In recent years, psychological strain among young people has increased worldwide due to numerous social crises. School and classroom performance requirements are primary sources of stress for students. Classroom stress emerges when the demands of a teaching situation surpass personal resources, such as self-efficacy beliefs (SEB). Scientific inquiry-based activities, including experiments or modeling, pose a significant challenge in science lessons because students have limited resources in this area, even by the end of lower secondary school. Consequently, an elevated stress level is anticipated in such situations. This exploratory study examined secondary school students’ heart rate variability (n = 86 valid data sets), an indicator of physiological stress, during inquiry-based and non-inquiry-based (communication) situations in science lessons. Moreover, a hierarchical cluster analysis was conducted to investigate whether stress levels differed as a function of individual dispositions that encompassed both stress levels and scientific SEBs. Overall, no significantly elevated stress level was observed during inquiry-based situations. Nevertheless, three types of students with different physiological stress responses were identified, suggesting that individual dispositions are pivotal in guiding personalized stress prevention in science lessons.
در سال‌های اخیر، فشار روانی در میان جوانان در سراسر جهان به دلیل بحران‌های اجتماعی متعدد افزایش یافته است. الزامات عملکردی مدرسه و کلاس درس از منابع اصلی استرس برای دانش‌آموزان به‌شمار می‌روند. استرس کلاسی زمانی بروز می‌کند که الزامات یک موقعیت آموزشی از منابع فردی، مانند باورهای خودکارآمدی (SEB)، فراتر رود. فعالیت‌های علمی مبتنی بر پژوهش، از جمله آزمایش یا مدل‌سازی، در درس علوم چالشی قابل توجه محسوب می‌شوند، زیرا دانش‌آموزان حتی تا پایان دوره متوسطه اول نیز منابع محدودی در این زمینه دارند. بنابراین، انتظار می‌رود که در چنین موقعیت‌هایی سطح استرس افزایش یابد. این مطالعه اکتشافی، تغییرپذیری ضربان قلب دانش‌آموزان دوره متوسطه (n = 86 مجموعه داده معتبر) را به عنوان شاخصی از استرس فیزیولوژیک، در موقعیت‌های مبتنی بر پژوهش و غیرمبتنی بر پژوهش (ارتباطی) در کلاس‌های علوم مورد بررسی قرار داد. علاوه بر این، یک تحلیل خوشه‌ای سلسله‌مراتبی به منظور بررسی تفاوت سطوح استرس بر اساس ویژگی‌های فردی که هم سطوح استرس و هم SEB علمی را در بر می‌گرفت، انجام شد. به طور کلی، در موقعیت‌های مبتنی بر پژوهش، افزایش معناداری در سطح استرس مشاهده نشد. با این حال، سه نوع دانش‌آموز با پاسخ‌های متفاوت استرس فیزیولوژیک شناسایی شدند که نشان می‌دهد ویژگی‌های فردی در هدایت پیشگیری شخصی‌سازی‌شده از استرس در کلاس‌های علوم نقش محوری دارند.
This paper presents an exploratory systematic review of artificial intelligence (AI) in physics education and its alignment with Sustainable Development Goal 4 (SDG 4). Following Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses 2020 guidelines (Page et al., 2021), a Web of Science search conducted on January 15, 2025, yielded 105 records; after independent dual-reviewer screening (Cohen’s κ = 0.82 on n = 105 title/abstract decisions), 12 empirical studies published between 2013 and 2025 were included and analyzed. Given the small corpus and emergent nature of the field, findings are explicitly characterized as exploratory evidence mapping rather than consolidated empirical conclusions. The corpus spans educational contexts from secondary school to teacher training and engages AI types including intelligent tutoring systems, machine learning, natural language processing, and generative models. Results indicate that AI is used in four pedagogical roles: tutor, evaluator, assistant, and analyst, with documented benefits in conceptual understanding, formative feedback, personalization, and self-regulated learning. Alignment with SDG-4-relevant sustainability competencies (critical thinking, problem solving, collaboration, and digital literacy) was identified through a secondary interpretive analysis by the review authors against Education for Sustainable Development competency frameworks (Rieckmann, 2011; UNESCO, 2017; 2024); this alignment is inferential and design-based rather than directly measured by the primary studies. Ongoing challenges include technical reliability, teacher preparation and acceptance, and ethical concerns regarding transparency, bias, equity, and data protection. The review contributes an initial, disciplinary-specific evidence map at the intersection of AI, physics education, and SDG 4, and identifies six evidence gaps for future empirical research. No protocol was preregistered prior to conducting this review; this absence is acknowledged as a transparency limitation.
این مقاله به ارائه یک مرور نظام‌مند اکتشافی درباره هوش مصنوعی (AI) در آموزش فیزیک و همسویی آن با هدف توسعه پایدار ۴ (SDG 4) می‌پردازد. با پیروی از دستورالعمل‌های Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses 2020 (Page و همکاران، 2021)، جستجوی Web of Science که در تاریخ ۱۵ ژانویه ۲۰۲۵ انجام شد، ۱۰۵ رکورد را به دست داد؛ پس از غربالگری مستقل توسط دو ارزیاب (ضریب کاپا کوهن κ = 0.82 بر روی n = 105 تصمیم عنوان/چکیده)، ۱۲ مطالعه تجربی منتشرشده بین سال‌های ۲۰۱۳ تا ۲۰۲۵ وارد و تحلیل شدند. با توجه به حجم اندک مطالعات و ماهیت نوظهور این حوزه، یافته‌ها به طور صریح به عنوان نگاشت شواهد اکتشافی و نه نتیجه‌گیری‌های تجربی تثبیت‌شده توصیف می‌شوند. بدنه مطالعات زمینه‌های آموزشی از دبیرستان تا آموزش معلمان را دربر می‌گیرد و انواع هوش مصنوعی شامل سامانه‌های آموزش هوشمند، یادگیری ماشین، پردازش زبان طبیعی و مدل‌های مولد را مورد استفاده قرار می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که هوش مصنوعی در چهار نقش آموزشی شامل معلم، ارزیاب، دستیار و تحلیل‌گر به کار می‌رود و مزایایی چون ارتقای درک مفهومی، بازخورد تکوینی، شخصی‌سازی و یادگیری خودتنظیمی را به همراه دارد. همسویی با شایستگی‌های پایداری مرتبط با SDG-4 (تفکر انتقادی، حل مسئله، همکاری و سواد دیجیتال) از طریق تحلیل تفسیری ثانویه توسط نویسندگان مرور و بر اساس چارچوب‌های شایستگی آموزش برای توسعه پایدار (Rieckmann، ۲۰۱۱؛ یونسکو، ۲۰۱۷؛ ۲۰۲۴) شناسایی شد؛ این همسویی استنباطی و مبتنی بر طراحی است و نه مستقیماً توسط مطالعات اولیه اندازه‌گیری شده باشد. چالش‌های جاری شامل پایایی فنی، آمادگی و پذیرش معلمان و نگرانی‌های اخلاقی درباره شفافیت، سوگیری، عدالت و حفاظت از داده‌ها است. این مرور، نگاشت اولیه و اختصاصی شواهد را در تقاطع هوش مصنوعی، آموزش فیزیک و SDG 4 ارائه می‌دهد و شش شکاف شواهدی برای پژوهش‌های تجربی آینده شناسایی می‌کند. هیچ پروتکلی پیش از انجام این مرور ثبت نشده است؛ این فقدان به عنوان یک محدودیت شفافیت مورد اشاره قرار گرفته است.
Students’ understanding of atomistic concepts remains a central challenge in chemistry education, specifically because it requires the articulation between macroscopic, submicroscopic, and symbolic representations. This study assessed Moroccan upper secondary students’ understanding of atomistic concepts, combined with the investigation of learning practices associated with their scores. The instrument (32 items) showed satisfactory internal consistency, strong item discrimination, and appropriate range of item difficulty. Students’ scores were moderate, with significant differences by grade level and academic track, digital tool, tutoring type, and selfassessment. Exploratory factor analysis suggested a three-dimensional construct involving structural representations and quantitative chemistry, ionic classification and nomenclature, and fundamental atomic concepts. The study findings support the use of diagnostic assessment to identify students’ misconceptions about atomistic concepts.
درک دانش‌آموزان از مفاهیم اتمیستیک همچنان یکی از چالش‌های اساسی در آموزش شیمی است، به‌ویژه به این دلیل که مستلزم پیوند میان بازنمایی‌های ماکروسکوپی، زیرمیکروسکوپی و نمادین می‌باشد. این پژوهش به ارزیابی درک دانش‌آموزان دبیرستانی مراکشی از مفاهیم اتمیستیک، همراه با بررسی شیوه‌های یادگیری مرتبط با نمرات آن‌ها پرداخت. ابزار مورد استفاده (۳۲ گویه) از نظر پایایی درونی رضایت‌بخش، قدرت تمایز گویه‌ها بالا و دامنه مناسبی از دشواری گویه‌ها برخوردار بود. نمرات دانش‌آموزان در حد متوسط بود و تفاوت معناداری بر اساس پایه تحصیلی و رشته تحصیلی، ابزار دیجیتال، نوع آموزش تکمیلی و خودارزیابی مشاهده شد. تحلیل عاملی اکتشافی، ساختاری سه‌بعدی را پیشنهاد داد که شامل بازنمایی‌های ساختاری و شیمی کمی، طبقه‌بندی و نام‌گذاری یونی و مفاهیم بنیادی اتمی می‌شود. یافته‌های پژوهش از کاربرد ارزیابی تشخیصی برای شناسایی تصورات نادرست دانش‌آموزان درباره مفاهیم اتمیستیک حمایت می‌کند.
While systems thinking is recognized as a main competency of science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education and education for sustainability (EfS), the ways educators apply these skills in the classroom and how they shape instruction remains unclear. This study investigates systems thinking competence among STEM educators and its impact on the integration of sustainability topics and content into the curriculum. Using a mixed methods approach, data were collected from STEM educators across the U.S. state of Pennsylvania. The results indicate that high school educators tend to have higher systems thinking competence, place greater importance on EfS, and more frequently incorporate sustainability topics into their lessons compared to elementary educators. In addition, a positive correlation was found between an educator’s systems thinking competence and their perceived importance of EfS. These findings suggest the potential value of supporting the development of systems thinking skills among K-12 educators, particularly those teaching lower grades, which may help strengthen their perceptions of the importance of EfS and support related educational outcomes.
در حالی که تفکر سیستمی به عنوان یکی از شایستگی‌های اصلی آموزش علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) و آموزش برای پایداری (EfS) شناخته می‌شود، نحوه به‌کارگیری این مهارت‌ها توسط آموزگاران در کلاس درس و چگونگی تأثیر آن بر شکل‌دهی آموزش همچنان نامشخص است. این پژوهش به بررسی شایستگی تفکر سیستمی در میان آموزگاران STEM و تأثیر آن بر ادغام موضوعات و محتوای مرتبط با پایداری در برنامه درسی می‌پردازد. با استفاده از رویکرد روش‌های ترکیبی، داده‌ها از آموزگاران STEM در سراسر ایالت پنسیلوانیای آمریکا گردآوری شد. نتایج نشان می‌دهد که آموزگاران دبیرستانی تمایل دارند شایستگی بالاتری در تفکر سیستمی داشته باشند، اهمیت بیشتری برای EfS قائل شوند و موضوعات مرتبط با پایداری را بیشتر از آموزگاران ابتدایی در دروس خود بگنجانند. علاوه بر این، همبستگی مثبتی بین شایستگی تفکر سیستمی آموزگار و اهمیت ادراک‌شده EfS توسط وی مشاهده شد. این یافته‌ها بر ارزش بالقوه حمایت از توسعه مهارت‌های تفکر سیستمی در میان آموزگاران مقاطع K-12، به‌ویژه آموزگاران پایه‌های پایین‌تر، تأکید دارد که می‌تواند به تقویت نگرش آن‌ها نسبت به اهمیت EfS و حمایت از پیامدهای آموزشی مرتبط کمک کند.
This study examines the nature of peer discourse in an asynchronous introductory physics course that was intentionally redesigned from traditional discussion formats to process-based tasks requiring students to externalize their thinking through handwritten work, diagrams, concept maps, tables, and structured explanations. Drawing on qualitative content analysis, 64 peer responses generated by 18 students across four discussion modules in mechanics were analyzed. Rather than applying predefined instructional categories or assigning a single dominant code, responses were coded inductively to identify all discursive moves present within each contribution, allowing multiple overlapping forms of engagement to be captured within individual responses. The analysis revealed that peer discourse was strongly characterized by active engagement, including probing reasoning, interpreting representations, negotiating conceptual understanding, co-constructing explanations, and extending ideas. Conceptual negotiation and probing reasoning were particularly prominent, indicating sustained attention to underlying physics concepts and solution processes, while surface-level responses constituted a relatively small portion of the dataset. Qualitative examination of full student responses further demonstrated that individual contributions frequently integrated multiple discursive moves, highlighting the layered and dynamic nature of peer interaction. These findings suggest that process-based task design not only supports individual reasoning but also reshapes peer discourse by centering visible thinking and reasoning processes. In the context of increasing reliance on AI tools, this approach offers a pathway for promoting authentic student engagement and reducing dependence on answer-focused interactions. The study contributes to understanding how instructional design influences peer interaction and highlights the potential of structured, process-oriented discourse as a site of learning in asynchronous environments.
این مطالعه به بررسی ماهیت گفتمان همتایان در یک دوره مقدماتی فیزیک غیرهمزمان می‌پردازد که به طور هدفمند از قالب‌های سنتی بحث به وظایف مبتنی بر فرایند بازطراحی شده است؛ به گونه‌ای که دانشجویان ملزم به برون‌سازی تفکر خود از طریق کار دست‌نویس، نمودارها، نقشه‌های مفهومی، جداول و توضیحات ساختاریافته می‌شوند. با بهره‌گیری از تحلیل محتوای کیفی، ۶۴ پاسخ همتایانه تولیدشده توسط ۱۸ دانشجو در چهار ماژول بحث در حوزه مکانیک مورد تحلیل قرار گرفت. به جای به‌کارگیری دسته‌بندی‌های آموزشی از پیش تعیین‌شده یا اختصاص یک کد غالب به هر پاسخ، کدگذاری به صورت استقرایی انجام شد تا تمامی حرکات گفتمانی موجود در هر مشارکت شناسایی شود و امکان ثبت اشکال مختلف و همپوشان مشارکت در پاسخ‌های فردی فراهم گردد. تحلیل‌ها نشان داد که گفتمان همتایان به طور بارزی با مشارکت فعال مشخص می‌شود، از جمله کاوش استدلال، تفسیر بازنمایی‌ها، مذاکره مفهومی، هم‌ساخت توضیحات و گسترش ایده‌ها. مذاکره مفهومی و کاوش استدلال به ویژه برجسته بودند و نشان‌دهنده توجه پایدار به مفاهیم بنیادی فیزیک و فرایندهای حل مسئله بودند، در حالی که پاسخ‌های سطحی بخش نسبتاً کوچکی از داده‌ها را تشکیل می‌دادند. بررسی کیفی پاسخ‌های کامل دانشجویان همچنین نشان داد که مشارکت‌های فردی اغلب چندین حرکت گفتمانی را در خود ادغام می‌کنند و ماهیت لایه‌لایه و پویای تعامل همتایان را برجسته می‌سازند. این یافته‌ها حاکی از آن است که طراحی وظایف مبتنی بر فرایند نه تنها از استدلال فردی حمایت می‌کند، بلکه گفتمان همتایان را نیز با تمرکز بر فرایندهای تفکر و استدلال آشکار بازشکل می‌دهد. در زمینه افزایش اتکا به ابزارهای هوش مصنوعی، این رویکرد مسیری برای ارتقای مشارکت اصیل دانشجویان و کاهش وابستگی به تعاملات مبتنی بر پاسخ فراهم می‌کند. این مطالعه به درک چگونگی تأثیر طراحی آموزشی بر تعامل همتایان کمک می‌کند و ظرفیت بالقوه گفتمان ساختاریافته و فرایندمحور را به عنوان بستری برای یادگیری در محیط‌های غیرهمزمان برجسته می‌سازد.
