دست پیدا کرده‌اند. (Nielsen & Nielsen, 2021) همین موضوع را برای معلمان بررسی کرد و نشان داد معلمان نیز در فهم هدف و ماهیت مدل‌ها و البته کاربرد آن‌ها در فرایند تدریس عملکرد مطلوبی ندارند و درک آن‌ها از مدل به‌صورت کپی از واقعیت است و از آن فقط برای توصیف پدیده استفاده می‌کنند. این گفته ازطرف معلمان که «مدل‌ها به‌عنوان نسخه‌های دقیق (کپی) از واقعیت هستند» که البته برداشت سطحی و نشان‌دهندۀ خطای شناختی معلمان دربارۀ مدل‌هاست، در دانش‌آموزان نیز دیده شده است (Danusso et al., 2010; Krell & Krüger, 2016).

بررسی پژوهش‌های پیشین نشان داد نقشی که مدل‌ها در علم و آموزش علوم ایفا می‌کنند، بسیار فراتر از استفادۀ معمولی از مدل‌ها برای توصیف و توضیح پدیده‌هاست و مطابق با مراحلی که در بالا برای مدل‌سازی بیان شد، مدل‌سازی خود می‌تواند رویکردی تازه برای روش‌های تدریس مبتنی بر کاوشگری^[8] باشد و این موضوع موجب علاقۀ روزافزون به مدل‌ها و مدل‌سازی در آموزش علوم طی چند سال گذشته شده است (NGSS, 2013). باوجودِاین، استفاده از مدل‌ها در برنامۀ درسی و انتقال آن‌ها به کلاس درس کار آسانی به نظر نمی‌رسد. چالش‌هایی مانند تمایل معلمان به یادگیری دانش مدل و فرامدل‌سازی، تفسیر و جذب مفاهیم تازه توسط آنان، مقاومت دربرابر رویکردهای آموزشی جدید همواره وجود دارد. به‌یقین، اجرای رویکردهای جدید آموزشی مانند مدل‌سازی علمی، نیاز به داشتن آگاهی کافی از رویکردها و داشتن دیدگاه مثبت دربارۀ اهداف، مزایا و عملکرد آن‌ها توسط معلمان دارد. این پژوهش در ابتدا به‌دنبال روشن‌کردن میزان درک و استفادۀ معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه از مدل‌سازی و دانش فرامدل‌سازی است و در ادامه در پیِ بررسی دیدگاه آنان دربارۀ هدف و چگونگی استفاده از مدل‌ها در تدریس علوم است. در سرتاسر این نوشته منظور پژوهشگران از علوم همان دروس فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی در دورۀ دوم متوسطه است و به سؤال‌های زیر پاسخ داده است: 

1- معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه تا چه میزان از انواع مدل‌ها هنگام تدریس استفاده می‌کنند؟  

2- آیا مدلی وجود دارد که بیش از سایر مدل‌ها نظر معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه را به خود جلب کرده باشد؟

3- معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه به چه میزان هنگام تدریس، دانش‌آموزان را در جنبه‌های مختلف شایستگی مدل‌سازی مشارکت می‌دهند؟

4-کدام جنبه از مدل‌سازی بیشترین کاربرد را در تدریس آن‌ها دارد؟

5- معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه بیشتر با چه هدفی از مدل‌ها برای تدریس خود استفاده می‌کنند؟

6- آیا معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه استفاده از مدل‌ها را برای تدریس و یادگیری علوم مؤثر می‌دانند؟

7- آشنایی معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه از دانش مدل‌سازی به چه میزان است؟

روش پژوهش

در این پژوهش کمّی که با رویکرد پیمایشی صورت گرفته و به‌لحاظ هدفْ کاربردی است، سعی شده است به توصیف دانش مدل‌سازی و کاربرد آن در کلاس توسط معلمان علوم پرداخته شود. در ادامه ضمن اشاره به شرکت‌کنندگان در پژوهش و نحوۀ جمع‌آوری داده‌ها، روش‌ها و تحلیل‌های استفاده‌شده در پژوهش تشریح شده است.

نمونۀ انتخابی و ویژگی‌های آن: داده‌ها در طول سال تحصیلی، بین آذر 1400 تا اردیبهشت 1401 گردآوری شده است. جامعۀ مدنظر مطالعه، معلمان درس‌های فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی دبیرستان‌های دورۀ دوم متوسطه بودند. نمونه‌‌ای 295نفری از معلمان فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی که در گروه‌های مشترک شبکه‌های اجتماعی کشوری و استانی عضویت داشتند و در دسترس پژوهشگران بودند، انتخاب و با ارسال پرسشنامۀ الکترونیک درونِ گروه‌ها یا به‌صورت شخصی پرسشنامه‌ها تکمیل و بازپس فرستاده شد. در قسمت یافته‌ها مشخصات کامل جمعیت‌شناختی نمونه گزارش شده است.

ابزار و روش گردآوری داده‌ها: داده‌ها به‌کمک پرسشنامۀ الکترونیکی تدریس مبتنی بر مدل که به‌صورت نظرسنجی طراحی شده بود، گردآوری شد. پرسش‌های این پرسشنامه که از پرسشنامۀ پژوهش (Nielsen & Nielsen, 2021) برای طراحی آن کمک گرفته شده است، درواقع پرسش‌هایی بود که برای انجام مصاحبۀ ساختاریافته آماده شد؛ اما به‌دلیل همه‌گیری ویروس کرونا، درقالب پرسشنامه و به‌صورت الکترونیکی برای افراد ارسال و پاسخ‌ها دریافت شد. برای طراحی پرسش‌ها نسخۀ اولیه در اختیار الف) 11 معلم فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی، ب) 2 استاد دانشگاه در رشتۀ برنامه‌ریزی درسی، ج) 3 مربی که در حال تدریس روش تدریس علوم در دانشگاه فرهنگیان بودند و د) 2 پژوهشگر در حوزۀ آموزش علوم قرار گرفت. بازخوردهایی که ازطرف صاحب‌نظران دریافت شد، به تغییراتی در محتوا و شکل پرسشنامه منجر شد. بیشترین تغییرات مربوط به ترتیب پرسش‌ها، تعداد آن‌ها، عبارت‌های استفاده‌شده و جمله‌بندی آن‌ها بود و بدین‌ترتیب روایی ظاهری و محتوایی پرسشنامه تأیید شد. به‌منظور بررسی پایایی پرسشنامه از آلفای کرونباخ استفاده شد و مقدار 86/0 به دست آمد که ازنظر (Cortina, 1993) مطلوب به نظر می‌رسد. این اقدامات به توسعۀ پرسشنامۀ 12پرسشی منجر شد که در آن ضمن استفاده از مقیاس لیکرت برای گردآوری پاسخ‌های عینی، برخی پرسش‌ها به‌صورت انتخابی، چهارگزینه‌ای و انتهاباز^[9] طراحی شد تا بتوان نظرات بیشتری را از معلمان گردآوری کرد. پرسش‌های انتهاباز به‌صورت نظرخواهی طراحی شده بود و از معلمان خواسته شده بود تا پس از پاسخ‌دادن به پرسش‌های انتخابی و یا گزینه‌ای به اظهارنظر تشریحی دربارۀ همان موضوع بپردازند و نظر خود را به‌صورت تشریحی بنویسند. پرسش‌های انتهاباز بیشتر این‌گونه مطرح شد که «شما از چه مدل‌هایی برای تدریس استفاده می‌کنید؟» یا اینکه «شما هنگام تدریس چگونه از مدل‌ها استفاده می‌کنید؟» و یا «چه موانعی برای استفاده از این مدل‌ها در تدریس شما وجود دارد؟».

روش تحلیل داده‌ها: پس از گردآوری داده‌ها به‌کمک پرسشنامه، داده‌های کمّی شامل اطلاعاتی بود که 295 معلم شرکت‌کننده در پژوهش با پاسخ به پرسش‌های چندگزینه‌ای و انتخابی به پژوهشگر می‌دادند و به‌کمک تحلیل‌های آماری ناپارامتریک همانند خی‌دو و آمارۀ ویلکاکسون که در ادامه به آن‌ها اشاره خواهد شد، بررسی شدند. قسمتی از داده‌ها شامل اطلاعاتی بود که شرکت‌کنندگان در پاسخ به پرسش‌های انتهاباز در اختیار پژوهشگر قرار می‌دادند. این دسته از داده‌ها نیز به‌کمک تحلیل مضمون واکاوی شد.

تحلیل داده‌های کمّی: باتوجه‌به ماهیت پرسش‌ها در ابزار پژوهش برای پرسش‌های انتخابی، از درصد فراوانی برای توصیف پاسخ‌ها استفاده شد. برای مثال، در ابتدا تعداد پاسخ‌های مشارکت‌کنندگان به گزینۀ «به‌ندرت از مدل‌ها برای تدریس استفاده می‌کنم» شمارش و سپس درصد فراوانی آن محاسبه شد. از آزمون‌های ناپارامتریک نیز به‌منظور مقایسۀ انواع استفاده از مدل‌ها، انواع جنبه‌های مدل‌سازی و اهداف متفاوت مدل‌سازی استفاده شد. در این پژوهش شش جنبه از دانش مدل و فرامدل‌سازی (شایستگی‌‌های مدل‌سازی) تحلیل شده است و بین جنبه‌ها براساس نمره‌ای که شرکت‌کنندگان به پرسش‌ها داده‌اند، مقایسه صورت گرفت. برای مثال، از هر شرکت‌کننده دو پرسش دربارۀ شایستگی‌های مدل‌سازی پرسیده می‌شد. پرسش نخست دربارۀ مؤلفۀ نخست دانش فرامدل‌سازی (برای مثال: دانش‌آموز بیشتر خود را درگیر طراحی مدل می‌کند؟) و پرسش دوم دربارۀ مؤلفۀ دوم دانش فرامدل‌سازی (برای مثال: دانش‌آموز خود را بیشتر در بازنگری مدل‌ها درگیر می‌کند؟). پاسخ‌ها به‌صورت نمره‌های لیکرت جمع‌آوری شده و بنابراین، فرضیۀ صفر برای این موارد به‌این‌شکل تدوین شد که «برای هر جفت از مؤلفه‌های دانش مدل‌سازی، هیچ تفاوتی بین نمره‌های گزارش‌شدۀ معلمان وجود ندارد». براساس آزمون شاپیرو‌ـ‌ویلک^[10] (González-Estrada et al., 2022) نمره‌های همۀ پرسش‌های پرسشنامه که برای تفاوت معنی‌دار مقایسه شدند، از توزیع طبیعی پیروی نمی‌کردند؛ بنابراین، مقایسه‌های زوجی بین نمرات دو پرسش به‌کمک آزمون رتبۀ‌ علامت‌دار ویلکاکسون^[11]  (Kolassa, 2020) انجام ‌شد. این آزمون جایگزین آزمون پارامتر‌یک تی وابسته^[12] برای توزیع‌های طبیعی است.

تحلیل پرسش‌های انتهاباز: آن‌گونه که گفته شد، در کنار برخی پرسش‌های پرسشنامه، این امکان وجود داشت که معلمان شرکت‌کننده در پژوهش، به‌صورت آزاد دربارۀ پرسش اظهارنظر کنند. البته باید اشاره کرد که فقط 261 نفر از 295 معلم شرکت‌کننده در پژوهش مایل بودند که به‌صورت تشریحی به پرسش‌ها پاسخ دهند. روش تحلیل مضمون^[13] شش‌مرحله‌ای که (Braun & Clarke, 2006) پیشنهاد کرده است، برای تحلیل پاسخ‌های تشریحی معلمان استفاده شد. تحلیل مضمون روشی برای شناسایی، تحلیل و گزارش الگوهای (موضوعات) موجود در داده‌هاست. شکل 2 مراحل شش‌گانۀ تحلیل مضمون را نمایش می‌دهد.

شکل2: مراحل شش‌گانۀ انجام تحلیل مضمون برگرفته از براون و کلارک (2006)

Figure 2. The six steps of thematic analysis Braunn and Clark (2006)

 این رویکرد باز و مبتنی بر داده برای بررسی اظهارات معلمان مناسب به نظر می‌رسید؛ زیرا هدف از گنجاندن پرسش‌های باز در پرسشنامه این بود که به معلمان علوم این فرصت داده شود تا به اظهارنظر دربارۀ پاسخِ پرسش بپردازند. این‌گونه آن‌ها می‌توانند تجربیات خود را به اشتراک بگذارند. در اینجا برای تحلیل بهتر اظهارات معلمان، به هر اظهارنظر کد دوقسمتی اختصاص داده‌ شده است. قسمت اولِ کد، شمارۀ پرسش در پرسشنامه را نمایش می‌دهد و قسمت دوم شمارۀ شخص موردنظر را نشان می‌دهد. برای مثال، کد ۹-۱۳۱ مربوط به اظهارنظر شخص شمارۀ 131 دربارۀ پرسش شمارۀ 9 است.

یافته‌ها

در بخش یافته‌های پژوهش سعی بر آن است که میزان استفادۀ معلمان علوم از مدل‌های مختلف، میزان مشارکت‌دادن دانش‌آموزان در فعالیت‌های مرتبط با مدل‌سازی، و شایستگی مدل‌سازی در معلمان تحلیل و به نمایش گذاشته شود. در جدول 1 مشخصات جمعیت‌شناختی 295 معلم شرکت‌کننده در پژوهش ملاحظه می‌شود.

جدول1: مشخصات جمعیت‌شناختی 295 معلم مشارکت‌کننده در پژوهش

پرسش شمارۀ 1 پژوهش این بود که معلمان علوم تا چه میزان از انواع مدل‌ها هنگام تدریس استفاده می‌کنند؟. به‌منظور ارائۀ بهتر پاسخ، مدل‌ها براساس دسته‌بندی (Harrison & Treagust, 2000) طبقه‌بندی شد. براین‌اساس، مدل‌ها به هفت دستۀ الف) مدل به‌صورت نقشه‌ها و نمودارها، ب) مدل شامل نمادها، پ) مدل‌های سه‌بعدی فیزیکی، ت) مدل‌های پویانمایی، ث) مدل‌های قیاسی (مشابهت‌سازی)، ج) مدل‌های شبیه‌سازی تعاملی، و چ) مدل‌های متحرک تقسیم شده‌اند. نمودار 3 فراوانی معلمان را نشان می‌دهد که چگونه از انواع مدل‌ها در تدریس استفاده می‌کنند.

نمودار 3: فراوانی استفادۀ معلمان علوم از انواع مدل‌ها برای تدریس

Figure 3. The frequency of science teachers' use of various models for teaching

پاسخ‌های نمودار 3  نشان می‌دهند که معلمان شرکت‌کننده در این پژوهش از تمام انواع مدل‌ها استفاده کردند؛ اما از برخی مدل‌ها به‌ندرت استفاده کرده‌اند. مدل‌های تعاملی و متحرک کمترین سهم را در استفادۀ معلمان حین تدریس داشته‌اند و مدل‌های شامل نمودار و نمادها بیشترین استفاده را نزد معلمان برای تدریس داشته‌اند.

در پاسخ به پرسش دوم که «آیا مدلی وجود دارد که بیش از سایر مدل‌ها نظر معلمان را به خود جلب کرده باشد؟» این فرضیه مطرح می‌شود که تفاوت معناداری بین استفادۀ معلمان از مدل‌های مختلف وجود دارد. جدول 2 نشان می‌دهد که معلمان دربارۀ نوع مدل‌هایی که اغلب استفاده می‌کنند، هم‌نظر نبودند و معلمان شرکت‌کننده از انواع مدل‌های مختلف با فراوانی‌های متفاوت استفاده کرده‌اند. جدول 2 میانگین نظر معلمان برای استفاده از انواع مدل‌ها، مقادیر z برای آمارۀ ویلکاکسون را نمایش می‌دهد. آمارۀ ویلکاکسون به‌منظور مقایسۀ نظر معلمان دربارۀ استفاده از انواع مدل‌ها استفاده شده است. در جدول 2 مواردی که تفاوت بین مدل‌ها معنادار است ( 001/0p<) با علامت * مشخص شده‌اند.

جدول2: مقایسۀ میانگین نظر معلمان برای استفاده از انواع مدل‌ها هنگام تدریس علوم (آزمون ویلکاکسون)

Table 2. Comparison of teachers' mean opinion for using various models when teaching science (Wilcoxon test)

انجام آزمون ویلکاکسون در جدول 2 نشان داد که 1) نمرات مدل نوع الف (مدل نقشه‌ها/نمودارها) و مدل ب (مدل نمادها) به‌طور چشمگیری در مقایسه با سایر انواع مدل نمرات بیشتری دریافت کرده‌اند و معلمان بیشترین تمایل را برای استفاده از این نوع مدل‌ها در مقایسه با سایر انواع مدل‌ها داشته‌اند، 2) نمرات برای شبیه‌سازی‌های تعاملی (مدل چ) و مدل‌های متحرک (مدل ج) به‌طور چشمگیری کمتر از نمره برای انواع مدل‌های دیگر بود. یافته‌ها مشخص کرده که معلمان بیشتر از انواع مدل‌هایی استفاده می‌کنند که به‌طور سنتی نقش مصور‌سازی را در تدریس بازی می‌کنند و یا معمولاً در کتاب‌های درسی بیشترین استفاده را دارند. معلمان نشان دادند که بیشترین بی‌توجهی را به مدل‌های تعاملی دارند. این دسته از مدل‌ها علاوه بر نقش توصیف برای پدیده‌ها می‌توانند به بهبود مهارت‌های حل مسئله و استدلال کمک بیشتری کنند.

تحلیل اظهارنظر معلمان علوم شرکت‌کننده در پژوهش (پرسش‌های انتهاباز) نشان داد که 56 نفر از معلمان شرکت‌کننده در پژوهش سعی کرده‌اند با مثال‌های ملموس و ساده انواع مدل‌ها را معرفی کنند. این مدل‌ها بیشترین استفاده را در تدریس آن‌ها داشته است. نکتۀ جالب اینجاست که این مدل‌ها مربوط به محتوای خاصی از کتاب‌های درسی دورۀ دوم متوسطه هستند و پرتکرارترین پرسش‌های امتحانی از آن مدل‌ها و دانش محتوایی مربوط به آن‌ها تهیه می‌شود. برای مدل نقشه‌ها و نمودارها (مدل الف) مثال‌هایی مانند چرخۀ آب در طبیعت، چرخۀ کربن در طبیعت، نقشۀ مسیر مدرسه تا خانه، زنجیرۀ ‌غذایی، نمودار واکنش‌های شیمیایی و نمودارهای نیرو و انرژی را می‌توان نام برد. برای مدل نمادین (مدل ب) نیز معلمان علوم به مثال‌هایی چون فتوسنتز، فرمول شیمیایی ترکیب‌ها، نمادهای سرعت و شتاب اجسام اشاره کرده‌اند. معلمان علوم مثال‌های مدل‌های مولکولی (میله و توپ)، نخ‌ها و قرقره، ماکت اندام‌های انسان و موتورهای الکتریکی را به‌عنوان مدل‌های سه‌بعدی (مدل پ) نام برده‌اند. پویانمایی‌هایی مثل صفحات پوستۀ زمین، لایۀ اوزون و جلوگیری از اشعۀ ماوراء بنفش، تداخل موج‌ها و نوسان‌ها مهم‌ترین اشارۀ معلمان به مدل ت یا همان مدل‌های پویانمایی بوده است. مدل‌های اتمی، جریان‌های الکتریکی، انجام واکنش‌های شیمیایی و کارکرد اندام‌های مختلف بدن مثل عملکرد قلب و ریه، حالت‌های مختلف مواد و انواع تغییر حالت آن‌ها، انتخاب طبیعی، سایر مثال‌هایی بود که برای مدل‌های نوع ث، ج، و چ آورده شده است.

در پاسخ به پرسش سوم پژوهش و اینکه معلمان به چه میزان هنگام تدریس دانش‌آموزان را در جنبه‌های مختلف شایستگی مدل‌سازی مشارکت می‌دهند؟، یافته‌های نمودار 4 نشان داد که معلمان علوم شرکت‌کننده در این پژوهش، دانش‌آموزان خود را در جنبه‌های مختلف مدل‌سازی به‌شکل‌های گوناگونی درگیر می‌کردند؛ به‌گونه‌ای که فراوانی مشارکت‌دادن دانش‌آموزان در هرکدام از جنبه‌های دانش مدل‌سازی متفاوت است. نمودار 4 میزان این مشارکت را در جنبه‌های مختلف نمایش می‌دهد. این جنبه‌ها عبارت بودند از: ج1) توصیف پدیده‌ها به‌کمک مدل‌ها؛ ج2) مشخص‌کردن تفاوت‌ها و شباهت‌ها بین پدیده‌ها و مدل‌ها؛ ج3) ارائۀ مدل خود دانش‌آموز از پدیده؛ ج4) ارائه و یا استفاده از مدل برای پیش‌بین؛ ج5) طراحی مدل‌ها؛ و ج6) بازنگری مدل‌ها.

نمودار4: فراوانی میزان مشارکت‌دادن شاگردان توسط معلمان در جنبه‌های مختلف دانش مدل و فرامدل‌سازی

Figure 4. The students' participation frequency by teachers in different aspects of model knowledge and meta-modeling

برای پاسخ به پرسش چهارم که «کدام جنبه از مدل‌سازی بیشترین کاربرد در تدریس معلمان دارد؟»، این فرضیه مطرح شده است  که در مشارکت‌دادن شاگردان در جنبه‌های مختلف مدل‌سازی تفاوت معناداری وجود دارد. یافته‌های جدول 3 نشان‌دهندۀ تفاوت‌های معنی‌داری بین نظرات معلمان در مشارکت‌دادن شاگردانشان در جنبه‌های مختلف مدل‌سازی است. در جدول 3 تفاوت بین مدل‌ها معنادار است ( 001/0p<) با علامت * مشخص شده‌اند.

جدول3: مقایسۀ میانگین نظر معلمان برای مشارکت‌دادن دانش‌آموزان در جنبه‌های مختلف دانش مدل و فرامدل‌سازی (آزمون ویلکاکسون)

Table 3. Comparing the mean opinion of teachers to involve students in different aspects of model knowledge and meta-modeling (Wilcoxon test)

آزمون رتبه‌بندی ویلکاکسون نشان داد نمرات جنبۀ «توصیف پدیده‌های علمی با استفاده از مدل‌ها» به‌طور چشمگیری بالاتر از نمرات سایر جنبه‌های دانش مدل و فرامدل‌سازی است. معلمان علوم به‌طور مشخص توضیح به‌کمک مدل‌سازی، و توصیف پدیده‌ها را به پیش‌بینی، ارزیابی، طراحی و بازنگری مدل‌ها ترجیح می‌دهند. اگرچه طراحی مدل‌ها جنبۀ مهم دانش مدل‌سازی و فرایندی علمی تلقی می‌شود، معلمان رغبت کمتری برای مشارکت دانش‌آموزان در طراحی مدل‌های از خود نشان دادند. به نظر می‌رسد طراحی مدل‌های دانش‌آموزان براساس داده‌های تجربی خودشان، در فعالیت‌های آموزشی معلمان نقش جزئی داشته باشد. درواقع، نمرات جنبۀ «مدل‌های طراحی براساس داده‌های خود دانش‌آموزان» به‌طور چشمگیری کمتر از سایر انواع فعالیت‌های مدل‌سازی به‌جز «بازنگری» بود (جدول 3 و نمودار 4 را ببینید).

مثال‌های ارائه‌‌شده در انتهای باز پرسش‌ها نشان می‌دهد برای برخی از معلمان، داده‌های تجربی خود دانش‌آموزان و رابطۀ بین آن داده‌ها و طراحی مدل، برای معلمان فقط نقشی جزئی دارد و این نشان‌دهندۀ مشارکت ضعیف دانش‌آموزان برای طراحی و ساخت مدل‌هاست. همچنین، ارزیابی مدل‌ها یعنی همان شناسایی تفاوت‌ها و شباهت‌ها بین مدل و پدیده‌ای که مدل قرار است نمایشگر آن باشد، در درجۀ دوم اهمیت در نظر معلمان علوم قرار دارد. نکتۀ درخورِتوجه این است که نمرات «بازنگری مدل‌ها» به‌طور چشمگیری کمتر از نمرات سایر جنبه‌های مدل‌سازی است. به‌همین‌ترتیب، 69درصد از معلمان در پاسخ به این پرسش که آیا آن‌ها دانش‌آموزان را در مدل‌سازی درگیر می‌کنند یا خیر، پاسخ دادند که آن‌ها هرگز دانش‌آموزان را درگیر اصلاح مدل‌ها نمی‌کنند که نشان می‌دهد مشارکت دانش‌آموزان در فرایند مدل‌سازی، شامل چرخه‌های مکرر طراحی، ارزیابی و بازنگری مدل‌ها، خیلی کم در فرایند تدریس معلمان اتفاق افتاده و برای برخی از معلمان، هرگز به‌طور کامل اجرا نمی‌شود.

پرسش پنجم پژوهش آن بود که «معلمان علوم بیشتر با چه هدفی از مدل‌ها برای تدریس خود استفاده می‌کنند؟». یادگیری علوم^[14]، انجام روش علمی^[15]، و دانستن دربارۀ علم^[16] سه هدف عمده در آموزش علوم هستند (Gouvea & Passmore, 2017). از معلمان دربارۀ کاربرد مدل‌ها برای نزدیک‌شدن به این سه هدف نیز در پرسشنامه پرسش‌هایی پرسیده شد. نمودار 5 نمایشگر نحوۀ پاسخ معلمان علوم به سه گویۀ گ1) من از مدل‌ها برای تشریح پدیده‌های طبیعی استفاده می‌کنم (یادگیری علوم )، گ2) من از مدل‌سازی به‌عنوان روش علمی مانند روش کاوشگری و یا کار عملی استفاده می‌کنم (انجام روش علمی)، گ3) من دانش مدل‌سازی را هم درس می‌دهم (دانستن دربارۀ علم) است.

نمودار5: کاربرد مدل‌ها در تدریس علوم برای رسیدن به اهداف کلی آموزش علوم

Figure 5. The use of models in science teaching to achieve the general goals of science education

آن‌گونه که در نمودار 5 دیده می‌شود، معلمان علوم از مدل‌ها بیشتر برای تشریح و توضیح درس استفاده می‌کنند و تمایل کمتری دارند تا از آن به‌عنوان روش علمی برای تدریس استفاده کنند و البته کمتر معلمی در این پژوهش تمایل داشت که در کنار دانش موضوعی به تدریس دانش مدل‌سازی هم بپردازد. برای پرسش پنجم این فرضیه مطرح شده است که تفاوت معناداری بین هدف معلمان از کاربرد مدل در تدریس وجود دارد که در جدول 4 تفاوت میانگین نظرات معلمان دربارۀ میزان استفاده از مدل‌ها برای رسیدن به اهداف کلی آموزش علوم نمایش داده شده است. جدول 4 میانگین و انحراف استاندارد نظر معلمان علوم نیز نمایش داده شده است.

جدول4: مقایسۀ میانگین نظر معلمان دربارۀ استفاده از مدل‌ها در راستای اهداف کلی آموزش علوم

Table 4. Comparison of teachers' average opinions about the use of models in line with the general goals of science education

یافته‌های جدول 4 نشان می‌دهد که معلمان علوم به‌طور معناداری استفاده از مدل‌ها برای توضیح پدیده‌های علمی (گ1) را بر استفاده از مدل‌سازی به‌عنوان یک روش علمی (گ2) و تدریس دانش مدل‌سازی و فرامدل‌سازی (گ3) ترجیح داده‌اند. معلمان اهداف کلی آموزش علوم را به‌ترتیب زیر در تدریس خود اولویت می‌دهند: ابتدا تدریس دانش محتوایی (یادگیری علم)، سپس انجام کار علمی یا همان روش علمی (انجام علم) و در درجۀ سوم فرا‌دانش یا همان دانش فرامدل‌سازی (یادگیری دربارۀ علم).

پرسش ششم پژوهش به‌این‌صورت مطرح شده است که «آیا معلمان استفاده از مدل‌ها را برای تدریس و یادگیری علوم مؤثر می‌دانند؟» و این فرضیه مطرح می‌شود که «ازنظر معلمان استفاده از مدل برای تدریس و یادگیری علوم تأثیرگذار است». یافته‌های جدول 5 نشان داد معلمان علوم بر سر این موضوع که استفاده از مدل و مهارت‌های مدل‌سازی می‌تواند به پیش‌برد دانش محتوایی کمک کند و اثربخش باشد، توافق دارند. جدول 5 میزان این توافق و تفاوت آن‌ها را مشخص کرده و آمارۀ خی‌دو برای نشان‌دادن معناداربودن این نظرات در آن گزارش شده است. افرادی که نظری نداشتند و یا نظر ممتنع داشتند، در تحلیل وارد نشدند.

جدول5: میزان توافق معلمان دربارۀ اثرات استفاده از مدل‌های مفهومی در تدریس

Table 5. The level of teachers' agreement about the effects of using conceptual models in teaching

          مطابق با جدول 5، معلمان به‌طور مشخص بر این نکته تأکید داشتند که مدل‌ها به انتقال دانش علمی، درک روابط علّی و کمک به یادگیری مفاهیم (یادگیری علم) کمک می‌کنند و تعداد نظرات موافق با نظرات مخالف تفاوت فاحشی دارد (01/0>p).  این یافته‌ها نشان داد معلمان علوم بر این باور هستند که ادغام دانش مدل‌سازی و فرامدل‌سازی در تدریس علوم در درجۀ اول راهی اثربخش برای ارتباط مطلوب بین دانش‌آموزان و دانش محتوایی است و همچنین، موجب بهبود مهارت‌های استدلال دانش‌آموزان و ایجاد نگرش مثبت در آن‌ها خوهد شد.

در پاسخ به پرسش هفتم پژوهش که «آشنایی معلمان علوم از دانش مدل‌سازی به چه میزان است؟» نمودارهای 4 و 5 نشان داد مفهوم شایستگی مدل‌سازی (دانش مدل و فرامدل‌سازی) در میان معلمان علوم شرکت‌کننده در پژوهش، مفهوم چندان آشنایی نبوده است. آن‌ها با نام مدل آشنا بودند و در سال‌های تدریس خود به‌کمک مدل‌سازی، مفاهیم علمی را منتقل می‌کرده‌اند؛ اما پاسخ آن‌ها به سه پرسش پرسشنامه دربارۀ درک آن‌ها از شایستگی مدل‌سازی نشان داد آشنایی ناچیزی با این مفهوم دارند. این پرسش‌ها عبارت بودند از: ت1) من با مفاهیم مربوط به شایستگی مدل‌سازی آشنا هستم و می‌توانم از آن‌ها در هنگام تدریس علوم بهره ببرم؛ ت2) من با مفاهیم مربوط به شایستگی مدل‌سازی آشنا هستم و می‌توانم این شایستگی‌ها را به شاگردانم یاد بدهم؛ و ت3) هنگام ارزشیابی شاگردانم با موضوع شایستگی مدل‌سازی، به‌خوبی می‌دانم به‌دنبال کدام نشانه‌های یادگیری باشم. تعداد زیادی از معلمان علوم شرکت‌کننده در پژوهش (55درصد) اظهار داشتند که با مفهوم شایستگی مدل‌سازی به‌منظور آموزش آشنا نیستند و این در حالی است که  اکثر آنان (72درصد) در خود توانایی به‌منظور آموزش مهارت‌های مدل‌سازی نمی‌بینند و 83درصد از معلمان علوم شرکت‌کننده در پژوهش نمی‌توانند از نشانه‌های یادگیری مدل‌سازی برای ارزشیابی شاگردان استفاده کنند. یافته‌هایی که از اظهارنظر تشریحی معلمان دربارۀ پرسش پنجم پژوهش به دست آمده، در ادامه گزارش شده است.

فقط 5درصد از معلمان علوم شرکت کننده در پژوهش  موافق بودند یا کاملاً موافق بودند که در طول آموزش معلمان در دانشگاه‌های تربیت ‌معلم و یا دانشگاه فرهنگیان دانش کافی دربارۀ چگونگی استفاده از مدل‌ها در تدریس را به دست آورده بودند. یکی از معلمان در قسمت انتهاباز نوشته است: «هرکس به‌تازگی دانش‌آموخته نشده باشد، درک این اندیشه‌ها و تأثیر آن‌ها برایش مشکل است (س12-93)» و البته معلم دیگر اجرای چالش‌های جدید را کاری دشوار می‌دانست و چنین اظهار داشت: «خوشبختانه به آنجا می‌رسیم، ابد و یک روز» (س12-203). البته این گفته مشخص نمی‌کند که منظور معلم از چالش‌های جدید چیست (این از محدودیت‌های پرسشنامه‌های تشریحی است)؛ اما شاید مقصود ایشان از چالش‌های جدید استفاده از فعالیت‌های تازه در آموزش ازجمله مدل‌سازی باشد.

تحلیل مضمون قسمت انتهاباز مربوط به پرسش‌های مطرح‌شده در نمودار 4 و 5 نشان داد 1) برخی از معلمان علوم اظهارنظرها و نگرانی‌های کلی را بیان کردند و با عباراتی مثل «پشتیبانی و آموزش زیادی باتوجه‌به شایستگی مدل‌سازی ارائه نشده است (س12-45)» ازاین‌بابت نگران بودند که در برنامۀ درسی علوم و حتی برنامۀ درسی تربیت ‌معلم جایگاه مشخصی به این دسته از شایستگی‌ها اختصاص داده نشده است. آن‌ها از توجه بیش‌ازحد به دانش محتوایی و توجه کمتر به روش‌های علمی و مهارت‌های شناختی و فراشناختی نگران بودند و بر این باور بودند که برنامۀ درسی موجود، رسیدن به مقاصد اصلی یادگیری علوم را با مشکل مواجه می‌کند. فقط 2درصد از معلمان اظهار داشتند که برنامۀ درسی و امکانات آموزشی موجود می‌تواند به ادغام شایستگی‌های مدل‌سازی و تدریس علوم کمک کند. بیشتر معلمان در پرسش‌های انتهاباز اشاره کردند که مطالب موجود کافی نیست: «باتوجه‌به کار با مدل‌ها، مطالب آموزشی اغلب سطحی به نظر می‌رسد و بسیار محدود هستند و من بیشتر مواد آموزشی و یا مطالب را از اینترنت گیر می‌آورم (س12-208)». بیش از 80درصد معلمان شرکت‌کننده، برنامۀ درسی موجود را برای تدریس مبتنی بر مدل و یا آموزش شایستگی‌های مدل‌سازی ناکافی و ناقص ارزیابی کرده‌اند. علاوه‌براین، تعداد زیادی از معلمان علوم (243 نفر) به‌طور مستقیم اظهار داشتند که زمان کافی برای اجرای این شیوه از تدریس را ندارند. برای مثال: «تعداد ساعات تدریس من را محدود می‌کند، مطالب بسیار زیادی را باید درس بدهم و آن هم فقط با دو بار در هفته کلاس زیست‌شناسی (س12-120)».

تحلیل اظهارنظر معلمان در قسمت انتهاباز مربوط به پرسش مطرح‌شده در نمودار 4 و 5 مطالب دیگری را نیز آشکار کرد. معلمان از تطابق‌نداشتنِ ساعات اختصاص‌داده‌شده به تدریس هفتگی دروس فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی و برخی شرایط خارج از کلاس و برنامۀ درسی نیز نگران بودند و آن‌ها را عاملی محدودکننده برای استفاده از مهارت‌های مدل‌سازی در تدریس خود می‌دانستند. معلمی اظهار داشته: «از ما خواسته می‌شود دانش‌آموزان را برای امتحانات پایان سال و گاهی برای کنکور مهیا کنیم. چگونه باید از این فشارها عبور کنیم؟ تمرین، آماده‌شدن برای امتحان...؛ بنابراین، به‌ندرت زمانی برای کار علمی و انجام روش علمی مثلاً مدل‌سازی برایمان پیش می‌آید (س12-214)»  یا که معلم دیگری می‌گوید: «با اندک ساعت تدریسی که داریم، تدریس بسیار تئوری می‌شود. باید برای امتحان‌ها هم که وقت بگذاریم (س12- 76)». تحلیل این مضامین نشان می‌دهد هم‌سونبودن برنامۀ درسی و موضوع مدل‌سازی، تراکم زیاد مطالب درسی در هر پایه، کمبود زمان و همچنین، برخی الزامات و فشارهای خارج از برنامۀ درسی مانند ارزشیابی‌های پایان دوره یا آمادگی برای کنکور سراسری می‌تواند تلاش معلمان علوم را برای استفاده از شایستگی‌های مدل‌سازی در تدریس علوم تحت‌تأثیر قرار دهد.

بحث و نتیجه‌گیری

این پژوهش به‌منظور سنجش درک معلمان علوم (فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی) از دانش مدل و فرامدل‌سازی و همچنین، بررسی میزان استفادۀ آن‌ها از این دانش هنگام تدریس انجام گرفته است. یافته‌های این مطالعه نشان داد معلمان به‌دلیل درک کم از مدل‌ها، هویت و کاربرد آن‌ها، همواره تدریس دانش محتوایی مثل موضوعات فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی را که خود فرآورده و پیامد مدل‌سازی ‌علمی هستند، بر آموزش و استفاده از دانش مدل و فرامدل‌سازی در کلاس ترجیح می‌دهند. معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه که در پژوهش شرکت داشتند، از جنبه‌های اصلی و مهارت‌های بنیادی مدل‌سازی (شایستگی‌های مدل‌سازی) اطلاع کمی داشتند و از مدل فقط برای توصیف و توضیح پدیده‌ها استفاده می‌کردند که باعث می‌شد این فعالیت مهم شناختی فقط به مهارت‌های سطح پایین شناختی محدود شود و از قابلیت‌های فراشناختی آن مثل بازنگری، اصلاح و ارزیابی غفلت شود. همچنین، بین ادراک معلمان از توانایی‌شان در آموزش مدل‌سازی و اجرای مدل‌سازی هنگام تدریس پیوندی وجود ندارد؛ به‌گونه‌ای که معلمان نمی‌توانند به‌خوبی مراحل مدل‌سازی را در کلاس اجرا کنند و خود معلمان دلیل آن را درک پایین از موضوع مدل‌سازی در علوم می‌دانستند.

پژوهشگران حوزۀ آموزش علوم همواره بر سه هدف اصلی یادگیری که نقش محوری در آموزش علوم دارند، تأکید داشته‌اند. این سه هدف عبارت‌اند از: یادگیری علم، انجام علم، یادگیری دربارۀ علم. همچنین، بیشتر پژوهشگران بر هم‌سویی بین اهداف یادگیری و واقعیت‌های کلاسی اصرار دارند (Kind & Osborne, 2017). در این پژوهش معلمان نشان دادند فقط برای برآورده‌شدن هدف اول یعنی تقویت یادگیری دانش محتوایی و درک روابط علّی پدیده‌ها از مدل‌سازی استفاده می‌کنند و به‌ندرت به‌منظور تقویت شایستگی‌های روش علمی و مهارت‌هایی مثل استدلال و پیش‌بینی از مدل‌ها در تدریس استفاده می‌کنند. هنوز معلمان از این واقعیت که مدل‌سازی ابزار شناختی قوی‌ای برای درک و البته پیش‌بینی و اکتشاف دانش علمی است، غافل هستند که البته این موضوع با یافته‌های کمبل و اوه و میلر و کاستن (Campbell & Oh, 2015; Miller & Kastens, 2018) نیز هم‌خوانی دارد. بی‌توجهی به اهداف دوم و سوم آموزش و یادگیری علوم یعنی انجام روش علمی و دانستن دربارۀ علم باعث استفادۀ کم از دانش مدل و به‌کارنگرفتن شایستگی‌های فرامدل‌سازی برای تدریس شده است. با نگاهی گذرا به محتوای درس علوم در دورۀ دوم متوسطه، به‌روشنی می‌توان دریافت که این محتوا توجهی به نقش مدل‌ها در یادگیری علوم ندارد و دانش فرامدل‌سازی جایگاهی در کتب درسی فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی ندارد. البته پژوهشگران منکر این موضوع نمی‌شوند که محتوای این دروس در دورۀ دوم متوسطه شامل واژگانی مثل «مدل» هستند؛ ولی به همین نام‌بردن اکتفا شده و آموزش شایستگی‌های مدل‌سازی به‌عنوان روش علمی، در محتوای دروس فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی نادر است. این نقص در محتوای درسی خود پیشران مهمی است تا معلمان نیز از این شایستگی‌ها در تدریس استفاده نکنند. درواقع، صحبت صریح دربارۀ ماهیت و عملکرد مدل‌ها ضروری است؛ زیرا تمرین مدل‌سازی در دانش‌آموزان درک فرایند علمی را آسان‌تر خواهد کرد. این نوع صراحت، فقط زمانی امکان‌پذیر است که معلمان بدانند چرا و چه زمانی دانش‌آموزان را در فعالیت‌های مرتبط با عملکرد مدل‌ها درگیر می‌کنند و این مهم فقط با تکیه بر برنامۀ درسی و محتوای دقیق مبتنی بر مدل‌سازی امکان‌پذیر است.

معلمان علوم شرکت‌کننده در این پژوهش به‌ندرت سعی می‌کردند شاگردان را وارد فرایند علمی مدل‌سازی کنند و کمتر آن‌ها را درگیر جنبه‌های متنوع دانش مدل‌سازی می‌کردند. این یافته با نتایج نیلسن و نیلسن، چنگ و همکاران و چنگ و براون (Nielsen & Nielsen, 2021; Cheng et al., 2021; Cheng & Brown, 2015) هم‌خوانی دارد. اگرچه طراحی مدل‌ها بخش مرکزی مدل‌سازی علمی است و بنابراین، باید بخش مرکزی آموزش علوم باشد (Chiu & Lin, 2019)، به نظر می‌رسد معلمان تمایل کمتری دارند تا از شاگردان بخواهند به‌کمک داده‌های تجربی و یا مدل‌های ذهنی خودشان دست به طراحی و بازنگری مدل‌های علمی بزنند و طراحی مدل‌ها نقش کوچکی در کلاس درس علوم دارد. این درصورتی است که همواره به معلمان توصیه می‌شود تا بین دانسته‌های گذشتۀ دانش‌آموزان و تجربه‌های روزمرۀ آن‌ها به‌کمک مدل‌سازی پیوند ایجاد کنند (Schwarz & White, 2005) و با طراحی، ارزیابی و بازنگری مدل، تصویر کاملی از مدل‌سازی به‌‌عنوان فعالیت علمی برای آن‌ها ارائه دهند. این نوع تدریس که مبتنی بر نظریۀ سازنده‌گرایی نیز هست، فرصتی را برای مشارکت دانش‌آموزان در یادگیری علوم ایجاد می‌کند و به‌کمک تعامل بین دانش، مدل و داده‌های تجربی می‌توان به یادگیری عمق بیشتری بخشید. طبق نظر لرر و شوبل نباید اجازه داد که یک روش تدریس که فقط فرصت‌های محدودی برای دانش‌آموزان ایجاد می‌کند، تجربۀ ارتباط صریح بین یافته‌های تجربی و طراحی مدل را از شاگردان بگیرد و از تلاش‌ها برای قراردادن مدل‌سازی در دل روش تدریس کاوشگری علمی جلوگیری کند (Lehrer & Schauble, 2015).

معلمان علوم شرکت‌کننده در این پژوهش در بیشتر مواقع از نقاشی‌ها، نمودارها و نماد‌ها به‌منظور مدل‌سازی علمی در هنگام تدریس استفاده کرده‌اند و کمتر به‌سراغ مدل‌های نظری، تعاملی و حرکتی رفته‌اند. نقاشی‌ها و نمودارها به‌طور معمول در محتوای کتاب‌های درسی استفاده می‌شوند و در اهداف ارزشیابی شاگردان هم قرار می‌گیرند و بیشتر مواقع برداشت افراد از مدل در کتاب‌های درسی و یا حتی هنگام تدریس همین نقاشی‌ها و نمودارهای کتاب است. درمقابل، انواع مدل‌های دیگر مثل شبیه‌سازی‌های تعاملی که استفاده از آن‌ها برای رسیدن به اهداف سطح بالاتر یادگیری (ارزشیابی، آفرینش، استدلال و پیش‌بینی) ضروری است، فقط در حد بسیار محدودی استفاده شد. کتاب‌های درسی عمدتاً مدل‌ها را به‌‌عنوان تصویر توصیف و به آن نقش توضیحی و تشریحی می‌دهند. این موضوع می‌تواند یکی از دلایلی باشد که معلمان علوم از نقش‌های دیگر دانش مدل و مهارت‌های فرامدل‌سازی استفاده نمی‌کنند و از مدل به‌عنوان ابزاری برای حل مسئله و یا پیش‌بینی رویدادهای علمی هنگام تدریس کمتر بهره می‌برند (Gouvea & Passmore, 2017). استفاده از مدل‌ها برای اهداف پیش‌بینی نه‌تنها جنبۀ برجستۀ مدل‌سازی علمی است، بلکه باید جنبۀ مهمی از مشارکت دانش‌آموزان در فعالیت‌های کلاسی باشد (Baek & Schwarz, 2015; Krell & Krüger, 2016).  

معلمان شرکت‌کننده در این پژوهش در پاسخ به پرسش‌های انتهاباز نشان دادند که مدل‌های مفهومی (علمی) را به‌عنوان ابزار یادگیری و انگیزشی ارزشمند در تدریس خود درک می‌کنند؛ اما بسیاری از آ‌ن‌ها از مدل تنها به‌شیوه‌ای نسبتاً توصیفی و محدود در تدریس استفاده می‌کنند؛ بنابراین، پیشنهاد آموزش شایستگی‌های مدل‌سازی در دوره‌های تربیت معلمان علوم (فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی) پیشنهاد منطقی و سازنده‌ای به نظر می‌رسد. همچنین، معلمان شرکت‌کننده در پژوهش، شبکه‌ای قوی و حمایتی از همکاران داشتند و به نظر می‌رسید مایل بودند که تدریس و چالش‌های آموزشی خود را به‌طور مستقیم در گروه‌ها به اشتراک بگذارند. استفاده از این شبکه‌های اجتماعی مجازی و حقیقی می‌تواند به تشکیل اجتماع حرفه‌ای معلمان علوم درجهت بهبود مهارت‌های مدل‌سازی، تدریس دانش فرامدل‌سازی و افزایش انگیزۀ معلمان کمک کند.

پیشنهاد صریح این پژوهش بازبینی برنامۀ درسی علوم دورۀ دوم متوسطه (دروس فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی) با محوریت دانش مدل و فرامدل‌سازی است. این بازبینی مطابق با یافته‌های این پژوهش در دو محور می‌تواند صورت بگیرد: محور اول توجه بیشتر برنامۀ درسی علوم به دانش مدل و آموزش دانش فرامدل‌سازی به‌طور آشکار است، و محور دوم مطابقت‌دادن ساعات تدریس علوم با برنامۀ درسی بازبینی‌شده است. برنامۀ درسی تازه باید هم در سطح مدرسه و هم در سطح مراکز تربیت ‌معلم (دانشگاه فرهنگیان) قابلیت اجرا داشته باشد. شایسته است که برنامۀ درسی بازبینی‌شده قابلیت هم‌سویی بهتر بین اهداف آموزش مدل‌سازی و امتحانات را داشته باشد؛ چراکه معلمان علوم شرکت‌کننده در پژوهش یکی از موانع بر سر راه استفاده از مهارت‌های مدل‌سازی در تدریس را شیوۀ برگزاری امتحانات پایان دوره اعلام کرده‌اند. پیشنهاد دیگر، استفاده از دوره‌های ضمن خدمت برای آگاهی‌بخشی بیشتر به معلمان علوم است. البته پژوهشگر به این نکته آگاه است که چگونگی آموزش معلمان فرایندی است که به برخی تغییرات کلان در برنامۀ درسی تربیت معلم نیاز دارد و به حمایت و زمان زیادی احتیاج خواهد داشت. 

یک محدودیت عمومی برای پژوهش‌های توصیفی که به‌کمک پرسشنامه انجام می‌شود، این است که همواره این نگرانی وجود دارد که آیا پاسخ‌دهندگان تمام پرسش‌ها را همان‌طور که پژوهشگر مدنظر داشته، فهمیده‌اند یا خیر؛ حال آنکه در اینجا به‌کمک پرسشنامه مصاحبه‌ای ساختارمند نیز انجام شده است. البته پرسش‌ها چند بار به‌کمک متخصصان که در بخش روش به آن‌ها اشاره شد، مورد بازنگری و بازخوانی قرار گرفت؛ اما برخی از پرسش‌ها به موضوع‌های کلی و یا مفاهیم پیچیده‌ای می‌پرداختند. افزودن پرسش‌های بیشتر به‌منظور ایجاد زیرمقیاس‌هایی که موضوع خاص و جزئی‌تری را بررسی می‌کنند و درک معلمان از مفاهیم مدل را بهتر منعکس می‌کنند، هم قابل‌درک‌بودن پرسشنامه را بالاتر می‌برد و هم اطلاعات عمیق‌تری دربارۀ دانش مدل‌سازی و فرامدل‌سازی معلمان جمع‌آوری می‌شود. پیشنهاد بهتر پژوهشگران این پژوهش، استفاده از مصاحبۀ حضوری و ساختاریافته برای درک عمیق‌تر موضوع است.

محدودیت دیگر مربوط به صادقانه‌بودن پاسخ‌های معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه است. به‌طور کلی، در رسانه‌ها، در میان والدین و تا حدودی در میان دانش‌آموزان و بسیاری از مدیران مدارس از معلمان انتقاد می‌شود؛ بنابراین، معلمان این فرصت را داشتند که با ترسیم تصویری نادرست و غیرواقعی از فضای کلاس، نتایج را به بیراهه بکشند. محدودیت دیگر مربوط به نحوۀ انتخاب معلمان در نظرسنجیِ پرسشنامه است. پژوهشگران به‌درستی نمی‌دانند معیار سرگروه‌های آموزشی استان‌ها و برخی مدیران برای معرفی معلمان چه بوده است. همچنین، به‌درستی نمی‌دانند که آیا معلمانی که در پژوهش شرکت کرده‌اند، مشکل خاصی در وظایف معلمی و اجرایی داشته‌اند یا خیر؛ مثلاً انسان‌های باانگیره و علاقه‌مند به معلمی بوده‌اند یا خیر. محدودیت دیگر اینکه انتخاب معلمان از دورۀ دوم متوسطه تعمیمِ یافته‌ها به سایر دوره‌های آموزشی را با محدودیت روبه‌رو می‌کند.

باوجود محدودیت‌های یادشده، این پژوهش این امکان را داد تا برخی از ویژگی‌های مهم در عملکرد معلمان علوم، به‌همراه دلایل منطقی برای استفاده‌کردن و یا استفاده‌نکردن از شایستگی‌های مدل‌سازی در تدریس شناسایی شود. مطابق یافته‌های این پژوهش می‌توان چنین نتیجه گرفت که ترکیبی از برنامۀ درسی ضعیف، فرصت‌های ناکافی برای به‌اشتراک‌گذاشتن دانش بین معلمان، حمایت‌های ناکافی از معلمان، تطابق‌نداشتنِ برنامۀ درسی با ساعات تدریس، و شکل برگزاری امتحانات و ارزشیابی شاگردان، بیشترین مواردی است که معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه برای موانع پیش روی استفاده از مدل‌سازی در کلاس برشمردند و چشم‌انداز آن‌ها برای تدریس مبتنی بر شایستگی‌های مدل‌سازی را تا حدودی مبهم کرده است. پژوهش‌های دیگری دربارۀ اینکه معلمان علوم دورۀ دوم متوسطه در ایران  چرا و چگونه از مدل‌ها در تدریس استفاده می‌کنند یا چه موانعی بر سر راه آن‌ها برای استفاده‌نکردن از مدل‌ها وجود دارد، در دسترس پژوهشگران قرار نداشته است. این نکته شایان ذکر است که این پژوهش به‌طور قطعی مشخص نکرده است که آیا معلمان صرفاً ترجیح می‌دهند از نقاشی‌ها، نمودارها و نمادها به‌جای شبیه‌سازی‌های تعاملی و سایر انواع مدل‌ها استفاده کنند یا اینکه استفادۀ محدود از این نوع مدل‌ها ناشی از کمبود دانش فنی و یا نقص در برنامۀ درسی و امکانات آموزشی است. نگارندگانْ پژوهش‌های کیفی و یا ترکیبی بیشتر را که بتواند درک عمیق‌تری از شایستگی‌های مدل‌سازی و نحوۀ برخورد معلمان علوم با مدل را مشخص کند، ارزشمند می‌دانند و انجام آن‌ها را به پژوهشگران آموزش علوم توصیه می‌کنند.

سپاس‌گزاری

پژوهشگران این مقاله، قدردان همۀ معلمان علوم (فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی) هستند که برای پاسخ‌گویی به پرسشنامه‌ها وقت و حوصلۀ کافی را منظور داشتند.

تعارض منافع

نویسندگان این پژوهش هیچ‌گونه تعارض منافعی برای آشکارکردن ندارند.

[1] Mental models

[2] Conceptual models

[3] Modelling and Meta-modelling knowledge

[4] Modelling competency

[5] Subject-specific knowledge

[6] Meta-Knowledge

[7] Modelling practices

[8] Inquiry-based

[9] Open-end

[10] Shapiro-wilk

[11]  Wilcoxon's matched-pairs signed-ranks

[12] Dependent- t

[13] Thematic analysis

[14] Science learning

[15] Science doing

[16] Learning about science