Physics education

This study investigated the relationships between students’ metacognitive skills, scientific reasoning ability, learning motivation, and achievement in Physics among secondary school students in Nigeria. A correlational research design was adopted for the study. The population comprised 894 Senior Secondary School II (SS II) students offering Physics in public secondary schools in Mbaitoli Local Government Area of Imo State, Nigeria, while a sample of 312 students was selected using simple random sampling. Data were collected using four instruments: Physics Achievement Test (PAT), Metacognitive Skills Questionnaire (MSQ), Scientific Reasoning Ability Test (SRAT), and Physics Learning Motivation Questionnaire (PLMQ). The instruments were validated by experts in Physics Education and Measurement and Evaluation, while reliability coefficients ranged from 0.75 to 0.83. Data were analyzed using Pearson Product-Moment Correlation at the 0.05 level of significance. The findings revealed significant positive relationships between metacognitive skills and Physics achievement, r(310) = 0.482, p< .001; scientific reasoning ability and Physics achievement, r(310) = .526, p< .001; and learning motivation and Physics achievement, r(310) = .587, p< .001. The findings indicate that students with higher levels of metacognitive skills, scientific reasoning ability, and learning motivation tended to demonstrate higher achievement in Physics. The study concludes that these learner-related characteristics are important factors associated with students’ Physics achievement. It is recommended that Physics teachers integrate metacognitive strategies, scientific reasoning activities, and motivational approaches into classroom instruction to support students’ engagement and achievement in Physics.

این پژوهش به بررسی روابط بین مهارت‌های فراشناختی، توانایی استدلال علمی، انگیزش یادگیری و پیشرفت در فیزیک میان دانش‌آموزان دبیرستانی در نیجریه پرداخت. برای این مطالعه از طرح پژوهشی همبستگی استفاده شد. جامعه آماری شامل ۸۹۴ نفر از دانش‌آموزان پایه دهم (SS II) بود که دروس فیزیک را در مدارس دولتی ناحیه محلی Mbaitoli ایالت Imo نیجریه می‌گذراندند، در حالی که نمونه‌ای به حجم ۳۱۲ نفر با استفاده از نمونه‌گیری تصادفی ساده انتخاب شد. داده‌ها با استفاده از چهار ابزار گردآوری شدند: آزمون پیشرفت فیزیک (PAT)، پرسشنامه مهارت‌های فراشناختی (MSQ)، آزمون توانایی استدلال علمی (SRAT) و پرسشنامه انگیزش یادگیری فیزیک (PLMQ). روایی ابزارها توسط متخصصان آموزش فیزیک و سنجش و اندازه‌گیری تأیید شد و ضرایب پایایی آن‌ها بین ۰.۷۵ تا ۰.۸۳ متغیر بود. داده‌ها با استفاده از همبستگی حاصل‌ضرب-مoment پیرسون در سطح معناداری ۰.۰۵ تحلیل شدند. یافته‌ها نشان‌دهنده روابط مثبت معنادار بین مهارت‌های فراشناختی و پیشرفت فیزیک، r(310) = 0.482, p< .001؛ توانایی استدلال علمی و پیشرفت فیزیک، r(310) = .526, p< .001؛ و انگیزش یادگیری و پیشرفت فیزیک، r(310) = .587, p< .001 بود. یافته‌ها نشان می‌دهند که دانش‌آموزانی که سطوح بالاتری از مهارت‌های فراشناختی، توانایی استدلال علمی و انگیزش یادگیری دارند، تمایل به کسب پیشرفت بالاتر در فیزیک دارند. این مطالعه نتیجه می‌گیرد که این ویژگی‌های مرتبط با فراگیران، عوامل مهمی هستند که با پیشرفت فیزیک دانش‌آموزان مرتبط‌اند. توصیه می‌شود معلمان فیزیک راهبردهای فراشناختی، فعالیت‌های استدلال علمی و رویکردهای انگیزشی را در تدریس کلاسی برای حمایت از مشارکت و پیشرفت دانش‌آموزان در فیزیک ادغام کنند.

Physics instructors often rely on demonstrations when teaching, using real-time examples to appeal to student intuition or tinkering with a physical system to develop a deeper and more natural understanding of a topic. However, some subjects, like Kepler's laws of planetary motion, are impractical to demonstrate at a human scale, and when reality proves difficult, it is often easier to move to simulations and video games. In particular, using video games in the classroom benefits student learning and allows students to learn practical information that they can transfer to the real world. The video game Kerbal Space Program (KSP) is notable for its commitment to accurate simulation of rockets and orbits, allowing players to explore the in-game solar system with their Kerbal astronauts only if they have mastered the laws of orbital dynamics. In my personal experience, I gained a better intuition about orbits during my years playing KSP than I did in graduate school, a common sentiment within the KSP community. I use KSP in my college introductory astronomy courses to make Kepler's laws more tactile with demonstrations and projects, developing intuition on advanced aspects of rocket science through experiments that are otherwise impractical at interplanetary scales.

Understanding dynamic electricity is important because students often experience difficulties in understanding the relationships among electric current, voltage, and resistance in series and parallel circuits. This study aimed to analyze changes in students’ conceptual understanding before and after learning with the Physics Education Technology (PhET) virtual laboratory supported by student worksheets (LKPD), test the statistical significance of these changes, and determine the magnitude of improvement. The study employed a quantitative approach using a one-group pretest-posttest design without a comparison group. The participants were 20 eighth-grade students at MTs Alkhairaat Biromaru. Data were collected through conceptual understanding tests administered before and after instruction and an observation checklist assessing implementation. The data were analyzed using descriptive statistics, a paired-samples t-test, and N-Gain. The results showed that the mean score increased from 43.75 to 53.75, with a statistically significant difference (t(19) = −5.210; p < 0.001). Cohen’s dz was 1.17, indicating a large effect size, whereas the N-Gain of 0.18 was categorized as low. All instructional stages were implemented as planned. Thus, students’ scores increased following the intervention; however, the effectiveness of PhET supported by LKPD cannot be conclusively established without a comparison group. Future research should include a comparison group and a longer instructional period. ABSTRAK Pemahaman konsep listrik dinamis penting dikembangkan karena peserta didik sering mengalami kesulitan memahami hubungan antara arus, tegangan, dan hambatan dalam rangkaian seri maupun paralel. Penelitian ini bertujuan menganalisis perubahan pemahaman konsep peserta didik sebelum dan sesudah pembelajaran menggunakan laboratorium virtual Physics Education Technology (PhET) berbantuan Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD), menguji signifikansi perubahannya, serta menentukan besarnya peningkatan. Penelitian menggunakan pendekatan kuantitatif dengan desain one-group pretest-posttest tanpa kelas pembanding. Subjek penelitian terdiri atas 20 peserta didik kelas VIII MTs Alkhairaat Biromaru. Data dikumpulkan melalui tes pemahaman konsep sebelum dan sesudah pembelajaran serta lembar observasi keterlaksanaan kegiatan. Data dianalisis menggunakan statistik deskriptif, uji-t berpasangan, dan N-Gain. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata skor meningkat dari 43,75 menjadi 53,75, dengan perbedaan yang signifikan secara statistik (t19 = −5,210; p < 0,001). Ukuran efek Cohen’s dz sebesar 1,17 termasuk kategori besar, sedangkan N-Gain sebesar 0,18 termasuk kategori rendah. Seluruh tahapan pembelajaran terlaksana sesuai rencana. Dengan demikian, terdapat peningkatan skor setelah pembelajaran, tetapi efektivitas PhET berbantuan LKPD belum dapat dipastikan tanpa kelas pembanding. Penelitian selanjutnya disarankan melibatkan kelas pembanding dan durasi pembelajaran yang lebih panjang.

Students' conceptual understanding of force is challenged by persistent difficulties in interpreting interactions, resultant forces, and changes in motion. This study examined the classroom implementation of a five-phase Experiential-Based Deep Learning (EBDL) instructional model designed to connect firsthand observation with reflection, evidence-based explanation, and transfer. A quasi-experimental nonequivalent pretest–posttest design involved 40 eighth-grade students at one Indonesian junior secondary school, with 20 students receiving EBDL and 20 receiving Direct Instruction. Conceptual understanding was assessed using five essay items on force; expert content ratings yielded an overall Aiken's V of 0.870 after recalculation. Available group-level posttest results favored the EBDL group (M = 85.85, SD = 5.51) over the control group (M = 81.30, SD = 7.00). The reported Mann–Whitney test indicated a between-group difference (U = 124.00, Z = −2.06, p = 0.039, r = 0.326). The model's distinctive instructional contribution is its explicit progression from discrepant experiences through reflective meaning-making and force-based reasoning to contextual application and transfer. However, aggregate posttest results do not establish which cognitive process benefited most, whether individual misconceptions were corrected, or the magnitude of pretest-to-posttest change. These findings support further testing of EBDL as a structured, context-sensitive alternative for junior secondary force instruction, with stronger item-level and implementation evidence required before wider causal or generalizable claims are made.

Background: Complementary approach provides an opportunity for students to connect pre-class, in-class, and post-class activities. Objectives: This study examined the correlations and predictive effects of metacognition and attitude on learners' conceptual understanding in physics using a complementary approach. Method: A quasi-experimental, pretest-posttest, non-equivalent control group design was used. A sample of 173 natural science students from two Ethiopian secondary schools was randomly assigned to experimental (CAIM instruction) and control (traditional teaching) groups. Data were collected using FCCUT, MCQ, and LAS instruments and analyzed via Pearson correlations and hierarchical multiple regression at p = 0.05. Results: The two variables showed positive and statistically significant correlations with students' conceptual understanding of physics: metacognition (r = 0.30) and attitude (r = 0.31), p < 0.01. Further, both metacognition (R² = 0.15, f² = 0.08) and attitude (R² = 0.16, f² = 0.10), ΔR² = 0.08, p < 0.001, predicted 8% of the varience in conceptual understanding when CAIM was employed. Conclusion: We recommend that physics teachers could apply the CAIM when teaching physics, as it allows students to develop a positive correlation between the predictor variables and conceptual understanding, though their correlations are moderate.

This quasi-experimental study investigates the pedagogical effectiveness of Polya’s structured problem-solving framework in enhancing analytical thinking and academic achievement in high school physics. The research focused on tenth-grade students studying linear motion and free fall and used a one-group pretest-posttest design to evaluate cognitive and affective outcomes. The empirical results reveal a highly significant improvement in post-instruction physics learning achievement (p < .001) with a substantial effect size (Cohen's d = 1.59), successfully exceeding the rigorous 60% curriculum mastery criterion (p < .05). Concurrently, the students' analytical thinking abilities demonstrated marked, statistically significant growth (p < .001). Beyond cognitive gains, the structured intervention fostered highly positive attitudes toward the physics curriculum, with students reporting increased interest, determination, and academic responsibility. These findings strongly affirm that systematically integrating Polya’s four-step heuristic effectively supports metacognitive regulation, mitigates traditional problem-solving deficits, and consistently drives superior academic performance in complex scientific disciplines, providing a robust pedagogical model for contemporary physics education.

این مطالعه‌ی شبه‌آزمایشی به بررسی اثربخشی آموزشی چارچوب ساختاریافته‌ی حل مسئله‌ی Polya در ارتقای تفکر تحلیلی و پیشرفت تحصیلی در درس فیزیک دبیرستان می‌پردازد. پژوهش بر دانش‌آموزان پایه‌ی دهم که مباحث حرکت خطی و سقوط آزاد را مطالعه می‌کردند، متمرکز بوده و از طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون با یک گروه برای ارزیابی پیامدهای شناختی و عاطفی استفاده کرده است. نتایج تجربی نشان‌دهنده‌ی بهبود بسیار معنادار در پیشرفت یادگیری فیزیک پس از آموزش (p < .001) با اندازه‌ی اثر قابل توجه (Cohen's d = 1.59) است که به طور موفقیت‌آمیزی از معیار سختگیرانه‌ی تسلط بر برنامه‌ی درسی ۶۰٪ فراتر رفته است (p < .05). همزمان، توانایی‌های تفکر تحلیلی دانش‌آموزان نیز رشد چشمگیر و معنادار آماری را نشان داد (p < .001). فراتر از دستاوردهای شناختی، مداخله‌ی ساختاریافته نگرش‌های بسیار مثبتی نسبت به برنامه‌ی درسی فیزیک ایجاد کرد و دانش‌آموزان افزایش علاقه، پشتکار و مسئولیت‌پذیری تحصیلی را گزارش کردند. این یافته‌ها به طور قوی تأیید می‌کنند که ادغام نظام‌مند راهبرد چهارمرحله‌ای Polya به طور مؤثری از تنظیم فراشناختی حمایت می‌کند، کاستی‌های سنتی حل مسئله را کاهش می‌دهد و به طور پیوسته عملکرد تحصیلی برتر را در رشته‌های علمی پیچیده رقم می‌زند و مدل آموزشی نیرومندی برای آموزش معاصر فیزیک فراهم می‌آورد.

The implementation of discovery learning in physics education is an approach that encourages students to actively engage in discovering and understanding concepts. Research findings on its implementation vary according to the learning materials, educational levels, supporting media, and research designs employed. This study aims to analyze the implementation of discovery learning in physics education during the 2024–2026 period and identify research trends regarding students’ learning outcomes. This study employed a systematic literature review (SLR) by analyzing fifteen relevant scientific articles. The data were analyzed descriptively and thematically based on research characteristics, forms of discovery learning implementation, supporting media or strategies, and students’ learning outcomes. The results show that discovery learning has been implemented across various physics topics and can be combined with supporting learning media and strategies, such as PhET, LKPD, E-LKPD, kahoot, vee map, lumio by smart. Overall, the studies indicate an increase or effect on students’ physics learning outcomes following the implementation of discovery learning. Studies using experimental designs demonstrated differences or effects on learning outcomes, while studies using pretest–posttest designs and classroom action research showed improvements in learning outcomes following the implementation of the learning model. The variation in research findings indicates that the implementation of discovery learning needs to be adapted to the characteristics of the learning materials, students, supporting media or strategies, and instructional design.

اجرای یادگیری اکتشافی در آموزش فیزیک رویکردی است که دانش‌آموزان را به مشارکت فعال در کشف و درک مفاهیم ترغیب می‌کند. یافته‌های پژوهشی درباره اجرای این رویکرد بسته به محتوای آموزشی، سطوح تحصیلی، رسانه‌های پشتیبان و طرح‌های پژوهشی به‌کاررفته متفاوت است. هدف این مطالعه تحلیل اجرای یادگیری اکتشافی در آموزش فیزیک طی دوره ۲۰۲۴ تا ۲۰۲۶ و شناسایی روندهای پژوهشی مرتبط با پیامدهای یادگیری دانش‌آموزان است. این پژوهش با استفاده از مرور نظام‌مند ادبیات (SLR) و تحلیل پانزده مقاله علمی مرتبط انجام شده است. داده‌ها به‌صورت توصیفی و تماتیک بر اساس ویژگی‌های پژوهش، اشکال اجرای یادگیری اکتشافی، رسانه‌ها یا راهبردهای پشتیبان و پیامدهای یادگیری دانش‌آموزان تحلیل شدند. نتایج نشان می‌دهد که یادگیری اکتشافی در موضوعات مختلف فیزیک اجرا شده و می‌تواند با رسانه‌ها و راهبردهای یادگیری پشتیبان مانند PhET، LKPD، E-LKPD، kahoot، vee map و lumio by smart ترکیب شود. به‌طور کلی، مطالعات افزایش یا تأثیر بر پیامدهای یادگیری فیزیک دانش‌آموزان را پس از اجرای یادگیری اکتشافی نشان می‌دهند. مطالعات با طرح‌های آزمایشی تفاوت یا تأثیر بر پیامدهای یادگیری را نشان دادند، در حالی که مطالعات با طرح پیش‌آزمون–پس‌آزمون و پژوهش اقدام کلاسی بهبود پیامدهای یادگیری را پس از اجرای مدل یادگیری نشان دادند. تنوع یافته‌های پژوهشی نشان می‌دهد که اجرای یادگیری اکتشافی باید با ویژگی‌های محتوای آموزشی، دانش‌آموزان، رسانه‌ها یا راهبردهای پشتیبان و طراحی آموزشی سازگار شود.

Conceptual understanding is an important aspect of physics learning, particularly regarding the topic of heat, which students still find difficult to comprehend. Based on preliminary observations at SMAN 2 Tambang, students tend to find it easier to solve problems using formulas rather than explaining the meaning of the concepts being studied. This study aims to determine the implementation and effect of the CORE (Connecting, Organizing, Reflecting, Extending) learning model assisted by simple media on students' conceptual understanding of heat in class XI senior high school. This research used a quasi-experimental method with a Posttest-Only Control Group Design. The research sample consisted of class XI.1 as the experimental group and class XI.7 as the control group, selected using a purposive sampling technique. The experimental group was taught using the CORE learning model assisted by simple media, while the control group received conventional instruction. Conceptual understanding data were obtained through a posttest consisting of 15 questions and analyzed using normality tests, homogeneity tests, and an Independent Samples T-Test. The results showed that the average posttest score for the experimental class was 72.46, whereas the control class achieved 66.51. The Independent Samples T-Test showed values of t = 2.557, df = 89, and Sig. (2-tailed) = 0.012 < 0.05, indicating a significant difference in students' conceptual understanding between the two classes. Thus, the implementation of the CORE learning model assisted by simple media yields better conceptual understanding compared to conventional learning on the topic of heat.

درک مفهومی یکی از جنبه‌های مهم یادگیری فیزیک است، به‌ویژه در موضوع گرما که دانش‌آموزان همچنان در فهم آن با دشواری مواجه هستند. بر اساس مشاهدات اولیه در دبیرستان SMAN 2 Tambang، دانش‌آموزان تمایل دارند مسائل را با استفاده از فرمول‌ها راحت‌تر حل کنند تا این‌که بتوانند معنای مفاهیم مورد مطالعه را توضیح دهند. هدف این پژوهش تعیین نحوه اجرا و تأثیر مدل یادگیری CORE (Connecting, Organizing, Reflecting, Extending) با کمک رسانه‌های ساده بر درک مفهومی دانش‌آموزان در مبحث گرما در پایه یازدهم دبیرستان است. این پژوهش با روش شبه‌آزمایشی و طرح گروه کنترل فقط پس‌آزمون انجام شد. نمونه پژوهش شامل کلاس XI.1 به عنوان گروه آزمایش و کلاس XI.7 به عنوان گروه کنترل بود که با روش نمونه‌گیری هدفمند انتخاب شدند. گروه آزمایش با استفاده از مدل یادگیری CORE با کمک رسانه‌های ساده آموزش دید و گروه کنترل آموزش متداول دریافت کرد. داده‌های درک مفهومی از طریق پس‌آزمون شامل ۱۵ سؤال جمع‌آوری و با آزمون‌های نرمالیتی، همگنی و آزمون T مستقل تحلیل شد. نتایج نشان داد میانگین نمره پس‌آزمون برای کلاس آزمایش ۷۲.۴۶ و برای کلاس کنترل ۶۶.۵۱ بود. آزمون T مستقل مقادیر t = 2.557، df = 89 و Sig. (2-tailed) = 0.012 < 0.05 را نشان داد که بیانگر تفاوت معنادار در درک مفهومی دانش‌آموزان بین دو کلاس است. بنابراین، اجرای مدل یادگیری CORE با کمک رسانه‌های ساده نسبت به آموزش متداول در مبحث گرما، درک مفهومی بهتری را به همراه دارد.

This study examines the status of science identity of physics among middle school students, adopting a mixed-methods approach combining survey data and qualitative interviews, thereby addressing a gap in research on science identity in physics within the transitional context from integrated to discipline-specific curricula in early middle school. Quantitative analyses, including descriptive statistics, cluster analysis, correlation analysis, t-tests, and MANOVA, examined students’ science identity status, patterns, and gender differences. Qualitative interviews were analyzed using reflexive thematic analysis to explore underlying factors. The findings indicate that students’ science identity is moderately positive overall but characterized by an internal imbalance. While interest in science classes emerges as the strongest dimension, science role recognition remains notably weak, revealing an interest–recognition gap. A substantial proportion of students cluster within a neutral identity category, suggesting that the transition from integrated science to subject-based curricula represents a critical and malleable stage in identity development. Gender differences are significant across all dimensions of science identity and become more pronounced at higher grade levels, particularly in learning competence, practical performance, and career interest. Qualitative evidence suggests that these patterns may be associated with increasing academic demands following the transition to discipline-specific curricula, shifts in evaluation approaches, and internalized gender stereotypes. Additionally, limited peer discourse, low perceived proximity to the scientist role, and insufficient exposure to authentic scientific practices further constrain identity formation. Teacher recognition is a critical factor, with female students showing heightened sensitivity to it.

این پژوهش به بررسی وضعیت هویت علمی در فیزیک در میان دانش‌آموزان دوره متوسطه اول می‌پردازد و با اتخاذ رویکردی ترکیبی که داده‌های پیمایشی و مصاحبه‌های کیفی را تلفیق می‌کند، به خلأ پژوهشی در زمینه هویت علمی در فیزیک در بستر گذار از برنامه درسی تلفیقی به برنامه درسی مبتنی بر رشته‌های مجزا در اوایل دوره متوسطه پاسخ می‌دهد. تحلیل‌های کمی، شامل آمار توصیفی، تحلیل خوشه‌ای، تحلیل همبستگی، آزمون t و تحلیل واریانس چندمتغیره (MANOVA)، وضعیت، الگوها و تفاوت‌های جنسیتی هویت علمی دانش‌آموزان را بررسی کردند. مصاحبه‌های کیفی با استفاده از تحلیل تماتیک بازتابی برای شناسایی عوامل زمینه‌ای تحلیل شدند. یافته‌ها نشان می‌دهد که هویت علمی دانش‌آموزان به طور کلی در سطحی نسبتاً مثبت قرار دارد اما با عدم تعادل درونی همراه است. در حالی که علاقه به کلاس‌های علوم قوی‌ترین بُعد هویت است، شناسایی نقش علمی به طور قابل توجهی ضعیف باقی می‌ماند و شکاف علاقه ـ شناسایی را آشکار می‌سازد. بخش قابل توجهی از دانش‌آموزان در دسته هویت خنثی قرار می‌گیرند که نشان می‌دهد گذار از علوم تلفیقی به برنامه درسی مبتنی بر رشته، مرحله‌ای بحرانی و انعطاف‌پذیر در رشد هویت به شمار می‌رود. تفاوت‌های جنسیتی در همه ابعاد هویت علمی معنادار است و در پایه‌های بالاتر، به ویژه در شایستگی یادگیری، عملکرد عملی و علاقه شغلی، برجسته‌تر می‌شود. شواهد کیفی حاکی از آن است که این الگوها ممکن است با افزایش انتظارات تحصیلی پس از گذار به برنامه درسی مبتنی بر رشته، تغییر رویکردهای ارزشیابی و درونی‌سازی کلیشه‌های جنسیتی مرتبط باشد. همچنین، محدودیت در گفت‌وگوی همسالان، ادراک پایین از نزدیکی به نقش دانشمند و مواجهه ناکافی با تجارب اصیل علمی، شکل‌گیری هویت را بیشتر محدود می‌کند. شناسایی معلم به عنوان عاملی کلیدی مطرح است و دانش‌آموزان دختر حساسیت بیشتری نسبت به آن نشان می‌دهند.

This research is part of a larger goal to capture the heritage, lived experiences, and scientific and cultural capital of Black people in the United States in the science curricula. This research examines the impact of a Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) physics curriculum created for the K-12 classroom, which began with the lived experiences and narratives of an African American engineer. Multimedia and other curriculum products were developed and implemented using best practices in science education pedagogy. Participants were Black homeschoolers ages 3 to 14 and their parents located in the Mid-Atlantic region of the United States. Implementation was virtual, with Black homeschooled children meeting weekly on Zoom for 1 hour for a total of 8 weeks. This study used a pragmatic approach that combined the disciplinary expertise of multiple researchers to identify the best frameworks for capturing the emergent themes and essence of the interactions from video recordings and transcripts. Schema theory and Funds of Knowledge served as frameworks to explore and explain the large volume of video dialogues and transcripts emerging from this implementation. The study revealed themes and patterns which support best practices in content creation that centers Black narratives and lived experiences in the science curricula. The research has important implications for creating curricula that center cultural and heritage knowledge in meaningful ways in the science and STEM curricula using interdisciplinary and multidisciplinary approaches.

این پژوهش بخشی از هدفی گسترده‌تر برای ثبت میراث، تجارب زیسته و سرمایه علمی و فرهنگی سیاه‌پوستان ایالات متحده در برنامه‌های درسی علوم است. این پژوهش به بررسی تأثیر یک برنامه درسی فیزیک علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) که برای کلاس‌های K-12 طراحی شده و با تجارب زیسته و روایت‌های یک مهندس آفریقایی‌آمریکایی آغاز شده است، می‌پردازد. محصولات چندرسانه‌ای و سایر مواد آموزشی با بهره‌گیری از بهترین شیوه‌های آموزش علوم توسعه یافته و اجرا شدند. شرکت‌کنندگان، دانش‌آموزان سیاه‌پوست آموزش‌دیده در خانه با سنین ۳ تا ۱۴ سال و والدین آن‌ها بودند که در منطقه Mid-Atlantic ایالات متحده ساکن بودند. اجرای برنامه به صورت مجازی انجام شد و کودکان سیاه‌پوست آموزش‌دیده در خانه به مدت ۸ هفته، هر هفته یک ساعت در Zoom گرد هم آمدند. این مطالعه از رویکردی عمل‌گرایانه بهره برد که تخصص میان‌رشته‌ای چند پژوهشگر را برای شناسایی بهترین چارچوب‌ها جهت ثبت مضامین نوظهور و ماهیت تعاملات از ضبط‌های ویدیویی و رونوشت‌ها ترکیب کرد. نظریه طرح‌واره و سرمایه‌های دانشی به عنوان چارچوب‌هایی برای بررسی و تبیین حجم بالای گفتگوهای ویدیویی و رونوشت‌های حاصل از این اجرا مورد استفاده قرار گرفتند. مطالعه حاضر مضامین و الگوهایی را آشکار ساخت که از بهترین شیوه‌ها در تولید محتوا با محوریت روایت‌ها و تجارب زیسته سیاه‌پوستان در برنامه‌های درسی علوم حمایت می‌کند. این پژوهش پیامدهای مهمی برای طراحی برنامه‌های درسی دارد که دانش فرهنگی و میراث را به شیوه‌ای معنادار در برنامه‌های درسی علوم و STEM با رویکردهای میان‌رشته‌ای و چندرشته‌ای محوریت می‌بخشد.

This study aimed to determine the level of anxiety experienced by eleventh-grade students of SMA Ittihad Makassar in digital-based physics learning. The study employed a survey method with a descriptive qualitative approach involving 17 students as research subjects. Data were collected using a closed-ended questionnaire consisting of 42 statements and a four-point Likert scale. The questionnaire focused on four aspects: anxiety toward digital-based physics lessons, anxiety in using virtual laboratories, self-related digitalisation anxiety, and implementation-related digitalisation anxiety. Data were analyzed by scoring the responses, classifying students into five anxiety categories, and calculating frequencies and percentages. The findings showed that the overall anxiety level was predominantly very low and low. Eleven students (64.71%) were categorized as very low, four students (23.53%) as low, and two students (11.76%) as moderate; no students were categorized as high or very high. By aspect, very-low anxiety was found in 70.59% of students for digital-based physics lessons, 52.94% for virtual laboratories, 64.70% for self-related digitalisation, and 82.35% for implementation-related digitalisation. The results indicate that, within the observed class, digital-based physics learning was generally accompanied by low levels of anxiety, although a small number of students still showed moderate or high responses on particular aspects.

این پژوهش با هدف تعیین سطح اضطراب دانش‌آموزان پایه یازدهم دبیرستان اتحاد ماکاسار در یادگیری فیزیک مبتنی بر دیجیتال انجام شد. روش پژوهش، پیمایشی با رویکرد توصیفی-کیفی بود و ۱۷ دانش‌آموز به عنوان آزمودنی انتخاب شدند. داده‌ها با استفاده از پرسشنامه بسته با ۴۲ گزاره و مقیاس لیکرت چهار درجه‌ای گردآوری شد. پرسشنامه بر چهار جنبه تمرکز داشت: اضطراب نسبت به درس فیزیک مبتنی بر دیجیتال، اضطراب در استفاده از آزمایشگاه‌های مجازی، اضطراب دیجیتالی مرتبط با خود، و اضطراب دیجیتالی مرتبط با اجرا. داده‌ها با امتیازدهی به پاسخ‌ها، طبقه‌بندی دانش‌آموزان در پنج دسته اضطراب، و محاسبه فراوانی و درصدها تحلیل شدند. یافته‌ها نشان داد که سطح کلی اضطراب عمدتاً بسیار پایین و پایین بود. یازده دانش‌آموز (۶۴٫۷۱٪) در دسته بسیار پایین، چهار دانش‌آموز (۲۳٫۵۳٪) در دسته پایین، و دو دانش‌آموز (۱۱٫۷۶٪) در دسته متوسط قرار گرفتند؛ هیچ دانش‌آموزی در دسته‌های بالا یا بسیار بالا قرار نگرفت. به تفکیک جنبه‌ها، اضطراب بسیار پایین در ۷۰٫۵۹٪ دانش‌آموزان برای درس فیزیک مبتنی بر دیجیتال، ۵۲٫۹۴٪ برای آزمایشگاه‌های مجازی، ۶۴٫۷۰٪ برای دیجیتالی شدن مرتبط با خود، و ۸۲٫۳۵٪ برای دیجیتالی شدن مرتبط با اجرا مشاهده شد. نتایج نشان می‌دهد که در کلاس مورد بررسی، یادگیری فیزیک مبتنی بر دیجیتال عموماً با سطوح پایین اضطراب همراه بوده است، اگرچه تعداد کمی از دانش‌آموزان همچنان در برخی جنبه‌ها پاسخ‌های متوسط یا بالا نشان دادند.

Students increasingly rely on online video for help with class material. Here we ask if this form of self-directed learning can be leveraged to improve learning outcomes of regular classroom instruction. Specifically, we test whether encouraging students to find relevant instructional videos online, paired with scaffolding through association questions, benefits learning in an introductory college physics course. A total of 103 undergraduate students were assigned to either a control group (conventional reading assignments and exercises) or an intervention group (unassisted free video search and viewing along with association questions). We also assessed working memory capacity, motivation, and collected their grade-point averages (GPA) to determine the effect of these individual traits. Learning performance was assessed via quizzes, exams, and pre/post physics knowledge tests. In all three measures, we found evidence for a beneficial effect of this intervention. However, on the exam the evidence was only indirect, namely, performance depended on the level of engagement with the association questions. Working memory, GPA, and motivation were significant predictors on most outcomes measures. These findings suggest that student engagement and cognitive traits play a critical role in the effectiveness of video-based, autonomous learning interventions. These results indicate that integrating scaffolding questions into regular at home self directed video search enhances learning, as students are prompted to actively engage with the material.

دانشجویان به طور فزاینده‌ای برای کمک به یادگیری مطالب درسی به ویدئوهای آنلاین متکی می‌شوند. در این پژوهش بررسی می‌شود که آیا این شکل از یادگیری خودراهبر می‌تواند برای بهبود پیامدهای یادگیری در آموزش کلاس درس مورد استفاده قرار گیرد یا خیر. به طور خاص، آزمون می‌شود که آیا تشویق دانشجویان به یافتن ویدئوهای آموزشی مرتبط به صورت آنلاین، همراه با پشتیبانی از طریق پرسش‌های ارتباطی، به یادگیری در یک درس مقدماتی فیزیک دانشگاهی سود می‌رساند یا خیر. در مجموع ۱۰۳ دانشجوی کارشناسی به دو گروه کنترل (تکالیف خواندن متعارف و تمرین‌ها) یا گروه مداخله (جست‌وجو و مشاهده آزاد ویدئو بدون کمک همراه با پرسش‌های ارتباطی) تقسیم شدند. همچنین ظرفیت حافظه کاری، انگیزش و معدل کل (GPA) آن‌ها برای تعیین تأثیر این ویژگی‌های فردی ارزیابی شد. عملکرد یادگیری از طریق آزمونک‌ها، امتحانات و آزمون‌های دانش فیزیک پیش/پس از مداخله سنجیده شد. در هر سه معیار، شواهدی مبنی بر اثر سودمند این مداخله یافت شد. با این حال، در امتحان، شواهد فقط غیرمستقیم بود؛ به این معنا که عملکرد به میزان درگیری با پرسش‌های ارتباطی بستگی داشت. حافظه کاری، معدل کل و انگیزش پیش‌بین‌های معناداری برای اغلب شاخص‌های پیامد بودند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که درگیری دانشجو و ویژگی‌های شناختی نقش حیاتی در اثربخشی مداخلات یادگیری خودراهبر مبتنی بر ویدئو ایفا می‌کنند. این نتایج حاکی از آن است که ادغام پرسش‌های پشتیبان در جست‌وجوی ویدئویی خودراهبر خانگی، یادگیری را بهبود می‌بخشد؛ چرا که دانشجویان به مشارکت فعال با مطالب ترغیب می‌شوند.

Introduction Teaching complex and abstract concepts in atomic physics remains challenging. Integrating STEM principles, applied-oriented learning, and immersive technologies such as virtual reality (VR) may support conceptual understanding and visualization. Methods This study combined bibliometric analysis, a quantitative meta-analysis of 15 eligible empirical studies, and a pilot VR-based assessment. The pilot involved 22 pre-service physics teachers who completed a VR-based lesson on Rutherford's experiment and evaluated the learning experience using a Likert-scale survey covering conceptual clarity, visualization and interactivity, motivation and interest, and STEM and applied orientation. Results The meta-analysis showed a strong positive effect of STEM- and applied-oriented instruction on learning outcomes, with a mean standardized difference (Cohen's d) of 1.28 (95% CI: 0.98–1.58). The pilot assessment also showed generally positive student evaluations across all four dimensions. Discussion The findings support the pedagogical potential of combining STEM-oriented, applied, and immersive approaches in atomic physics education and may inform the preparation of future physics teachers and the integration of digital technologies into secondary and higher education.

مقدمه آموزش مفاهیم پیچیده و انتزاعی در فیزیک اتمی همچنان چالش‌برانگیز است. ادغام اصول STEM، یادگیری مبتنی بر کاربرد و فناوری‌های فراگیر مانند واقعیت مجازی (VR) می‌تواند به درک مفهومی و تجسم کمک کند. روش‌ها این پژوهش با ترکیب تحلیل کتاب‌سنجی، فراتحلیل کمی ۱۵ مطالعه تجربی واجد شرایط و یک ارزیابی آزمایشی مبتنی بر VR انجام شد. در بخش آزمایشی، ۲۲ دانشجوی معلم فیزیک پیش‌خدمت در یک درس مبتنی بر VR درباره آزمایش رادرفورد شرکت کردند و تجربه یادگیری خود را با استفاده از پرسشنامه لیکرت در چهار بعد شفافیت مفهومی، تجسم و تعاملی بودن، انگیزش و علاقه‌مندی، و جهت‌گیری STEM و کاربردی ارزیابی کردند. یافته‌ها فراتحلیل نشان داد که آموزش مبتنی بر STEM و کاربردی تأثیر مثبت و قوی بر پیامدهای یادگیری دارد، با میانگین تفاوت استاندارد شده (d کوهن) برابر با ۱٫۲۸ (فاصله اطمینان ۹۵٪: ۰٫۹۸ تا ۱٫۵۸). ارزیابی آزمایشی نیز به طور کلی ارزیابی‌های مثبت دانشجویان را در هر چهار بعد نشان داد. بحث یافته‌ها از ظرفیت آموزشی ترکیب رویکردهای مبتنی بر STEM، کاربردی و فراگیر در آموزش فیزیک اتمی حمایت می‌کند و می‌تواند به آماده‌سازی معلمان آینده فیزیک و ادغام فناوری‌های دیجیتال در آموزش متوسطه و عالی کمک کند.

This research is motivated by the low problem-solving ability of students in physics classes, which is still dominated by teacher-centered teaching. The purpose of this study is to determine the influence of collaborative learning models on students' problem-solving skills. This study uses a quantitative approach using a quasi-experimental design (Nonequivalent Control Group Design) involving two classes: an experimental class that implements a collaborative learning model and a control class that implements a hands-on instruction model. The research sample consisted of 22 students in the experimental class and 22 students in the control class. The research instrument consisted of a test of problem-solving ability given as a pretest and posttest. The results showed that the average pretest and posttest scores in the experimental class increased from 14.00 to 90.68, while in the control class it increased from 12.91 to 46.91. The results of the hypothesis test using the Independent Sample t-test showed a significance value of 0.000 < 0.05, indicating a significant difference between the two classes. Furthermore, the average N-Gain score in the experimental class was 89.20% (high category), while in the control class it was 39.04% (medium category). Thus, it can be concluded that the collaborative learning model has a significant influence on students' problem-solving abilities in physics learning.

این پژوهش با انگیزهٔ پایین بودن توانایی حل مسئله دانش‌آموزان در کلاس‌های فیزیک که همچنان تحت سلطهٔ آموزش معلم‌محور است، انجام شده‌است. هدف این مطالعه تعیین تأثیر الگوهای یادگیری مشارکتی بر مهارت‌های حل مسئله دانش‌آموزان است. این پژوهش با رویکرد کمی و با استفاده از طرح شبه‌آزمایشی (Nonequivalent Control Group Design) انجام شده و شامل دو کلاس است: یک کلاس آزمایش که مدل یادگیری مشارکتی را اجرا می‌کند و یک کلاس کنترل که مدل hands-on instruction را به کار می‌گیرد. نمونه پژوهش شامل ۲۲ دانش‌آموز در کلاس آزمایش و ۲۲ دانش‌آموز در کلاس کنترل بود. ابزار پژوهش شامل آزمون توانایی حل مسئله بود که به‌صورت پیش‌آزمون و پس‌آزمون ارائه شد. نتایج نشان داد که میانگین نمرات پیش‌آزمون و پس‌آزمون در کلاس آزمایش از ۱۴٫۰۰ به ۹۰٫۶۸ افزایش یافت، در حالی که در کلاس کنترل این افزایش از ۱۲٫۹۱ به ۴۶٫۹۱ بود. نتایج آزمون فرضیه با استفاده از Independent Sample t-test نشان داد مقدار معناداری ۰٫۰۰۰ < ۰٫۰۵ است که بیانگر تفاوت معنادار بین دو کلاس می‌باشد. همچنین، میانگین امتیاز N-Gain در کلاس آزمایش ۸۹٫۲۰٪ (دسته‌بندی بالا) و در کلاس کنترل ۳۹٫۰۴٪ (دسته‌بندی متوسط) بود. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که مدل یادگیری مشارکتی تأثیر معناداری بر توانایی حل مسئله دانش‌آموزان در یادگیری فیزیک دارد.

Artificial intelligence (AI) is increasingly being integrated into higher education, yet empirical evidence on its pedagogical use in university physics remains fragmented. This systematic review synthesized empirical research on the applications, reported learning and pedagogical outcomes, methodological quality, challenges, and educational implications of AI-supported university physics education. We used six search sources: SpringerLink, Scopus, Web of Science, ScienceDirect, Google Scholar, and ERIC. The searches in the five original sources were updated through September 2026, and ERIC was added as an additional search source. Eligibility criteria were defined using the PICOS framework, study selection followed PRISMA 2020, and methodological quality was appraised using the 2018 Mixed Methods Appraisal Tool (MMAT). Eleven empirical studies met the inclusion criteria and were synthesized narratively. Across the included studies, AI was used for tutoring and explanations, formative feedback and scaffolding, collaborative problem solving, simulation and modeling, instructional design, and developing AI literacy. Reported outcomes were mixed and context-dependent. Some studies identified favorable short-term or task-specific outcomes related to feedback, learning performance, simulation-based activities, and AI-related competencies, whereas others reported limitations in transfer to independent performance, the pedagogical quality of AI-generated materials, and students’ ability to recognize scientifically inaccurate AI-generated responses. Cross-study patterns suggested that instructional structure, alignment between AI-supported activities and learning tasks, students’ disciplinary knowledge, and opportunities to critically evaluate AI outputs shaped the educational use of AI. The current evidence does not support a general conclusion that AI is uniformly effective in university physics education. Rather, its educational value appears to depend on how AI is integrated into learning activities and on the extent to which students and instructors retain responsibility for reasoning, evaluation, and pedagogical decision-making. Given the small and heterogeneous evidence base, larger longitudinal and multi-institutional studies are needed to examine the durability and transferability of reported outcomes.

هوش مصنوعی (AI) به طور فزاینده‌ای در آموزش عالی ادغام می‌شود، اما شواهد تجربی درباره کاربرد آموزشی آن در فیزیک دانشگاهی همچنان پراکنده است. این مرور نظام‌مند، پژوهش‌های تجربی درباره کاربردها، پیامدهای یادگیری و آموزشی گزارش‌شده، کیفیت روش‌شناختی، چالش‌ها و پیامدهای آموزشی آموزش فیزیک دانشگاهی مبتنی بر هوش مصنوعی را سنتز کرده است. شش منبع جستجو مورد استفاده قرار گرفت: SpringerLink، Scopus، Web of Science، ScienceDirect، Google Scholar و ERIC. جستجوها در پنج منبع اصلی تا سپتامبر ۲۰۲۶ به‌روزرسانی شد و ERIC به عنوان منبع جستجوی اضافی افزوده شد. معیارهای شایستگی با استفاده از چارچوب PICOS تعریف شد، انتخاب مطالعات بر اساس PRISMA 2020 انجام گرفت و کیفیت روش‌شناختی با ابزار ارزیابی روش‌های ترکیبی ۲۰۱۸ (MMAT) سنجیده شد. یازده مطالعه تجربی معیارهای ورود را داشتند و به صورت روایی سنتز شدند. در مطالعات وارد شده، AI برای آموزش و توضیح، بازخورد تکوینی و پشتیبانی، حل مسئله گروهی، شبیه‌سازی و مدل‌سازی، طراحی آموزشی و توسعه سواد هوش مصنوعی به کار رفته بود. پیامدهای گزارش‌شده متنوع و وابسته به زمینه بودند. برخی مطالعات پیامدهای مثبت کوتاه‌مدت یا خاص وظیفه مرتبط با بازخورد، عملکرد یادگیری، فعالیت‌های مبتنی بر شبیه‌سازی و شایستگی‌های مرتبط با AI را شناسایی کردند، در حالی که برخی دیگر به محدودیت‌هایی در انتقال به عملکرد مستقل، کیفیت آموزشی مواد تولیدشده توسط AI و توانایی دانشجویان در تشخیص پاسخ‌های علمی نادرست تولیدشده توسط AI اشاره کردند. الگوهای میان‌مطالعه‌ای نشان داد که ساختار آموزشی، هم‌راستایی میان فعالیت‌های مبتنی بر AI و وظایف یادگیری، دانش تخصصی دانشجویان و فرصت‌های ارزیابی انتقادی خروجی‌های AI، استفاده آموزشی از هوش مصنوعی را شکل می‌دهد. شواهد موجود از نتیجه‌گیری کلی مبنی بر اثربخشی یکنواخت AI در آموزش فیزیک دانشگاهی حمایت نمی‌کند؛ بلکه ارزش آموزشی آن به نحوه ادغام AI در فعالیت‌های یادگیری و میزان حفظ مسئولیت استدلال، ارزیابی و تصمیم‌گیری آموزشی توسط دانشجویان و مدرسان بستگی دارد. با توجه به شواهد اندک و ناهمگون، مطالعات طولی و چندنهادی بزرگ‌تر برای بررسی پایداری و انتقال‌پذیری پیامدهای گزارش‌شده مورد نیاز است.

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.

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.

The 2018 General Education Curriculum in Vietnam requires physics teaching to develop students’ scientific competence, and the science, technology, society and environment (STSE) model has been proposed as one way to meet this requirement. Evidence on how upper secondary physics teachers currently teach specific topics in relation to STSE remains limited. This study surveyed 55 physics teachers about the topic “Electric current and circuits” (Physics 11). A 15-item questionnaire on a five-point Likert scale covered four areas: teaching practice, STSE integration, teacher-rated student scientific competence, and awareness of and readiness for the STSE model. Descriptive statistics and internal consistency coefficients (Cronbach’s α and McDonald’s ω) were computed. Lecturing combined with problem solving was reported by 61.8% of teachers, whereas 38.9% had implemented project-based learning for the topic, and 72.2% reported time and facility constraints. Teachers more often linked the topic to social issues (87.3%) and environmental issues (76.4%) than to modern technology (59.3%). Collecting and processing data was the lowest-rated student capability (M = 3.18). Although 40.7% of teachers were familiar with the STSE model, 70.4% were willing to adopt it if given materials and training. The findings indicate a gap between awareness and readiness, and point to the need for topic-specific STSE resources, professional development, and low-cost technological projects.

بر اساس برنامه درسی آموزش عمومی ۲۰۱۸ در ویتنام، آموزش فیزیک باید به توسعه شایستگی علمی دانش‌آموزان منجر شود و مدل علم، فناوری، جامعه و محیط زیست (STSE) به عنوان یکی از راهکارهای تحقق این هدف پیشنهاد شده است. شواهد موجود درباره نحوه آموزش موضوعات خاص توسط دبیران فیزیک متوسطه دوم در ارتباط با STSE همچنان محدود است. این پژوهش با نظرسنجی از ۵۵ دبیر فیزیک درباره موضوع «جریان الکتریکی و مدارها» (فیزیک ۱۱) انجام شد. پرسشنامه‌ای ۱۵‌سؤالی با مقیاس لیکرت پنج‌درجه‌ای چهار حوزه را پوشش داد: عملکرد آموزشی، ادغام STSE، ارزیابی شایستگی علمی دانش‌آموزان توسط دبیر، و آگاهی و آمادگی نسبت به مدل STSE. آمار توصیفی و ضرایب پایایی درونی (آلفای کرونباخ و امگا مک‌دونالد) محاسبه شد. ۶۱٫۸٪ دبیران، تدریس ترکیبی با حل مسئله را گزارش کردند، در حالی که ۳۸٫۹٪ یادگیری مبتنی بر پروژه را برای این موضوع به کار برده بودند و ۷۲٫۲٪ محدودیت زمانی و امکانات را ذکر کردند. دبیران بیشتر موضوع را به مسائل اجتماعی (۸۷٫۳٪) و زیست‌محیطی (۷۶٫۴٪) نسبت به فناوری‌های نوین (۵۹٫۳٪) مرتبط می‌کردند. جمع‌آوری و پردازش داده‌ها پایین‌ترین امتیاز قابلیت دانش‌آموزان را داشت (M = 3.18). اگرچه ۴۰٫۷٪ دبیران با مدل STSE آشنایی داشتند، ۷۰٫۴٪ در صورت دریافت منابع و آموزش، تمایل به پذیرش آن داشتند. یافته‌ها نشان‌دهنده شکاف میان آگاهی و آمادگی است و بر نیاز به منابع موضوع‌محور STSE، توسعه حرفه‌ای و پروژه‌های فناورانه کم‌هزینه تأکید دارد.

The 2018 General Education Curriculum in Vietnam requires physics teaching to develop students’ scientific competence, and the science, technology, society and environment (STSE) model has been proposed as one way to meet this requirement. Evidence on how upper secondary physics teachers currently teach specific topics in relation to STSE remains limited. This study surveyed 55 physics teachers about the topic “Electric current and circuits” (Physics 11). A 15-item questionnaire on a five-point Likert scale covered four areas: teaching practice, STSE integration, teacher-rated student scientific competence, and awareness of and readiness for the STSE model. Descriptive statistics and internal consistency coefficients (Cronbach’s α and McDonald’s ω) were computed. Lecturing combined with problem solving was reported by 61.8% of teachers, whereas 38.9% had implemented project-based learning for the topic, and 72.2% reported time and facility constraints. Teachers more often linked the topic to social issues (87.3%) and environmental issues (76.4%) than to modern technology (59.3%). Collecting and processing data was the lowest-rated student capability (M = 3.18). Although 40.7% of teachers were familiar with the STSE model, 70.4% were willing to adopt it if given materials and training. The findings indicate a gap between awareness and readiness, and point to the need for topic-specific STSE resources, professional development, and low-cost technological projects.

بر اساس برنامه درسی آموزش عمومی ۲۰۱۸ در ویتنام، آموزش فیزیک باید به توسعه شایستگی علمی دانش‌آموزان منجر شود و مدل علم، فناوری، جامعه و محیط زیست (STSE) به عنوان یکی از راهکارهای تحقق این هدف پیشنهاد شده است. شواهد موجود درباره نحوه آموزش موضوعات خاص توسط دبیران فیزیک متوسطه دوم در ارتباط با STSE همچنان محدود است. این پژوهش با نظرسنجی از ۵۵ دبیر فیزیک درباره موضوع «جریان الکتریکی و مدارها» (فیزیک ۱۱) انجام شد. پرسشنامه‌ای ۱۵‌سؤالی با مقیاس لیکرت پنج‌درجه‌ای چهار حوزه را پوشش داد: عملکرد آموزشی، ادغام STSE، ارزیابی شایستگی علمی دانش‌آموزان توسط دبیر، و آگاهی و آمادگی نسبت به مدل STSE. آمار توصیفی و ضرایب پایایی درونی (آلفای کرونباخ و امگا مک‌دونالد) محاسبه شد. ۶۱٫۸٪ دبیران، تدریس ترکیبی با حل مسئله را گزارش کردند، در حالی که ۳۸٫۹٪ یادگیری مبتنی بر پروژه را برای این موضوع به کار برده بودند و ۷۲٫۲٪ محدودیت زمانی و امکانات را ذکر کردند. دبیران بیشتر موضوع را به مسائل اجتماعی (۸۷٫۳٪) و زیست‌محیطی (۷۶٫۴٪) نسبت به فناوری‌های نوین (۵۹٫۳٪) مرتبط می‌کردند. جمع‌آوری و پردازش داده‌ها پایین‌ترین امتیاز قابلیت دانش‌آموزان را داشت (M = 3.18). اگرچه ۴۰٫۷٪ دبیران با مدل STSE آشنایی داشتند، ۷۰٫۴٪ در صورت دریافت منابع و آموزش، تمایل به پذیرش آن داشتند. یافته‌ها نشان‌دهنده شکاف میان آگاهی و آمادگی است و بر نیاز به منابع موضوع‌محور STSE، توسعه حرفه‌ای و پروژه‌های فناورانه کم‌هزینه تأکید دارد.

A major challenge for quantum workforce development is the need to both understand and reliably assess student learning of quantum information science (QIS) fundamentals. Yet student thinking is notoriously difficult to probe, even for seasoned education researchers. This article presents the story of Item 15 on the Quantum Computing Conceptual Survey (QCCS). This assessment item underwent more revision and discussion within the team than the remaining 19 assessment questions combined. This paper provides a behind-the-scenes look at the development of this assessment question: a story that both reveals interesting findings about student reasoning in quantum computing and illustrates why quantum education researchers insist on triangulating diverse quantitative and qualitative data sources when developing and refining assessment items, with implications for any researcher looking to understand and measure student conceptual reasoning in quantum computing, as well as for QIS curriculum and workforce development more broadly.

یکی از چالش‌های اصلی در توسعه نیروی کار کوانتومی، نیاز به درک و ارزیابی قابل اعتماد یادگیری دانشجویان در مبانی علم اطلاعات کوانتومی (QIS) است. با این حال، بررسی تفکر دانشجویان حتی برای پژوهشگران باتجربه آموزش نیز به‌طور berجسته‌ای دشوار است. این مقاله به شرح داستان سؤال ۱۵ در «پیمایش مفهومی محاسبات کوانتومی» (QCCS) می‌پردازد. این سؤال ارزیابی نسبت به ۱۹ سؤال دیگر این آزمون، بازنگری و بحث بیشتری را در تیم پژوهشی به خود اختصاص داد. این مقاله نگاهی پشت‌صحنه به فرآیند توسعه این سؤال ارزیابی ارائه می‌دهد: روایتی که هم یافته‌های جالبی درباره استدلال دانشجویان در محاسبات کوانتومی آشکار می‌کند و هم نشان می‌دهد چرا پژوهشگران آموزش کوانتومی بر مثلث‌بندی منابع متنوع داده‌های کمی و کیفی در هنگام توسعه و اصلاح سؤالات ارزیابی تأکید دارند؛ این موضوع پیامدهایی برای هر پژوهشگری دارد که به دنبال درک و سنجش استدلال مفهومی دانشجویان در محاسبات کوانتومی است و همچنین برای توسعه برنامه درسی QIS و نیروی کار در سطحی گسترده‌تر اهمیت دارد.