Virtual Laboratory

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.

Science learning at the junior secondary school (SMP) level plays a strategic role in developing students’ scientific literacy and critical thinking skills; however, its implementation continues to face various structural and pedagogical challenges. This study aims to analyze the problems of science learning at the SMP level in Parigi Moutong Regency from the perspective of science teachers as curriculum implementers in the field. A descriptive qualitative approach was employed, involving ten science teachers from ten public junior secondary schools distributed across several sub-districts with varying accreditation levels of A, B, and C. Data were collected using an instrument combining a four-point Likert scale and open-ended questions covering four aspects: scientific literacy, learning conditions, technology utilization, and virtual laboratory experience. The data were analyzed thematically through the stages of data reduction, data display, and conclusion drawing. The findings indicate that the main problems include low levels of students’ scientific literacy and critical thinking skills, learning that tends to emphasize procedural mastery of concepts and remains teacher-centered, limited laboratory facilities and practical equipment, and suboptimal utilization of digital technology, although most teachers are familiar with virtual laboratories such as PhET. Science teachers expressed the need for capacity building through training, integration of STEM-based Problem-Based Learning and Project-Based Learning models, and more systematic utilization of virtual laboratories. These findings provide a basis for strengthening teacher competencies and developing contextual learning innovations that are responsive to regional conditions.

آموزش علوم در مقطع متوسطه اول نقش راهبردی در توسعه سواد علمی و مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان ایفا می‌کند؛ با این حال، اجرای آن همچنان با چالش‌های ساختاری و آموزشی متعددی مواجه است. هدف این پژوهش تحلیل مسائل آموزش علوم در مقطع متوسطه اول شهرستان پاریگی موتونگ از منظر دبیران علوم به عنوان مجریان برنامه درسی در میدان عمل است. این مطالعه با رویکرد کیفی توصیفی انجام شده و شامل ده دبیر علوم از ده مدرسه متوسطه اول دولتی در مناطق مختلف با سطوح اعتبارسنجی A، B و C می‌باشد. داده‌ها با استفاده از ابزاری ترکیبی شامل مقیاس لیکرت چهار گزینه‌ای و پرسش‌های باز در چهار محور سواد علمی، شرایط یادگیری، بهره‌گیری از فناوری و تجربه آزمایشگاه مجازی گردآوری شد. داده‌ها به صورت موضوعی و از طریق مراحل کاهش داده، نمایش داده و نتیجه‌گیری تحلیل شدند. یافته‌ها نشان می‌دهد که مسائل اصلی شامل پایین بودن سطح سواد علمی و مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان، آموزش مبتنی بر تسلط رویه‌ای بر مفاهیم و محوریت معلم، محدودیت امکانات آزمایشگاهی و تجهیزات عملی و استفاده ناکافی از فناوری دیجیتال است، هرچند اکثر دبیران با آزمایشگاه‌های مجازی مانند PhET آشنایی دارند. دبیران علوم نیاز به توانمندسازی از طریق آموزش، ادغام الگوهای یادگیری مبتنی بر مسئله و پروژه با رویکرد STEM و بهره‌گیری نظام‌مندتر از آزمایشگاه‌های مجازی را ابراز کردند. این یافته‌ها مبنایی برای تقویت شایستگی‌های معلمان و توسعه نوآوری‌های آموزشی زمینه‌مند و متناسب با شرایط منطقه‌ای فراهم می‌کند.

This study was motivated by the low level of science process skills among fifth-grade students on the topic of energy transformation, resulting from instruction that remained dominated by conventional methods and limited hands-on practical activities, which reduced students' active involvement in developing observing, classifying, predicting, interpreting, and communicating skills. This study aimed to determine the effect of using the PhET Virtual Lab on the science process skills of fifth-grade students at SDN Kesatrian. A quantitative approach with a quasi-experimental method and a Nonequivalent Control Group Design was employed. The sample consisted of 60 students divided into an experimental group and a control group of 30 students each. Data were collected through an essay-based science process skills test administered as a pretest and posttest. The results showed an average posttest score of 84.33 for the experimental group compared to 58.30 for the control group. The Independent Samples t-Test yielded a significance value of 0.001 (< 0.05), indicating a significant effect of the PhET Virtual Lab on students' science process skills. The N-Gain test showed an increase of 73.40% in the experimental group (high category) and 24.22% in the control group (low category). Thus, the PhET Virtual Lab proved effective in improving elementary school students' science process skills on the topic of energy transformation

این پژوهش با انگیزه سطح پایین مهارت‌های فرایند علم در میان دانش‌آموزان پایه پنجم در مبحث تغییر شکل انرژی انجام شد که ناشی از آموزش غالباً مبتنی بر روش‌های سنتی و محدودیت فعالیت‌های عملی بوده و موجب کاهش مشارکت فعال دانش‌آموزان در توسعه مهارت‌های مشاهده، طبقه‌بندی، پیش‌بینی، تفسیر و ارتباط شده است. هدف این پژوهش تعیین تأثیر استفاده از آزمایشگاه مجازی PhET بر مهارت‌های فرایند علم دانش‌آموزان پایه پنجم دبستان SDN Kesatrian بود. رویکرد کمی با روش شبه‌آزمایشی و طرح گروه کنترل نابرابر به کار گرفته شد. نمونه شامل ۶۰ دانش‌آموز بود که به دو گروه آزمایش و کنترل، هر یک با ۳۰ نفر، تقسیم شدند. داده‌ها از طریق آزمون مهارت‌های فرایند علم مبتنی بر سؤال تشریحی به صورت پیش‌آزمون و پس‌آزمون گردآوری شد. نتایج نشان داد میانگین نمره پس‌آزمون گروه آزمایش ۸۴٫۳۳ و گروه کنترل ۵۸٫۳۰ بود. آزمون t مستقل مقدار معناداری ۰٫۰۰۱ (< ۰٫۰۵) را نشان داد که بیانگر تأثیر معنادار آزمایشگاه مجازی PhET بر مهارت‌های فرایند علم دانش‌آموزان است. آزمون N-Gain افزایش ۷۳٫۴۰٪ در گروه آزمایش (رده بالا) و ۲۴٫۲۲٪ در گروه کنترل (رده پایین) را نشان داد. بنابراین، آزمایشگاه مجازی PhET در بهبود مهارت‌های فرایند علم دانش‌آموزان دبستان در مبحث تغییر شکل انرژی اثربخش بود.

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.

Perkembangan era digital menuntut peserta didik memiliki kemampuan tingkat tinggi, salah satunya keterampilan berpikir komputasional yang berperan penting dalam pembelajaran sains, khususnya biologi. Namun, implementasi berpikir komputasional dalam pembelajaran pada materi pewarisan sifat di sekolah masih belum optimal karena karakteristik materi yang abstrak dan keterbatasan media pembelajaran. Tujuan penelitian ini untuk menghasilkan LKPD (Lembar Kerja Peserta Didik) berbasis laboratorium virtual FlyLab JS pada materi pewarisan sifat serta menguji kualitasnya berdasarkan aspek validitas, kepraktisan, dan keefektifan. Penelitian menggunakan metode R&D (Research and Development) melalui model pengembangan 4D (define, design, develop, disseminate). Sasaran penelitian adalah peserta didik kelas XII MIPA SMAN Jogoroto sebanyak 25 orang. Validitas LKPD dinilai berdasarkan hasil validasi oleh ahli media, ahli materi dan guru Biologi. Kepraktisan ditentukan dari hasil observasi dan respon peserta didik. Keefektifan diperoleh dari hasil belajar peserta didik melalui pre-test dan post-test. Hasil penelitian menunjukkan bahwa LKPD yang dihasilkan menunjukkan tingkat validitas sangat valid dengan skor rata-rata 3,83. Kepraktisan LKPD ditunjukkan oleh keterlaksanaan aktivitas pembelajaran sebesar 97,82% dan respons positif peserta didik sebesar 96,73%. Keefektifan LKPD terlihat dari meningkatnya kemampuan berpikir komputasional dengan N-gain rata-rata 0,78 dalam kategori tinggi serta peningkatan hasil belajar kognitif dengan ketuntasan mencapai 100%. Seluruh indikator berpikir komputasional mengalami peningkatan, dengan indikator algoritma memperoleh N-gain paling rendah sebesar 0,69 dalam kategori sedang. Dengan demikian, LKPD berbasis laboratorium virtual FlyLab JS dinyatakan valid, praktis, dan efektif untuk meningkatkan kemampuan berpikir komputasional peserta didik pada materi pewarisan sifat. Kata Kunci: LKPD, Laboratorium Virtual, FlyLab JS, Berpikir Komputasional, Pewarisan Sifat The development of the digital era requires students to possess higher order skills, particulary computational thinking, which plays a crucial role in science learning in biology. However, the implementation of computational thinking in teaching heredity concepts in schools remains limited due to the abstract nature of the material and limited availability of instructional media. This study aims to produce a student worksheet based on the FlyLab JS laboratory for heredity topics and to examine its quality in terms of validity, practicality, and effectiveness. The research uses the Research and Development method through the 4D (define, design, develop, and disseminate) development model. The research subjects were 25 students from the twelfth grade science class at SMAN Jogoroto. The validity of the student worksheet is determined based on validation results from media experts, material experts, and Biology teachers. Practicality is determined through observations of learning implementation and student responses. Effectiveness is measured using students' learning outcomes obtained from pre-tests and post-tests. The results show that the student worksheet demonstrates high validity with an average score of 3.83. Practicality is reflected in implementation reaching 97.82% and student responses of 96.73%. Effectiveness is indicated by improved computational thinking skills with an average N-gain of 0.78 in the high category, with cognitive mastery reaching 100%. All computational thinking indicators improved, although the algorithm indicator showed the lowest N-gain of 0.69 in the medium category. Thus, the FlyLab JS based worksheet is valid, practical, and effective in enhancing students' computational thinking skills on inheritance topics. Keywords: Virtual Laboratory, FlyLab JS, Computational Thinking, Inheritance

تحولات عصر دیجیتال مستلزم آن است که دانش‌آموزان دارای مهارت‌های سطح بالا، از جمله مهارت تفکر محاسباتی باشند که نقش مهمی در یادگیری علوم، به‌ویژه زیست‌شناسی ایفا می‌کند. با این حال، اجرای تفکر محاسباتی در آموزش مبحث وراثت صفات در مدارس هنوز به‌طور بهینه صورت نمی‌گیرد که این امر به دلیل ماهیت انتزاعی محتوا و محدودیت رسانه‌های آموزشی است. هدف این پژوهش، تولید کاربرگ دانش‌آموز (LKPD) مبتنی بر آزمایشگاه مجازی FlyLab JS در مبحث وراثت صفات و ارزیابی کیفیت آن بر اساس جنبه‌های روایی، کاربردپذیری و اثربخشی است. این پژوهش با روش تحقیق و توسعه (R&D) و از طریق مدل توسعه ۴D (تعریف، طراحی، توسعه، اشاعه) انجام شد. جامعهٔ پژوهش شامل ۲۵ نفر از دانش‌آموزان پایه دوازدهم رشته علوم تجربی دبیرستان SMAN Jogoroto بود. روایی کاربرگ بر اساس نتایج ارزیابی توسط متخصص رسانه، متخصص محتوا و معلم زیست‌شناسی تعیین شد. کاربردپذیری از طریق مشاهده اجرای آموزش و پاسخ‌های دانش‌آموزان سنجیده شد. اثربخشی با استفاده از نتایج یادگیری دانش‌آموزان از طریق پیش‌آزمون و پس‌آزمون ارزیابی گردید. نتایج پژوهش نشان داد که کاربرگ تولیدشده دارای سطح روایی بسیار بالا با میانگین امتیاز ۳٫۸۳ است. کاربردپذیری کاربرگ با میزان اجرای فعالیت‌های آموزشی ۹۷٫۸۲٪ و پاسخ مثبت دانش‌آموزان ۹۶٫۷۳٪ نشان داده شد. اثربخشی کاربرگ از طریق بهبود توانایی تفکر محاسباتی با میانگین N-gain برابر با ۰٫۷۸ در دستهٔ بالا و همچنین افزایش نتایج یادگیری شناختی با کسب موفقیت ۱۰۰٪ مشاهده شد. همهٔ شاخص‌های تفکر محاسباتی بهبود یافتند و شاخص الگوریتم پایین‌ترین N-gain را با مقدار ۰٫۶۹ در دستهٔ متوسط به دست آورد. بنابراین، کاربرگ مبتنی بر آزمایشگاه مجازی FlyLab JS از نظر روایی، کاربردپذیری و اثربخشی برای ارتقاء توانایی تفکر محاسباتی دانش‌آموزان در مبحث وراثت صفات تأیید می‌شود.

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.