Katarina Putica

Introduction Hands-on laboratory experimentation is an important contributor to the successful acquisition of conceptual science knowledge, but its practical application has several limitations. Virtual laboratory experiments help overcome most of these shortcomings and may also be more effective than hands-on laboratory activities in promoting conceptual science knowledge acquisition. Methods In this study, the impact of virtual and hands-on laboratory experimentation on the acquisition of conceptual science knowledge was compared by means of a meta-analysis. The meta-analysis encompassed 43 studies selected according to the predefined inclusion criteria, and the principles of Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses procedure. For each study, one effect size value of Hedges' g was calculated. Subsequently, due to their heterogeneity, the overall effect size value was computed through the use of the random-effects model. Results Based on the obtained results [ g = 0.551, SE = 0.097, 95% CI (0.362, 0.740), p < 0.001] virtual laboratory experimentation appears to be significantly more effective in promoting the acquisition of conceptual science knowledge than experimentation conducted in hands-on laboratories. Furthermore, the meta-regression results suggest that the effectiveness of virtual laboratory experiments may not be moderated by the geographical location, science subject area, methodological quality of included studies, 2D/3D design type, delivery format, learner agency, and software type of virtual laboratories, the duration of their application, or the assessment format used to evaluate conceptual knowledge acquisition. Conversely, virtual laboratory experimentation seems to be significantly more effective when implemented at the secondary school as opposed to the university level ( p = 0.014) and when experimental activities were conducted individually rather than within groups ( p = 0.008). Conclusions Research results suggest significantly stronger positive impact of virtual laboratory experimentation on the acquisition of conceptual science knowledge and provide potentially important guidelines for both its practical application and future research in this field.

مقدمه: آزمایش‌های عملی در آزمایشگاه نقش مهمی در موفقیت کسب دانش مفهومی علوم ایفا می‌کنند، اما کاربرد عملی آن‌ها با محدودیت‌هایی همراه است. آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی به رفع بسیاری از این کاستی‌ها کمک می‌کنند و ممکن است در ارتقای کسب دانش مفهومی علوم، مؤثرتر از فعالیت‌های عملی آزمایشگاهی باشند. روش‌ها: در این مطالعه، تأثیر آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی و عملی بر کسب دانش مفهومی علوم از طریق یک فراتحلیل مقایسه شد. فراتحلیل شامل ۴۳ مطالعه بود که بر اساس معیارهای از پیش تعیین‌شده وارد شده و مطابق با اصول رویه‌ی Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses انجام شد. برای هر مطالعه، یک مقدار اندازه‌ی اثر از نوع g هجز محاسبه گردید. سپس، به دلیل ناهمگنی مطالعات، مقدار کلی اندازه‌ی اثر با استفاده از مدل اثرات تصادفی محاسبه شد. نتایج: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده [g = 0.551, SE = 0.097, 95% CI (0.362, 0.740), p < 0.001]، آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی به طور معناداری در ارتقای کسب دانش مفهومی علوم مؤثرتر از آزمایش‌های عملی آزمایشگاهی هستند. همچنین، نتایج فراتحلیل رگرسیون نشان می‌دهد که اثربخشی آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی ممکن است تحت تأثیر محل جغرافیایی، حوزه‌ی موضوعی علوم، کیفیت روش‌شناختی مطالعات واردشده، نوع طراحی دو‌بعدی/سه‌بعدی، قالب ارائه، عاملیت یادگیرنده، نوع نرم‌افزار آزمایشگاه مجازی، مدت زمان استفاده یا قالب ارزیابی مورد استفاده برای سنجش کسب دانش مفهومی قرار نگیرد. در مقابل، آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی زمانی که در سطح دبیرستان نسبت به سطح دانشگاه اجرا می‌شوند (p = 0.014) و زمانی که فعالیت‌های آزمایشی به صورت فردی و نه گروهی انجام می‌شوند (p = 0.008)، به طور معناداری مؤثرتر به نظر می‌رسند. نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش حاکی از تأثیر مثبت و معنادار قوی‌تر آزمایش‌های آزمایشگاهی مجازی بر کسب دانش مفهومی علوم است و راهنمایی‌های بالقوه مهمی برای کاربرد عملی و پژوهش‌های آتی در این حوزه ارائه می‌دهد.