Science education

Enhancing conceptual understanding and critical thinking in elementary science requires meaningful learning experiences supported by appropriate instructional media. Examining the effects of integrating Deep Learning approaches and audiovisual media on students’ conceptual understanding and critical thinking was the primary aim of this study. A quantitative approach with a quasi-experimental matching-only design involved 30 fifth-grade students, comprising 15 students in the experimental group and 15 in the control group. Data were collected using conceptual understanding and critical thinking tests, with reliability coefficients of 0.84 and 0.86, respectively. Data analysis employed ANCOVA and MANCOVA. Results showed that the experimental group obtained higher posttest means in conceptual understanding (91.47) and critical thinking (89.72) than the control group (72.47 and 68.47). ANCOVA indicated significant effects on conceptual understanding, F(1,56) = 86.57, p < 0.01, η²p = 0.59, and critical thinking, F(1,56) = 72.43, p < 0.01, η²p = 0.56. MANCOVA also revealed a significant simultaneous effect, Pillai’s Trace = 0.68, F(2,56) = 58.72, p < 0.01, η²p = 0.68. Overall, integrating Deep Learning approaches with audiovisual media substantially improved both outcomes within the studied context.

ABSTRACT This study examined differences in sixth-grade students’ conceptual understanding and critical thinking between Problem-Based Learning (PBL) supported by an Augmented Reality (AR)-Based Book and conventional instruction in Solar System learning. A quantitative quasi-experimental study employing a nonequivalent pretest–posttest control group design involved 35 students from two elementary schools in Blora, Indonesia, comprising 17 experimental and 18 control participants. The intervention was implemented across three instructional sessions. Data were collected using validated essay-based assessments and analyzed through analysis of covariance (ANCOVA) and multivariate analysis of covariance (MANCOVA), controlling for pretest performance. The experimental group achieved higher posttest means in conceptual understanding (86.71 vs. 72.67) and critical thinking (85.82 vs. 70.17). ANCOVA revealed significant adjusted between-group differences in conceptual understanding (mean difference = 13.87, 95% CI [11.45, 16.29], p < .001) and critical thinking (mean difference = 15.38, 95% CI [12.19, 18.57], p < .001). MANCOVA confirmed a significant multivariate difference (Pillai’s Trace = .862, F(2, 30) = 95.34, p < .001). These findings suggest that integrating AR-supported visualization within structured problem-based inquiry may support conceptual learning and evidence-based reasoning. Nevertheless, the small sample, nonrandom allocation, and school- and teacher-level confounding preclude definitive causal conclusions. Larger multisite and factorial studies are recommended.

Achieving Sustainable Development Goal 4 (SDG 4) requires elementary science instruction that develops not only conceptual understanding but also students’ learning independence. However, previous studies have predominantly examined Outdoor Study and Problem-Based Learning as separate instructional approaches, leaving limited empirical evidence on their integrated application in elementary science education. This study aimed to examine the effectiveness of integrating Outdoor Study with Problem-Based Learning in supporting conceptual understanding and learning independence. A quasi-experimental pretest–posttest control group design was conducted at SD Negeri 3 Nglengkir (n = 19) and SD Negeri 2 Nglengkir (n = 17), Blora Regency, Indonesia. Data were collected using a conceptual understanding test and a learning independence questionnaire, analyzed using paired-samples t-tests, independent-samples t-tests, and MANOVA. The experimental group demonstrated significantly higher conceptual understanding and learning independence scores than the control group (p < .001). MANOVA also revealed a significant simultaneous difference between groups, Wilks' Λ = .241, F(2; 33) = 52.061, p < .001, partial η² = .759. These findings indicate that the integration of Outdoor Study and Problem-Based Learning offers a promising approach for strengthening science learning outcomes and learner autonomy. The study contributes empirical evidence for competency-oriented elementary science instruction aligned with SDG 4.

This study aimed to develop and evaluate a Problem-Based Wordwall Edugame instructional package for sixth-grade Science and Social Studies (IPAS) and examine its association with students’ critical-thinking performance. Using a research-and-development approach guided by the ADDIE model, the study incorporated a quasi-experimental pretest–posttest comparison involving all 30 sixth-grade students at SDN 3 Sendangrejo, Indonesia, assigned by pretest scores to experimental (n = 15) and control (n = 15) groups. Data were collected through expert-validation sheets, classroom observations, teacher and student response questionnaires, and critical-thinking tests, and analyzed using descriptive statistics, assumption tests, paired- and independent-samples t-tests, and normalized gains. Expert validation yielded 87% for content, 89% for media, and 88% for learning devices; implementation reached 92.76%, and teacher and student responses each reached 93%. Mean critical-thinking scores increased from 56.80 to 89.87 in the experimental group and from 53.73 to 68.87 in the control group; normalized gains were 0.77 and 0.33, respectively. The posttest group difference was significant, t(28) = 12.73, p < .001. These findings are consistent with constructivist and problem-based learning research and suggest that pedagogically integrated gamification can support critical-thinking development. However, the single-school sample, nonrandom group allocation, and combined intervention limit causal inference and generalizability; larger controlled studies should test individual components and longer-term effects.

Creativity is a core competency within Kenya’s Competency-Based Education framework, and Integrated Science offers opportunities for learners to investigate, collaborate, experiment, and apply scientific knowledge. However, limited context-specific evidence exists on how teachers combine instructional strategies to foster creativity in Junior School Integrated Science. This study assessed variations in teachers’ combined use of inquiry-based, collaborative, experiential and hands-on, and technology-enhanced strategies in public Junior Schools in Ainabkoi Sub-County, Uasin Gishu County, Kenya. Guided by Piaget’s Cognitive Constructivist Theory, it adopted a pragmatic worldview and convergent parallel mixed-methods design. Questionnaires were completed by 81 Integrated Science teachers, and semi-structured interviews were conducted with 15 Lead Integrated Science Teachers. Quantitative data were analysed using descriptive statistics and hierarchical cluster analysis (HCA), while qualitative data underwent thematic analysis. Collaborative learning recorded the highest use (M = 4.06, SD = 0.65), followed by inquiry-based learning (M = 3.94, SD = 0.66), experiential/hands-on learning (M = 3.54, SD = 0.53), and technology-enhanced instruction (M = 2.92, SD = 0.37). HCA yielded three exploratory profiles distinguished by relative emphasis on technology, inquiry and experiential learning, and collaboration. Interviews indicated that teachers adapted strategy combinations to lesson demands, resources, time, class size, and preparation requirements. The findings show variation in teachers’ reported practices, supporting differentiated professional development and improved access to practical and digital resources. Learner creativity was not directly measured.

Introduction Translating complex research into public and K-12 curricula comprises a significant component of science education and outreach. This paper examines the topics and experiences that are the focus of marine science education outreach. Methods Surveys were administered to marine science institutions (25 institutions responded) and undergraduate students (290 students responded). Results Institutional data from 25 organizations showed that 88% of respondents target 3rd–5th grade but only 68% reported serving PreK–2nd grade. Findings show 58% of STEM major respondents to the undergraduate survey identified elementary as their earliest exposure. For the STEM major respondents, 7% of respondents identify PreK, 18% identify middle school, 16% identify high school, and 2% as NA. Discussion Findings highlight the prevalence of early recalled science experiences among surveyed undergraduates and differences in the grade levels served by participating marine science outreach institutions. Expanding opportunities for PreK–2nd grade ocean education may help institutions engage younger audiences and support the development of ocean literacy. Further research using larger, more representative samples is needed to investigate relationships between early science education and later academic interests.

This study examined the implementation and perceived effectiveness of Inquiry-Based Learning (IBL) strategies in science among teachers and students in five public junior high schools in Panabo City, Davao del Norte. Anchored in Constructivist Learning Theory, Social Constructivism, Progressive Inquiry, and Cognitive Load Theory, it employed a quantitative descriptive-correlational design. Respondents comprised 31 Science teachers selected through total enumeration and 100 Grade 10 students selected through purposive sampling. Data were collected using validated researcher-developed questionnaires and analyzed using descriptive statistics, Pearson correlation, and independent samples t-tests. Teachers rated IBL implementation as Highly Implemented (M = 4.66) and its effectiveness as Highly Effective (M = 4.71), whereas students rated implementation as Implemented (M = 4.17) and effectiveness as Effective (M = 4.09). Significant positive relationships emerged between implementation and perceived effectiveness, with stronger associations in students’ assessments. Significant differences between teacher and student ratings indicated disparities in their classroom perceptions. The findings concerned student engagement, conceptual understanding, scientific inquiry skills, collaborative learning, and problem-solving abilities. The study proposed the INQUIRE+ Professional Development Program to strengthen Science teachers’ inquiry-based instruction through coaching, collaborative lesson study, reflective practice, and systematic monitoring and evaluation. It aligns with Sustainable Development Goal 4 (Quality Education) by supporting improved Science instruction and continuing teacher development. Its contribution to educational and institutional sustainability lies in promoting sustained professional learning, school-based collaboration, and evidence-informed instructional improvement across participating schools and varied local classroom learning contexts. Further evaluation of the proposed program is needed to establish its effectiveness after implementation.

This study aims to examine research trends and synthesize key findings related to the implementation of outdoor learning in science education through a Systematic Literature Review (SLR) approach. The literature search was conducted using the Scopus database and focused on publications published between 2021 and 2025. The initial search retrieved 197 records, which were subsequently screened in accordance with the PRISMA guidelines using predefined inclusion and exclusion criteria, resulting in 12 studies being selected for further analysis. Based on the descriptive mapping and synthesis of the selected studies, the findings suggest that outdoor learning may enhance students' conceptual understanding, engagement, learning motivation, and several aspects of thinking skills, although direct evidence regarding critical thinking remains limited. The reviewed studies suggest that outdoor learning may support conceptual understanding, engagement, motivation, and some aspects of thinking skills, although direct evidence on critical thinking remains relatively limited. Mixed methods emerged as the most frequently used research approach, followed by qualitative and quantitative methods. The review further identifies underexplored areas, particularly technology integration and the implementation of outdoor learning across diverse educational contexts, highlighting important opportunities for future research.

This research explores how learning science through Project-Based Learning (PBL) can increase student engagement by influencing student interest and academic performance in the 7th-grade classroom. While elementary students often enjoy science because it is very hands-on, middle school introduces a more structured instruction, which can reduce student motivation and lead to a decrease in engagement. This study sought to understand whether Project-Based Learning (PBL) could help bridge the gap between engagement and rigor. PBL provides students with opportunities to explore authentic, real-world problems, collaborate with peers, and apply scientific concepts in meaningful contexts. Students actively construct knowledge through inquiry, experimentation, and reflection. These elements align closely with the goals of middle school science education—to foster critical thinking, creativity, and problem-solving skills while maintaining student interest and joy in learning. The study was conducted in two 7th-grade science classrooms, one of which included a dual-language Spanish program. Students participated in science units designed around PBL principles that emphasized inquiry-based projects, collaboration, and student choice. Data were collected using pre- and post-interest surveys and pre- and post-unit assessments to measure shifts in student attitudes, engagement, and academic performance.

The purpose of this action research study was to explore how humorous science books can be purposefully integrated into elementary science instruction to enhance student engagement and conceptual understanding. Participants included nineteen second-grade students, ages seven to eight. The study examined the impact of teacher-led, intentional humor embedded in science texts featuring jokes, playful language, and a narrative voice. Data were collected through pre- and post-surveys assessing students’ understanding of grade-level science concepts, as well as their interest in and enjoyment of science learning. Results indicated that students responded positively to humorous science texts and demonstrated gains in content knowledge. These results suggest that humor can serve as an effective instructional strategy and that engaging, humorous science books can be a meaningful tool in elementary science education.

This study examines the implementation of Problem-Based Learning (PBL) assisted by flashcard media to improve third-grade elementary students’ critical thinking skills in Landscape (Bentang Alam) material. Methods: This study used a quantitative approach with a quasi-experimental, nonequivalent control-group design. The sample consisted of 44 third-grade students from SD Negeri in Semarang, divided into an experimental class (22 students) taught using PBL assisted by flashcards and a control class (22 students) taught using conventional learning. Data were collected using pretest and posttest instruments with 120 multiple-choice items (30 per skill) and analyzed using normality and homogeneity tests, paired-sample t-tests, independent-sample t-tests, Normalized Gain (N-Gain) analysis, and analysis of Covariance (ANCOVA) with the pretest as the covariate. Because of third-grade students' cognitive capacity, the test was administered in four separate sessions on four different days, with each session lasting approximately 45 minutes. Effect size was reported using Partial Eta Squared to measure the magnitude of the intervention’s impact. Both groups showed increased critical thinking ability after treatment, but the experimental group's increase was significantly higher than the control group's. After controlling for pretest scores, the ANCOVA results showed a significant difference between groups (F = 16989.679; p < .001; η²p = .998), indicating a large effect size. The experimental group's average N-Gain score was 0.7336, categorized as high and fairly effective, while the control group's average was 0.3784, categorized as medium and less effective. The greatest improvement occurred in the analysis and evaluation indicators. Implementing PBL assisted by flashcards effectively improves students’ critical thinking skills on Landscape material, as flashcards function not merely as visual media but as contextual problem triggers integrated into each stage of the PBL syntax. Keywords: problem-based learning, flashcard, critical thinking, landscape, elementary school.

The collection of papers in this special issue examines the dynamics of math and science education from one large urban school district in United States. Papers range from early to late elementary classrooms with diverse student populations in K-7 schools. This editor’s essay provides a brief overview of each of the 7 articles and the authors’ contribution to the expanding STEM research on math and science education and academic performance within the context of project-based learning. Included is a mix of action research studies conducted at 7 different elementary schools by teacher-researcher-practitioners. The papers present diverse vantage points on the circumstances that influence student motivation, student learning, and student engagement within the context of project-based learning.

This study designed and validated a Technology-Enhanced Inquiry-Based Learning Package (TIBLEP) for junior secondary natural science in a resource-constrained context, addressing the offline connectivity barriers common in under-resourced schools. A Design and Development Research (DDR) approach guided needs analysis, design, development, expert validation, revision, and field implementation. TIBLEP was built as an offline environment combining curriculum-aligned content, guided inquiry, multimedia demonstrations, self-paced navigation, and formative feedback. Five experts assessed the package across six dimensions. Sixty Grade 8 students from two intact classes then completed a five-week field trial (30 in the TIBLEP group and 30 in the conventional group), with interviews capturing participant experiences. Expert ratings were consistently positive (grand mean = 3.69, SD = 0.29), with the highest ratings for overall suitability (M = 3.78) and the lowest for technology integration (M = 3.60). Posttest achievement was higher for TIBLEP (M = 68.30, SD = 6.20) than for the control group (M = 54.70, SD = 5.80). Interviews indicated perceived gains in conceptual clarity, autonomy, engagement, collaboration, and teachers' technological competence. TIBLEP is a feasible, expert-validated offline model for inquiry-oriented science learning where connectivity is unreliable and access remains uneven. The package offers teachers and policymakers a validated, curriculum-aligned tool for delivering inquiry-based science instruction without depending on internet access.

This study evaluates the effectiveness of a participatory greening program in implementing a Green Campus and achieving SDG 12 among Biology students. A quantitative pre-experimental, one-group pre-test post-test design was employed with 80 undergraduate student selected by purposive sampling. Instruments included expert-validated knowledge tests, environmental questionnaires, and observation checklist (instrumental validity score of 100%). The four-month program involved activities such as planting, watering, weeding, fertilizing, and monitoring, specially designed to promote sustainable consumption and production practice-including organic fertilization efficient water usage, composting, and responsible resources management. Student participation averaged 84.15%. Statistical analysis using the Wilcoxon signed-rank test indicated a significant increase in environmental knowledge (Z = -7.786, p < 0.001) with a high N-gain score of 0.83. Additionally, students’ environmental care attitude improved significantly, with the mean score rising from 51.37 to 91.81, categorized as “very positive”. These findings demonstrate that the greening program is empirically effective in improving ecological literacy and foresting proenvironmental attitude while reinforcing sustainable production principles. Therefore, this program can be adopted as a scalable and sustainable model for Green Campus initiative in higher education.

Riverbank sanitation is a socioscientific issue that students in Indonesian river cities encounter first-hand, yet validated instruments for assessing how students perceive it are scarce. This study examined a 22-item instrument and how two dimensions, perceived sanitation conditions (KS; 8 items) and perceived government policy (KP; 14 items), constitute students' overall perception (PM) of sanitation on the Kuin River, Banjarmasin. Seven experts reviewed the items before administration. After screening 300 returned questionnaires and removing 49 duplicated records, 251 responses from students at three universities adjoining the Kuin riverbank were analysed. PM was specified as a reflective–formative higher-order construct and estimated with PLS-SEM (5,000 bootstrap resamples). Internal consistency was acceptable (Cronbach's α = 0.715 for KS, 0.831 for KP and 0.866 for PM; composite reliability = 0.800 and 0.865) and discriminant validity was supported (HTMT = 0.791), but average variance extracted was below 0.50 (0.33 and 0.32). Both dimensions contributed significantly to overall perception: perceived policy (β = 0.725, 95% CI [0.677, 0.774], p < .001) and perceived sanitation conditions (β = 0.374, 95% CI [0.327, 0.420], p < .001). When the two dimensions were given equal numbers of items, however, their weights converged (0.59 vs. 0.54), indicating that much of the apparent dominance of policy reflects its larger item set. Students' overall appraisal of riverbank sanitation therefore draws on both institutional and physical appraisals, with a modest edge for perceived policy. The instrument offers a starting point for diagnosing such perceptions in place-based science education, pending further validation.

Purpose: to examine the effectiveness of numeracy-based think-pair-share (TPS) in improving grade V students’ learning motivation in IPAS compared with conventional instruction. Method: this study used a quasi-experimental design with 20 grade V students in experimental and control groups. Data were collected through pretest and posttest motivation questionnaires and analyzed using N-Gain. Findings: showed that numeracy-based TPS improved students’ learning motivation, with a mean increase of 21.39 points and an N-Gain of 0.68, compared with 10.12 points and an N-Gain of 0.32 in the control group. These findings suggest that numeracy-based TPS is a promising approach to enhancing motivation in elementary IPAS learning. Implications: this study highlights the potential of numeracy-based TPS as an innovative instructional strategy to enhance student motivation through active participation, peer collaboration, and meaningful numeracy activities in elementary IPAS learning. Originality: lies in integrating numeracy literacy with the think-pair-share (TPS) model to enhance students’ learning motivation in elementary IPAS, an approach that remains limited in previous research.

Abstract Is accurate scientific knowledge of a counterintuitive concept enough to teach it? Coexistence accounts of conceptual change hold that scientific explanations coexist with, rather than replace, intuitive ones, so teaching well may demand not only knowledge but the inhibition of competing intuitions—something reflection can support. We asked three questions: whether parents' accurate knowledge alone is sufficient to teach natural selection, whether the form of reflection shapes how parents teach, and what children take from these conversations. In 2018, we recruited 100 parent–child dyads at a U.S. university laboratory (5- to 9-year-old children, 44 girls; parents 79% women, 94% college-educated, majority White, mixed ethnicities). Parents taught their child either with no preparation (control) or after reflecting on their understanding by answering questions, with or without also hearing an explanatory storybook. Children's understanding improved only when parents not only understood natural selection but had reflected beforehand. Answering questions prompted a more question-asking teaching style and storybook exposure a more expository one; both helped children generate accurate concepts, which predicted mechanistic learning. However, knowledge alone was not enough.

آیا داشتن دانش علمی دقیق دربارهٔ یک مفهوم غیر شهودی برای آموزش آن کافی است؟ نظریه‌های همزیستی تغییر مفهومی بر این باورند که توضیحات علمی در کنار توضیحات شهودی باقی می‌مانند و جایگزین آن‌ها نمی‌شوند؛ بنابراین، آموزش مؤثر ممکن است نه تنها به دانش، بلکه به مهار شهودهای رقیب نیز نیاز داشته باشد؛ امری که تأمل می‌تواند از آن حمایت کند. ما سه پرسش مطرح کردیم: آیا دانش دقیق والدین به‌تنهایی برای آموزش انتخاب طبیعی کافی است؟ آیا نوع تأمل بر نحوه آموزش والدین تأثیر می‌گذارد؟ و کودکان از این گفتگوها چه می‌آموزند؟ در سال ۲۰۱۸، ۱۰۰ زوج والد-کودک در یک آزمایشگاه دانشگاهی در ایالات متحده (کودکان ۵ تا ۹ ساله، ۴۴ دختر؛ والدین ۷۹٪ زن، ۹۴٪ دارای تحصیلات دانشگاهی، عمدتاً سفیدپوست و با قومیت‌های مختلف) شرکت کردند. والدین یا بدون آمادگی (گروه کنترل) یا پس از تأمل دربارهٔ درک خود با پاسخ به پرسش‌ها، با یا بدون شنیدن یک کتاب داستان توضیحی، به کودک خود آموزش دادند. درک کودکان تنها زمانی بهبود یافت که والدین نه تنها انتخاب طبیعی را درک کرده بودند، بلکه پیش‌تر دربارهٔ آن تأمل کرده بودند. پاسخ به پرسش‌ها، سبک آموزشی مبتنی بر پرسش‌گری را برانگیخت و مواجهه با کتاب داستان، سبک توضیحی‌تری را ایجاد کرد؛ هر دو به کودکان در تولید مفاهیم دقیق کمک کردند که یادگیری مکانیکی را پیش‌بینی می‌کرد. با این حال، دانش به‌تنهایی کافی نبود.

University-based outreach programs can provide high school students with opportunities to engage in scientific research beyond that typically available in schools. Despite their prevalence, few Australian outreach initiatives have been systematically designed, delivered and evaluated. Our study examines the design and immediate outcomes of a high school science outreach program delivered annually at a research-intensive university. The program was designed to be curriculum-linked, with access to academic researchers and specialised equipment. A mixed-methods evaluation was conducted using pre- and post-program surveys collected between 2021 and 2024. Matched participant responses (n = 205) were analysed through paired-sample t-tests of self-reported research skills experience and a single-item measure of science identity, alongside inductive thematic analysis of open-ended responses. Statistically significant gains (with large effect sizes) were observed for research skills, including data collection and understanding the research processes. A moderate positive shift was observed in participants’ science identity. Qualitative findings highlighted opportunities to do research and interact with researchers. The study contributes to the limited empirical evaluation of Australian university-based outreach by describing a scalable, curriculum-linked program. The findings highlight that informal, authentic science research experiences can complement formal school curricula to extend opportunities for scientific skill development and strengthen students’ science identity.

برنامه‌های ترویج علم مبتنی بر دانشگاه می‌توانند فرصت‌هایی را برای دانش‌آموزان دبیرستانی فراهم کنند تا در پژوهش علمی فراتر از آنچه معمولاً در مدارس در دسترس است، مشارکت نمایند. با وجود شیوع این برنامه‌ها، تعداد کمی از ابتکارات ترویجی استرالیایی به‌صورت نظام‌مند طراحی، اجرا و ارزیابی شده‌اند. مطالعه‌ی حاضر به بررسی طراحی و پیامدهای فوری یک برنامه‌ی ترویج علم دبیرستانی که به‌طور سالانه در یک دانشگاه پژوهش‌محور برگزار می‌شود، می‌پردازد. این برنامه به‌گونه‌ای طراحی شده بود که با برنامه‌ی درسی مرتبط باشد و دسترسی به پژوهشگران دانشگاهی و تجهیزات تخصصی را فراهم کند. ارزیابی به روش ترکیبی با استفاده از پرسشنامه‌های پیش و پس از برنامه که بین سال‌های ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۴ گردآوری شد، انجام گرفت. پاسخ‌های تطبیق‌یافته‌ی شرکت‌کنندگان (n = 205) از طریق آزمون t زوجی برای تجربه‌ی مهارت‌های پژوهشی خودگزارش‌شده و یک سنجه‌ی تک‌سؤالی از هویت علمی، همراه با تحلیل تماتیک استقرایی پاسخ‌های باز، مورد تحلیل قرار گرفت. افزایش معنادار آماری (با اندازه اثر بزرگ) در مهارت‌های پژوهشی، از جمله گردآوری داده‌ها و درک فرایندهای پژوهش مشاهده شد. همچنین تغییر مثبت متوسطی در هویت علمی شرکت‌کنندگان مشاهده گردید. یافته‌های کیفی بر فرصت‌های انجام پژوهش و تعامل با پژوهشگران تأکید داشتند. این مطالعه با توصیف یک برنامه‌ی مقیاس‌پذیر و مرتبط با برنامه‌ی درسی، به ارزیابی تجربی محدود ترویج علم مبتنی بر دانشگاه در استرالیا می‌افزاید. یافته‌ها نشان می‌دهند که تجارب پژوهش علمی غیررسمی و اصیل می‌توانند مکمل برنامه‌های درسی رسمی مدارس باشند و فرصت‌های توسعه‌ی مهارت‌های علمی و تقویت هویت علمی دانش‌آموزان را گسترش دهند.

Critical thinking skills need to be mastered by students in all subjects, including science because science learning requires students to be able to solve problems and make mature decisions. Critical thinking is needed so that students are able to understand scientific concepts in depth and relate them to real-world problems, so they can solve challenges in the learning environment. The purpose of this study is to describe the improvement of students' critical thinking skills after the implementation of the Group Investigation type of cooperative learning model, the implementation of learning with the implementation of the Group Investigation model, students' responsses after the implementation of the Group Investigation model, and students' social skills after the implementation of the Group Investigation model. The material used is Additives. The type of research used is a one group pretest-posttest design with a sample of 26 eighth grade students of a public junior high school in the Wiyung district of Surabaya. Data collection techniques used are test, observation, and questionnaire techniques with instruments in the form of pretest and posttest test sheets, observation sheets for the implementation of learning and social skills, and student responsse questionnaires. The results showed that students' critical thinking skills increased after the implementation of the Group Investigation model with an N-gain of 0.72 in the high category, the implementation of the learning process was carried out with very good quality, learning received a positive responsse from students, and students' social skills were categorized as very good. Thus, it can be concluded that the Group Investigation model can be used to improve students' critical thinking skills with Ennis indicators including, providing simple explanations, building basic skills, concluding, providing further explanations, arranging strategies and tactics.

مهارت‌های تفکر انتقادی باید توسط دانش‌آموزان در تمامی دروس، از جمله علوم، تسلط یابند، زیرا یادگیری علوم مستلزم آن است که دانش‌آموزان قادر به حل مسئله و اتخاذ تصمیمات سنجیده باشند. تفکر انتقادی لازم است تا دانش‌آموزان بتوانند مفاهیم علمی را به طور عمیق درک کرده و آن‌ها را به مسائل دنیای واقعی مرتبط سازند تا بتوانند چالش‌های محیط یادگیری را حل کنند. هدف این پژوهش توصیف بهبود مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان پس از اجرای مدل یادگیری تعاونی نوع Group Investigation، نحوه اجرای یادگیری با به‌کارگیری مدل Group Investigation، واکنش دانش‌آموزان پس از اجرای مدل Group Investigation و مهارت‌های اجتماعی دانش‌آموزان پس از اجرای مدل Group Investigation است. محتوای مورد استفاده، افزودنی‌ها بود. نوع پژوهش، طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون با یک گروه و نمونه‌ای متشکل از ۲۶ دانش‌آموز پایه هشتم یک مدرسه متوسطه دولتی در منطقه Wiyung شهر سورابایا بود. تکنیک‌های گردآوری داده شامل آزمون، مشاهده و پرسشنامه با ابزارهایی نظیر برگه‌های پیش‌آزمون و پس‌آزمون، برگه‌های مشاهده اجرای یادگیری و مهارت‌های اجتماعی و پرسشنامه واکنش دانش‌آموزان بود. نتایج نشان داد که مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان پس از اجرای مدل Group Investigation با N-gain برابر با ۰٫۷۲ در دسته بالا افزایش یافت، اجرای فرایند یادگیری با کیفیت بسیار خوب انجام شد، یادگیری واکنش مثبت دانش‌آموزان را به همراه داشت و مهارت‌های اجتماعی دانش‌آموزان در دسته بسیار خوب قرار گرفت. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که مدل Group Investigation می‌تواند برای ارتقاء مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان با شاخص‌های Ennis شامل ارائه توضیحات ساده، ایجاد مهارت‌های پایه، نتیجه‌گیری، ارائه توضیحات بیشتر و تنظیم راهبردها و تاکتیک‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

Introduction Play-based science learning opportunities are considered a promising approach to strengthening science education in early childhood. Professional development (PD) is increasingly recognized as important in this context, yet empirical evidence on play-based physics PD remains limited. In particular, there is a lack of PD programs addressing play-based science learning, and empirical evidence remains limited regarding how play-based physics PD programs support early childhood educators' general and domain-specific professional competencies. Addressing this gap, the present study examines self-reported pre-post changes in selected professional competence facets within the PhysikSPIEL PD program. Methods Participants ( N = 42) were early childhood educators from Germany and kindergarten teachers from Switzerland, enrolled in the 2024 or 2025 program cycle, each lasting approximately three months. Using a pre-post design and a standardized self-report questionnaire, the study assessed motivational orientations [self-efficacy expectations (including those related to SST), self-concept, enthusiasm] and pedagogical beliefs (co-constructive teaching and learning beliefs). Results Analyses indicated self-reported pre-post increases in domain-specific self-efficacy expectations (including those related to SST), academic self-concept, and enthusiasm, whereas co-constructive teaching and learning beliefs remained stable. Discussion Given the pre-post design, the relatively small and self-selected sample, and the reliance on self-report measures, these findings should be interpreted cautiously. Overall, the study provides preliminary evidence that participation in a play-based physics PD program may be associated with changes in selected self-reported motivational competence facets.

مقدمه: فرصت‌های یادگیری علمی مبتنی بر بازی به عنوان رویکردی امیدبخش برای تقویت آموزش علوم در دوران کودکی در نظر گرفته می‌شوند. توسعه حرفه‌ای (PD) در این زمینه به طور فزاینده‌ای اهمیت یافته است، اما شواهد تجربی درباره PD فیزیک مبتنی بر بازی همچنان محدود است. به ویژه، برنامه‌های PD که به یادگیری علمی مبتنی بر بازی می‌پردازند، کمبود دارند و شواهد تجربی درباره چگونگی حمایت برنامه‌های PD فیزیک مبتنی بر بازی از صلاحیت‌های حرفه‌ای عمومی و خاص حوزه مربیان کودکان پیش‌دبستانی همچنان محدود است. برای رفع این خلأ، پژوهش حاضر به بررسی تغییرات خودگزارشی پیش‌آزمون-پس‌آزمون در ابعاد منتخب صلاحیت حرفه‌ای در چارچوب برنامه PD PhysikSPIEL می‌پردازد. روش‌ها: شرکت‌کنندگان (N = 42) شامل مربیان کودکان پیش‌دبستانی از آلمان و معلمان مهدکودک از سوئیس بودند که در چرخه برنامه ۲۰۲۴ یا ۲۰۲۵ ثبت‌نام کرده بودند و هر دوره تقریباً سه ماه به طول انجامید. با استفاده از طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون و پرسشنامه استاندارد خودگزارشی، جهت‌گیری‌های انگیزشی [انتظارات خودکارآمدی (از جمله مرتبط با SST)، خودپنداره، اشتیاق] و باورهای آموزشی (باورهای تدریس و یادگیری هم‌سازنده) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج: تحلیل‌ها نشان دادند که افزایش خودگزارشی پیش‌آزمون-پس‌آزمون در انتظارات خودکارآمدی خاص حوزه (از جمله مرتبط با SST)، خودپنداره تحصیلی و اشتیاق مشاهده شد، در حالی که باورهای تدریس و یادگیری هم‌سازنده پایدار باقی ماندند. بحث: با توجه به طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون، حجم نمونه نسبتاً کوچک و خودانتخاب‌شده و اتکا به ابزارهای خودگزارشی، این یافته‌ها باید با احتیاط تفسیر شوند. به طور کلی، این پژوهش شواهد مقدماتی ارائه می‌دهد که مشارکت در یک برنامه PD فیزیک مبتنی بر بازی ممکن است با تغییراتی در برخی ابعاد خودگزارشی صلاحیت انگیزشی همراه باشد.

Basic science is concerned with developing an understanding of the natural world through observation, experimentation, investigation, and logical reasoning. The study compared the effectiveness of computer simulations and charts usage on secondary school students’ academic achievement in Basic Science in Aguata Education Zone of Anambra State. Two research questions and three hypotheses guided the study. A quasi-experimental design was adopted for the study. The population consisted of 3,310 (1,664 males and 1,646 females) Upper Basic Education Two (UB2) students who enrolled for the 2025/2026 academic session in the 39 public secondary schools in the Aguata Education Zone of Anambra State, with a sample of 186 UB2 Basic Science students selected using a multistage sampling procedure. The instrument for data collection was Basic Science Achievement Test (BSAT). The instrument was face validated by three experts and a reliability index of 0.87 was obtained using Kuder Richardson 20 method. Experimental procedure was carried out in stages and data were collected through pretest and posttest using BSAT. Data analysis was done using the mean and Analysis of Covariance at the 0.05 level of significance. Findings, among others, revealed that students taught Basic Science concepts using computer simulations achieved significantly higher scores than those taught using charts. Male students taught using computer simulations recorded slightly higher mean achievement scores than their female counterparts, but the difference was not significant. Based on the findings, the study recommended that Basic Science teachers should regularly use computer simulations during classroom instruction, as they significantly improve students’ achievement in Basic Science more than charts do.

علوم پایه به توسعه درک از جهان طبیعی از طریق مشاهده، آزمایش، تحقیق و استدلال منطقی می‌پردازد. این پژوهش اثربخشی استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و نمودارها را بر پیشرفت تحصیلی دانش‌آموزان دبیرستانی در درس علوم پایه در منطقه آموزشی Aguata از ایالت Anambra مقایسه کرد. دو سؤال پژوهش و سه فرضیه، این مطالعه را هدایت کردند. طرح پژوهش شبه‌آزمایشی اتخاذ شد. جامعه آماری شامل ۳۳۱۰ دانش‌آموز (۱۶۶۴ پسر و ۱۶۴۶ دختر) پایه دوم متوسطه اول (UB2) بود که برای سال تحصیلی ۲۰۲۵/۲۰۲۶ در ۳۹ مدرسه متوسطه دولتی منطقه آموزشی Aguata ایالت Anambra ثبت‌نام کرده بودند و نمونه‌ای متشکل از ۱۸۶ دانش‌آموز علوم پایه UB2 با استفاده از روش نمونه‌گیری چندمرحله‌ای انتخاب شد. ابزار گردآوری داده‌ها، آزمون پیشرفت علوم پایه (BSAT) بود. این ابزار توسط سه نفر از خبرگان از نظر روایی صوری مورد تأیید قرار گرفت و شاخص پایایی ۰.۸۷ با استفاده از روش Kuder Richardson 20 به دست آمد. فرایند آزمایشی در مراحل مختلف اجرا شد و داده‌ها از طریق پیش‌آزمون و پس‌آزمون با استفاده از BSAT جمع‌آوری گردید. تحلیل داده‌ها با استفاده از میانگین و تحلیل کوواریانس در سطح معناداری ۰.۰۵ انجام شد. یافته‌ها، از جمله، نشان داد که دانش‌آموزانی که مفاهیم علوم پایه را با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای فراگرفته بودند، به طور معناداری نمرات بالاتری نسبت به دانش‌آموزانی که با استفاده از نمودارها آموزش دیده بودند، کسب کردند. دانش‌آموزان پسر که با شبیه‌سازی رایانه‌ای آموزش دیده بودند، میانگین نمرات پیشرفت کمی بالاتر از همتایان دختر خود داشتند، اما این تفاوت معنادار نبود. بر اساس یافته‌ها، پژوهش توصیه کرد که معلمان علوم پایه به طور منظم از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای در آموزش کلاسی استفاده کنند، زیرا این روش به طور معناداری پیشرفت تحصیلی دانش‌آموزان در علوم پایه را بیش از نمودارها افزایش می‌دهد.

for undergraduate science students. The study tested three hypotheses: (i) Do students benefit academically from a formalized study buddy peer learning program? (ii) Do mentors and protégés benefit equally from participation in the study buddy program? (iii) Does heterogeneity in group members' initial academic performance have an effect on benefits from participation in the study buddy program? To test these hypotheses, we implemented a cohort-based study buddy program in which high-scoring students (mentors) and lower-scoring peers (protégés), following their first assessment scores in a given course, were invited to form study groups. We compared the performance of participants versus non-participants on subsequent assessments, while examining separately the effects for mentors and protégés. Results showed (i) significant grade benefits for participants over non-participants, (ii) similar participation benefits for students in mentor and protégé roles, and (iii) no interaction of competence-based heterogeneity on these effects. Although this study design was unable to assess the nature of the study buddy interactions, the grade performance data highlight the program as a cost-effective and scalable approach to enhance students' educational experiences. The data also emphasize the value of reducing barriers to collaborative learning in higher education.

برای دانشجویان علوم در مقطع کارشناسی، این پژوهش سه فرضیه را مورد آزمون قرار داد: (۱) آیا دانشجویان از برنامه یادگیری همیار تحصیلی به صورت رسمی به لحاظ تحصیلی بهره‌مند می‌شوند؟ (۲) آیا راهنماها (mentors) و شاگردان (protégés) به طور یکسان از مشارکت در برنامه همیار تحصیلی سود می‌برند؟ (۳) آیا ناهمگنی در عملکرد تحصیلی اولیه اعضای گروه بر میزان بهره‌مندی از مشارکت در برنامه همیار تحصیلی تأثیر دارد؟ برای آزمون این فرضیه‌ها، یک برنامه همیار تحصیلی مبتنی بر گروه‌های هم‌دوره‌ای اجرا شد که در آن دانشجویان با نمرات بالا (mentors) و همتایان با نمرات پایین‌تر (protégés)، پس از کسب نمرات اولین ارزیابی در یک درس معین، به تشکیل گروه‌های مطالعاتی دعوت شدند. عملکرد شرکت‌کنندگان با غیرشرکت‌کنندگان در ارزیابی‌های بعدی مقایسه شد و اثرات برای راهنماها و شاگردان به طور جداگانه بررسی گردید. نتایج نشان داد: (۱) مزایای معنادار نمره‌ای برای شرکت‌کنندگان نسبت به غیرشرکت‌کنندگان، (۲) مزایای مشابه مشارکت برای دانشجویان در نقش‌های راهنما و شاگرد، و (۳) عدم وجود تعامل معنادار ناهمگنی مبتنی بر شایستگی بر این اثرات. اگرچه طراحی این مطالعه امکان ارزیابی ماهیت تعاملات همیار تحصیلی را فراهم نکرد، داده‌های عملکرد نمره‌ای، این برنامه را به عنوان رویکردی مقرون‌به‌صرفه و مقیاس‌پذیر برای ارتقای تجربه آموزشی دانشجویان برجسته می‌کند. همچنین داده‌ها بر اهمیت کاهش موانع یادگیری مشارکتی در آموزش عالی تأکید دارند.

This study assessed the management of educational resources in four Mathematics, Science, and Technology Academy (MSTA) sub-hub schools in Mpumalanga, as well as their use in teaching and learning. While these schools are well-resourced, it is unclear how these resources are managed and used. It is critical to provide answers to this issue, considering that MSTA is a specialised project that seeks to support teaching and learning. The focus in this study was on science. Four MSTA-designated schools participated in the study, represented by one principal and one departmental head per school, as well as four teachers from School A, two from School B, three from School C, and two from School D, giving a total of 19 participants who were conveniently available to participate in focus group interviews (FGIs) in 2022 and 2023. One teacher teaching science to eleventh and twelfth graders was also observed in both years through non-participant observation. Inductive analysis was conducted, resulting in two emergent themes: resource availability and its use for teaching and learning, and the management and maintenance of resources. The findings showed that the schools were reasonably well-resourced. However, the management, use, and maintenance of these resources varied across the schools, showing effectiveness as well as some flaws.

این مطالعه به ارزیابی مدیریت منابع آموزشی در چهار مدرسه زیرمجموعه آکادمی ریاضیات، علوم و فناوری (MSTA) در امپومالانگا و همچنین نحوه استفاده از این منابع در آموزش و یادگیری پرداخت. اگرچه این مدارس از نظر منابع وضعیت مناسبی دارند، اما نحوه مدیریت و استفاده از این منابع مشخص نیست. پاسخ به این مسئله با توجه به اینکه MSTA یک پروژه تخصصی با هدف حمایت از آموزش و یادگیری است، اهمیت دارد. تمرکز این پژوهش بر حوزه علوم بوده است. چهار مدرسه تعیین‌شده توسط MSTA در این مطالعه شرکت کردند که هر یک توسط یک مدیر و یک رئیس بخش و همچنین چهار معلم از مدرسه A، دو معلم از مدرسه B، سه معلم از مدرسه C و دو معلم از مدرسه D نمایندگی می‌شدند؛ در مجموع ۱۹ نفر که به صورت در دسترس در مصاحبه‌های گروهی متمرکز (FGIs) در سال‌های ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ شرکت کردند. همچنین یک معلم که به دانش‌آموزان پایه یازدهم و دوازدهم علوم تدریس می‌کرد، در هر دو سال از طریق مشاهده غیرمشارکتی مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل استقرایی انجام شد که منجر به ظهور دو مضمون اصلی گردید: دسترسی به منابع و استفاده از آن‌ها در آموزش و یادگیری، و مدیریت و نگهداری منابع. یافته‌ها نشان داد که مدارس از نظر منابع وضعیت نسبتاً مناسبی دارند، اما مدیریت، استفاده و نگهداری این منابع در مدارس مختلف متفاوت بوده و هم اثربخشی و هم برخی کاستی‌ها را نشان می‌دهد.

Inquiry-based Science Education (IBSE) is frequently framed as a participatory and therefore inclusive approach to science learning. This paper argues that this claim rests on an under-theorized understanding of participation. Dominant classroom enactments of IBSE embed normative assumptions about epistemic competence, communicative form, and learner autonomy—assumptions that function as selective recognition conditions, shaping who is seen as capable of participating in scientific inquiry, and in what ways. Drawing on Disability Studies in Education (DSE) and its norm-critical tradition, the paper analyzes how these assumptions produce epistemic exclusion. This exclusion arises not through the intentions of individual teachers or the commitments of IBSE as a framework, but through the unexamined norms by which classroom inquiry is organized, paced, and recognized as legitimate scientific practice. The construct of the Implied Learner is introduced to name the idealized participant these norms presuppose—articulate, agentic, collaborative, and epistemically competent—whose profile is not a neutral baseline but a historically specific normative construct. On this basis, the paper proposes Inclusive Inquiry in Science Education, a DSE-informed reframing of IBSE that translates the Implied Learner's five dimensions into concrete design questions for examining and transforming the enactment conditions of classroom inquiry. The aim is not to dissolve the epistemic commitments of science, but to open the means by which all learners may legitimately engage with them. The reframing supplies what UDL's design vocabulary cannot: norm critique and a reconceived model of participation. Through these, both the design of inclusive inquiry environments and the preparation of science teachers can be grounded in a coherent understanding of how classroom inquiry norms produce exclusion.

آموزش علوم مبتنی بر پژوهش (IBSE) اغلب به عنوان رویکردی مشارکتی و در نتیجه فراگیر برای یادگیری علوم مطرح می‌شود. این مقاله استدلال می‌کند که این ادعا بر پایه درکی کم‌نظریه‌پردازی‌شده از مشارکت استوار است. اجراهای غالب IBSE در کلاس درس، فرضیات هنجاری درباره شایستگی معرفتی، شکل ارتباطی و خودمختاری یادگیرنده را در خود جای داده‌اند؛ فرضیاتی که به عنوان شرایط شناسایی گزینشی عمل می‌کنند و تعیین می‌کنند چه کسی به عنوان فردی توانمند در مشارکت در پژوهش علمی دیده می‌شود و به چه شیوه‌هایی. با بهره‌گیری از مطالعات ناتوانی در آموزش (DSE) و سنت انتقادی هنجار آن، مقاله تحلیل می‌کند که چگونه این فرضیات به طرد معرفتی منجر می‌شوند. این طرد نه از طریق نیت‌های معلمان منفرد یا تعهدات IBSE به عنوان یک چارچوب، بلکه از طریق هنجارهای بررسی‌نشده‌ای که پژوهش کلاسی بر اساس آن‌ها سازمان‌دهی، زمان‌بندی و به عنوان عمل علمی مشروع شناخته می‌شود، پدید می‌آید. مفهوم «یادگیرنده ضمنی» برای نام‌گذاری مشارکت‌کننده ایده‌آلی معرفی می‌شود که این هنجارها پیش‌فرض می‌گیرند—فردی گویا، عامل، مشارکتی و دارای شایستگی معرفتی—که نمایه او نه یک مبنای خنثی بلکه ساختاری هنجاری و تاریخی خاص است. بر این اساس، مقاله «پژوهش فراگیر در آموزش علوم» را به عنوان بازنگری مبتنی بر DSE از IBSE پیشنهاد می‌کند که پنج بُعد یادگیرنده ضمنی را به پرسش‌های طراحی عینی برای بررسی و تحول شرایط اجرای پژوهش کلاسی ترجمه می‌کند. هدف، انحلال تعهدات معرفتی علم نیست، بلکه گشودن راه‌هایی است که همه یادگیرندگان بتوانند به طور مشروع با آن‌ها درگیر شوند. این بازنگری چیزی را فراهم می‌کند که واژگان طراحی UDL نمی‌تواند: نقد هنجار و مدلی بازاندیشی‌شده از مشارکت. از این طریق، هم طراحی محیط‌های پژوهش فراگیر و هم آماده‌سازی معلمان علوم می‌تواند بر پایه درکی منسجم از چگونگی تولید طرد توسط هنجارهای پژوهش کلاسی استوار شود.

Background- Critical thinking is an important skill for students, particularly in learning science concepts such as Earth’s rotation. Preliminary assessment showed that students’ critical thinking ability had a low category. Objectives- This study aimed to develop and conduct a preliminary evaluation of Rotation Media Interactive (ROMI) using Articulate Storyline for sixth-grade. Method- This study employed the ADDIE development model. The participants were sixth-grade students at a public elementary school in Palembang. The developed media was evaluated through expert validation, individual and small-group trials, and a field evaluation involving 18 students. Data were collected using expert validation sheets, student response questionnaires, and critical thinking tests. Results- ROMI obtained an average feasibility score of 94.71% from material, media, and practitioner validation, categorized as very feasible. Student responses indicated high practicality, with average scores of 93.06% in the individual trial and 93.15% in the small-group trial. In the field evaluation, the mean critical thinking test score increased from 62.89 to 93.89 after implementation, with a mean N-Gain of 0.835, categorized as high. Conclusions- ROMI received favorable expert evaluations and student responses and showed promising results in the preliminary field evaluation. However, the observed score increase cannot be attributed solely to ROMI. Further evaluation using larger samples and controlled or comparative designs is needed.

زمینه و هدف: تفکر انتقادی یکی از مهارت‌های مهم برای دانش‌آموزان، به‌ویژه در یادگیری مفاهیم علمی مانند گردش زمین است. ارزیابی مقدماتی نشان داد که توانایی تفکر انتقادی دانش‌آموزان در سطح پایینی قرار دارد. هدف: این پژوهش با هدف توسعه و ارزیابی مقدماتی رسانه تعاملی گردش (ROMI) با استفاده از نرم‌افزار Articulate Storyline برای دانش‌آموزان پایه ششم انجام شد. روش: این پژوهش از مدل توسعه ADDIE بهره برد. شرکت‌کنندگان شامل دانش‌آموزان پایه ششم یک مدرسه ابتدایی دولتی در پالمبانگ بودند. رسانه توسعه‌یافته از طریق اعتبارسنجی خبرگان، آزمون‌های فردی و گروهی کوچک، و ارزیابی میدانی با مشارکت ۱۸ دانش‌آموز مورد ارزیابی قرار گرفت. داده‌ها با استفاده از فرم‌های اعتبارسنجی خبرگان، پرسشنامه‌های پاسخ دانش‌آموزان و آزمون‌های تفکر انتقادی جمع‌آوری شد. یافته‌ها: رسانه ROMI میانگین امتیاز قابلیت استفاده ۹۴٫۷۱٪ را از اعتبارسنجی مواد، رسانه و متخصصان دریافت کرد که در دسته بسیار مطلوب قرار گرفت. پاسخ‌های دانش‌آموزان نشان‌دهنده عملی بودن بالای رسانه بود، به‌طوری که میانگین امتیاز در آزمون فردی ۹۳٫۰۶٪ و در آزمون گروهی کوچک ۹۳٫۱۵٪ بود. در ارزیابی میدانی، میانگین نمره آزمون تفکر انتقادی پس از اجرا از ۶۲٫۸۹ به ۹۳٫۸۹ افزایش یافت و میانگین N-Gain برابر با ۰٫۸۳۵ و در دسته بالا قرار گرفت. نتیجه‌گیری: رسانه ROMI ارزیابی‌های مطلوبی از سوی خبرگان و دانش‌آموزان دریافت کرد و در ارزیابی میدانی مقدماتی نتایج امیدوارکننده‌ای نشان داد. با این حال، افزایش مشاهده‌شده در نمرات را نمی‌توان صرفاً به ROMI نسبت داد. ارزیابی‌های بیشتر با نمونه‌های بزرگ‌تر و طرح‌های کنترل‌شده یا مقایسه‌ای مورد نیاز است.

This paper explores the critical role of early childhood education in Mathematics and Computer Science as foundational pillars for national development. In the 21st century, the global demand for technologically literate and analytically competent citizens underscores the need to begin STEM education at an early stage. The study highlights how cognitive development in young learners can be enhanced through early exposure to problem-solving, logical reasoning, and computational thinking. Drawing upon existing literature, educational theories, and policy frameworks, this paper presents evidence-based arguments for integrating structured Mathematics and Computer Science curricula at the foundational level. It examines the challenges faced in implementing these programs, particularly in developing nations, and proposes strategic solutions involving teacher training, curriculum redesign, and stakeholder collaboration. The paper concludes that effective early childhood Mathematics and Computer Science education not only fosters individual cognitive growth but also catalyzes innovation, economic empowerment, and sustainable national development.

این مقاله به بررسی نقش حیاتی آموزش دوران کودکی در حوزه ریاضیات و علوم کامپیوتر به‌عنوان ارکان بنیادین توسعه ملی می‌پردازد. در قرن بیست‌ویکم، نیاز جهانی به شهروندانی با سواد فناورانه و توانمند از نظر تحلیلی، ضرورت آغاز آموزش STEM از سنین پایین را برجسته می‌کند. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه رشد شناختی در یادگیرندگان خردسال از طریق مواجهه زودهنگام با حل مسئله، استدلال منطقی و تفکر محاسباتی تقویت می‌شود. با بهره‌گیری از ادبیات موجود، نظریه‌های آموزشی و چارچوب‌های سیاست‌گذاری، این مقاله استدلال‌هایی مبتنی بر شواهد برای ادغام برنامه‌های درسی ساختارمند ریاضیات و علوم کامپیوتر در سطح پایه ارائه می‌دهد. همچنین چالش‌های پیش‌روی اجرای این برنامه‌ها، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه، را بررسی کرده و راهکارهای راهبردی شامل آموزش معلمان، بازطراحی برنامه درسی و همکاری ذینفعان را پیشنهاد می‌کند. مقاله نتیجه می‌گیرد که آموزش مؤثر ریاضیات و علوم کامپیوتر در دوران کودکی نه‌تنها رشد شناختی فردی را تقویت می‌کند، بلکه موجب نوآوری، توانمندسازی اقتصادی و توسعه پایدار ملی می‌شود.

Abstract Scientific literacy supports evidence-based decision-making, technological participation, and informed engagement with social and environmental issues. This study examined Philippine science performance across the 2018, 2022, and 2025 PISA cycles and compared the results with OECD averages and selected high-performing systems. Using comparative secondary-data and policy-document analyses, the study examined mean scores, proficiency distributions, learner and school indicators, and relevant science-education policies. Philippine performance remained nearly unchanged from 357 points in 2018 to 356 in 2022 but increased to 373 in 2025. Although the Philippine–OECD gap narrowed from 132 to 109 points, 68.4% of Filipino learners remained below baseline science proficiency, and only 0.2% attained the highest proficiency levels in 2025. Science performance was associated with socioeconomic conditions, home resources, reading and metacognitive strategies, self-efficacy, school climate, digital access, instructional support, and educational investment. Favorable learner motivation and school belonging coexisted with low proficiency, indicating that willingness to learn was not consistently translated into scientific competence. The findings emphasize coherent curriculum, assessment, teacher development, language support, contextualized inquiry, and equity-sensitive resource allocation as essential to improving scientific literacy.

چکیده: سواد علمی از تصمیم‌گیری مبتنی بر شواهد، مشارکت فناورانه و درگیری آگاهانه با مسائل اجتماعی و زیست‌محیطی حمایت می‌کند. این مطالعه عملکرد علمی فیلیپین را در چرخه‌های ۲۰۱۸، ۲۰۲۲ و ۲۰۲۵ آزمون PISA بررسی و نتایج را با میانگین‌های OECD و برخی نظام‌های با عملکرد بالا مقایسه کرد. با استفاده از تحلیل داده‌های ثانویه مقایسه‌ای و اسناد سیاستی، این پژوهش به بررسی میانگین نمرات، توزیع سطوح شایستگی، شاخص‌های مربوط به یادگیرندگان و مدارس و سیاست‌های مرتبط با آموزش علوم پرداخت. عملکرد فیلیپین تقریباً بدون تغییر از ۳۵۷ امتیاز در سال ۲۰۱۸ به ۳۵۶ در سال ۲۰۲۲ باقی ماند، اما در سال ۲۰۲۵ به ۳۷۳ افزایش یافت. اگرچه فاصله فیلیپین با OECD از ۱۳۲ به ۱۰۹ امتیاز کاهش یافت، ۶۸.۴٪ از دانش‌آموزان فیلیپینی همچنان زیر سطح پایه شایستگی علمی باقی ماندند و تنها ۰.۲٪ در سال ۲۰۲۵ به بالاترین سطوح شایستگی دست یافتند. عملکرد علمی با شرایط اجتماعی-اقتصادی، منابع خانگی، راهبردهای خواندن و فراشناختی، خودکارآمدی، جو مدرسه، دسترسی دیجیتال، حمایت آموزشی و سرمایه‌گذاری آموزشی مرتبط بود. انگیزش مطلوب یادگیرندگان و احساس تعلق به مدرسه همزمان با شایستگی پایین مشاهده شد که نشان می‌دهد تمایل به یادگیری همواره به شایستگی علمی منجر نمی‌شود. یافته‌ها بر انسجام برنامه درسی، ارزشیابی، توسعه معلم، حمایت زبانی، پژوهش زمینه‌مند و تخصیص منابع حساس به عدالت به عنوان عناصر اساسی برای ارتقای سواد علمی تأکید می‌کند.

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 review explores the role of science laboratories in strengthening science education within resource‑limited contexts, with particular attention to Timor‑Leste. Drawing on peer‑reviewed studies and policy documents published between 2019 and 2025, the synthesis highlights how laboratory access fosters students’ conceptual understanding and inquiry skills through hands‑on engagement. Yet, many schools continue to depend on low‑cost experiments due to infrastructural constraints, creating a persistent gap between curriculum aspirations and classroom realities. The analysis underscores the importance of expanding laboratory infrastructure, investing in teacher professional development, and adopting context‑appropriate experimental strategies to advance science learning in basic education settings.

این مرور به بررسی نقش آزمایشگاه‌های علوم در تقویت آموزش علوم در بسترهای دارای منابع محدود می‌پردازد و توجه ویژه‌ای به کشور تیمور شرقی دارد. با اتکا به مطالعات داوری‌شده و اسناد سیاستی منتشرشده بین سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، این سنتز نشان می‌دهد که دسترسی به آزمایشگاه موجب ارتقای درک مفهومی و مهارت‌های پژوهشی دانش‌آموزان از طریق مشارکت عملی می‌شود. با این حال، بسیاری از مدارس به دلیل محدودیت‌های زیرساختی همچنان به آزمایش‌های کم‌هزینه وابسته هستند که این امر موجب تداوم فاصله میان اهداف برنامه درسی و واقعیت‌های کلاس درس می‌شود. تحلیل حاضر بر اهمیت گسترش زیرساخت‌های آزمایشگاهی، سرمایه‌گذاری در توسعه حرفه‌ای معلمان و اتخاذ راهبردهای آزمایشگاهی متناسب با زمینه برای ارتقای یادگیری علوم در آموزش پایه تأکید می‌کند.

This large-scale study provides evidence on pedagogical quality contributing to students’ science performance when examined alongside teacher, classroom, student, family, school, and regional factors. The sample included 286 science teachers and 15,287 students from 153 public and private schools across six regions of Pakistan. Using validated classroom observation scales and achievement tests for Grades 5, 6, and 8, the study found that pedagogical quality is a significant predictor of science achievement. Girls, younger students, those in Punjab, private-school students, and students with more educated parents performed better. Professional qualifications showed a negative association, while consistent language use across textbooks, instruction, and assessment predicted higher outcomes. Implications for improving science teaching in the Global South are discussed.

این مطالعه وسیع شواهدی درباره نقش کیفیت آموزشی در عملکرد علمی دانش‌آموزان ارائه می‌دهد، زمانی که این عامل در کنار عوامل معلم، کلاس، دانش‌آموز، خانواده، مدرسه و منطقه مورد بررسی قرار می‌گیرد. نمونه شامل ۲۸۶ معلم علوم و ۱۵٬۲۸۷ دانش‌آموز از ۱۵۳ مدرسه دولتی و غیردولتی در شش منطقه پاکستان بود. با استفاده از مقیاس‌های مشاهده کلاسی معتبر و آزمون‌های پیشرفت تحصیلی برای پایه‌های پنجم، ششم و هشتم، مطالعه نشان داد که کیفیت آموزشی پیش‌بینی‌کننده معناداری برای موفقیت علمی است. دختران، دانش‌آموزان جوان‌تر، دانش‌آموزان ایالت پنجاب، دانش‌آموزان مدارس غیردولتی و دانش‌آموزانی که والدین تحصیل‌کرده‌تری داشتند عملکرد بهتری داشتند. مدارک حرفه‌ای رابطه منفی نشان داد، در حالی که استفاده مداوم از زبان در کتاب‌های درسی، تدریس و ارزیابی، نتایج بالاتری را پیش‌بینی کرد. پیامدهای این یافته‌ها برای بهبود آموزش علوم در کشورهای جنوب جهانی مورد بحث قرار گرفته است.

Emancipatory education aims to foster learners’ critical engagement with knowledge, often by implementing classroom critical-thinking practice. Socio-emotional skills can support this process by creating trusting, dialogic, and responsive environments which enable critical reflection. This study examines how school climate and teacher autonomy shape this mechanism. This analysis includes 54,310 teachers from 18 countries from the 2024 TALIS dataset. Four moderated mediation models were estimated to test whether socio-emotional skills mediate the relationship between school climate and autonomy and critical-thinking practice, and whether these pathways differ between teachers active in social sciences and other subjects. Results show that school climate and autonomy are positively associated with critical-thinking practice, with socio-emotional skills acting as a partial mediator. For teachers with social science education, the indirect effects are stronger. The findings suggest that emancipatory teaching depends not only on teacher beliefs and classroom practices, but also on supportive institutional conditions and subject-specific preparation.

آموزش رهایی‌بخش با هدف تقویت مشارکت انتقادی یادگیرندگان با دانش، اغلب از طریق اجرای تمرین تفکر انتقادی در کلاس درس دنبال می‌شود. مهارت‌های اجتماعی-هیجانی می‌توانند با ایجاد محیط‌های مبتنی بر اعتماد، گفت‌وگو و پاسخگویی، این فرایند را با فراهم آوردن بستر تأمل انتقادی حمایت کنند. این مطالعه بررسی می‌کند که اقلیم مدرسه و خودمختاری معلم چگونه این سازوکار را شکل می‌دهند. این تحلیل شامل ۵۴٬۳۱۰ معلم از ۱۸ کشور بر اساس داده‌های TALIS 2024 است. چهار مدل میانجی‌گری تعدیل‌شده برای آزمون این‌که آیا مهارت‌های اجتماعی-هیجانی رابطه بین اقلیم مدرسه و خودمختاری با تمرین تفکر انتقادی را میانجی‌گری می‌کنند و این مسیرها بین معلمان فعال در علوم اجتماعی و سایر دروس متفاوت است یا خیر، برآورد شد. نتایج نشان می‌دهد که اقلیم مدرسه و خودمختاری با تمرین تفکر انتقادی رابطه مثبت دارند و مهارت‌های اجتماعی-هیجانی به عنوان میانجی جزئی عمل می‌کنند. برای معلمانی که در آموزش علوم اجتماعی فعالیت دارند، اثرات غیرمستقیم قوی‌تر است. یافته‌ها حاکی از آن است که تدریس رهایی‌بخش نه تنها به باورهای معلم و شیوه‌های کلاسی، بلکه به شرایط حمایتی نهادی و آمادگی موضوع‌محور نیز وابسته است.

This qualitative pilot examined the feasibility and professional value of an interdisciplinary science-education intervention in three Bedouin kindergartens in Rahat, Israel. Eight preservice early-childhood teachers and eight preservice elementary-science teachers worked in interdisciplinary pairs during eight inquiry-oriented sessions and a 30-hour professional learning community. The study asked how participants described confidence, collaboration, and culturally contextualized science teaching. Reflexive thematic analysis of open-ended responses, discussions, field notes, and final reflections identified perceived growth in confidence, reciprocal disciplinary learning, and value in connecting inquiry to children’s environment. Children’s outcomes were not measured, and no causal or population-level claims are made. The study offers a contextually grounded model for teacher preparation and identifies requirements for larger prospective research in comparable underserved educational contexts.

این مطالعه‌ی کیفی مقدماتی، امکان‌سنجی و ارزش حرفه‌ای یک مداخله‌ی میان‌رشته‌ای آموزش علوم را در سه مهدکودک بَدَوی در شهر رهط، اسرائیل مورد بررسی قرار داد. هشت دانشجوی معلمی آموزش اوایل کودکی و هشت دانشجوی معلمی علوم ابتدایی، طی هشت جلسه‌ی مبتنی بر پژوهش و یک جامعه‌ی یادگیری حرفه‌ای به مدت ۳۰ ساعت، به صورت زوج‌های میان‌رشته‌ای همکاری کردند. پرسش اصلی پژوهش این بود که شرکت‌کنندگان چگونه اعتماد به نفس، همکاری و آموزش علوم با زمینه‌ی فرهنگی را توصیف می‌کنند. تحلیل تماتیک بازتابیِ پاسخ‌های باز، بحث‌ها، یادداشت‌های میدانی و تأملات نهایی، رشد ادراک‌شده در اعتماد به نفس، یادگیری متقابل میان‌رشته‌ای و ارزش پیوند دادن پژوهش با محیط کودکان را شناسایی کرد. پیامدهای مربوط به کودکان اندازه‌گیری نشد و هیچ ادعای علی یا در سطح جمعیت ارائه نمی‌شود. این مطالعه، مدلی مبتنی بر زمینه برای آماده‌سازی معلمان ارائه می‌دهد و الزامات پژوهش‌های آینده‌ی بزرگ‌تر در زمینه‌های آموزشی محروم مشابه را مشخص می‌کند.

This qualitative study examines how a district-level secondary science education leader in a large urban United States school district engaged in co-design to reconsider organizational systems and conditions supporting teacher learning during the implementation of state-adopted science standards. Grounded in organizational sensemaking and co-design, the study conceptualizes leadership practice as the ongoing interpretation and redesign of system conditions that shape teaching and learning. In partnership with a team of researchers, the leader co-developed and implemented a survey as a diagnostic tool to capture teachers’ perspectives, challenges, and goals related to standards-aligned instruction. The co-design process provided contextual relevance while positioning the development of the diagnostic tool as a site for leadership reflection and sensemaking. Study results show that the co-design process functioned as a form of leadership learning, supporting shifts in how the leader made sense of organizational conditions and approached evidence-informed decision-making. The primary participant's interpretation of teacher feedback surfaced patterns of uncertainty, support, and disconnection, informing her thinking about professional learning priorities, teacher engagement, and communication practices. These shifts represent early efforts to reconsider both the technical and cultural dimensions of professional learning systems. The study suggests the potential of co-design as a site for leadership learning by supporting leaders in diagnosing system conditions and considering adaptive approaches to teacher learning. These findings suggest that co-constructed diagnostic tools may provide structured opportunities for leaders to examine assumptions, engage in sensemaking, and reconsider approaches to organizational improvement.

این مطالعه کیفی به بررسی چگونگی مشارکت یک رهبر آموزش علوم متوسطه در سطح ناحیه‌ای در یک ناحیه آموزشی بزرگ شهری ایالات متحده در فرآیند هم‌طراحی به منظور بازنگری نظام‌ها و شرایط سازمانی حامی یادگیری معلمان در جریان اجرای استانداردهای علوم مصوب ایالتی می‌پردازد. این پژوهش با تکیه بر نظریه معناپردازی سازمانی و هم‌طراحی، عمل رهبری را به عنوان تفسیر و بازطراحی مستمر شرایط نظامی که آموزش و یادگیری را شکل می‌دهد، مفهوم‌سازی می‌کند. رهبر مورد مطالعه در همکاری با یک تیم پژوهشی، یک پرسشنامه را به عنوان ابزار تشخیصی برای دریافت دیدگاه‌ها، چالش‌ها و اهداف معلمان در ارتباط با آموزش منطبق با استانداردها، هم‌توسعه و اجرا کرد. فرآیند هم‌طراحی، ارتباط بافتی را فراهم ساخت و توسعه ابزار تشخیصی را به عنوان بستری برای بازتاب و معناپردازی رهبری قرار داد. نتایج مطالعه نشان می‌دهد که فرآیند هم‌طراحی به عنوان شکلی از یادگیری رهبری عمل کرده و موجب تغییر در نحوه معناپردازی رهبر نسبت به شرایط سازمانی و رویکرد وی به تصمیم‌گیری مبتنی بر شواهد شده است. تفسیر بازخورد معلمان توسط مشارکت‌کننده اصلی، الگوهایی از عدم قطعیت، حمایت و گسست را آشکار ساخت که بر تفکر وی درباره اولویت‌های یادگیری حرفه‌ای، مشارکت معلمان و شیوه‌های ارتباطی تأثیر گذاشت. این تغییرات نمایانگر تلاش‌های اولیه برای بازنگری ابعاد فنی و فرهنگی نظام‌های یادگیری حرفه‌ای است. مطالعه حاضر، ظرفیت هم‌طراحی را به عنوان بستری برای یادگیری رهبری از طریق حمایت از رهبران در تشخیص شرایط نظامی و بررسی رویکردهای سازگارانه به یادگیری معلمان نشان می‌دهد. این یافته‌ها حاکی از آن است که ابزارهای تشخیصی هم‌ساخته می‌توانند فرصت‌های ساختاریافته‌ای برای رهبران جهت بررسی پیش‌فرض‌ها، مشارکت در معناپردازی و بازنگری رویکردها به بهبود سازمانی فراهم آورند.

Purpose of the study: This study explores the impact of incorporating the interdisciplinary STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics) framework into innovative pedagogical models on primary students' academic achievements in science and their practical Science Process Skills (SPS). Methodology: This study used a quantitative approach with a 2x2 quasi-experimental factorial design. Two intact classes were selected via cluster random sampling as the experimental group (STEAM-oriented) and control group (conventional). Main Findings: The STEAM approach significantly improved students' cognitive outcomes and 21st-century skills compared to traditional methods. Reflective students scored higher due to deep analytical traits, but the STEAM model also drove substantial gains for impulsive students. Novelty/Originality of this study: This study bridges the gap between multidisciplinary STEAM frameworks and psychological profiles. Its primary novelty lies in demonstrating how a konstruktivistik STEAM design can accommodate and mitigate the limitations of diverse internal cognitive styles (reflective vs. impulsive) in elementary science education

هدف مطالعه: این پژوهش به بررسی تأثیر به‌کارگیری چارچوب میان‌رشته‌ای STEAM (علوم، فناوری، مهندسی، هنر و ریاضیات) در مدل‌های نوآورانه آموزشی بر دستاوردهای تحصیلی دانش‌آموزان ابتدایی در درس علوم و مهارت‌های عملی فرایند علوم (SPS) می‌پردازد. روش‌شناسی: این پژوهش با رویکرد کمی و طرح شبه‌آزمایشی عاملی ۲×۲ انجام شده است. دو کلاس به‌صورت خوشه‌ای و تصادفی به‌عنوان گروه آزمایش (مبتنی بر STEAM) و گروه کنترل (سنتی) انتخاب شدند. یافته‌های اصلی: رویکرد STEAM به‌طور معناداری نتایج شناختی و مهارت‌های قرن بیست‌ویکمی دانش‌آموزان را نسبت به روش‌های سنتی بهبود داد. دانش‌آموزان تأملی به‌دلیل ویژگی‌های تحلیلی عمیق، نمرات بالاتری کسب کردند، اما مدل STEAM همچنین باعث پیشرفت قابل‌توجهی در دانش‌آموزان تکانشی شد. نوآوری/اصالت این پژوهش: این مطالعه شکاف میان چارچوب‌های چندرشته‌ای STEAM و پروفایل‌های روان‌شناختی را پر می‌کند. نوآوری اصلی آن در نشان دادن این است که طراحی سازنده‌گرایانه STEAM چگونه می‌تواند محدودیت‌های سبک‌های شناختی درونی متنوع (تأملی در برابر تکانشی) را در آموزش علوم ابتدایی پوشش داده و کاهش دهد.

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.

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.

ABSTRACT Scientific literacy relates to how an individual uses their scientific knowledge and skills to participate as an active citizen in society. It is widely regarded and accepted as one of the most important goals of science education. Yet, in enacted curricula, this goal of science education has languished in the shadows, with many citing difficulties with its actualization. Teaching science through Socioscientific Issues (SSIs) is a promising approach, but research on its implementation and potential impact on elementary students' scientific literacy is limited. This study provides an overview and evaluation of a SSI programme for Irish elementary students aged 8–12 years. Six teachers delivered the programme to 152 students in six schools over 6 months. Findings show that teaching science through SSIs improved students' science content knowledge and enhanced their experience with Inquiry‐Based Science Education (IBSE). Many students demonstrated socioscientific argumentation skills and applied science knowledge to SSI reasoning, leading to more informed decisions about real‐life issues. The findings suggest that teaching elementary science through SSIs prepared many students to participate actively and responsibly in a complex, democratic society. The study recommends making SSI‐based education explicit in elementary science curricula and that teachers must be supported in its implementation.

چکیده: سواد علمی به نحوه‌ای اشاره دارد که فرد از دانش و مهارت‌های علمی خود برای مشارکت به عنوان یک شهروند فعال در جامعه استفاده می‌کند. این مفهوم به طور گسترده‌ای به عنوان یکی از مهم‌ترین اهداف آموزش علوم شناخته و پذیرفته شده‌است. با این حال، در برنامه‌های درسی اجراشده، این هدف آموزش علوم در حاشیه قرار گرفته و بسیاری از افراد به دشواری‌های تحقق آن اشاره می‌کنند. آموزش علوم از طریق مسائل اجتماعی-علمی (SSIs) رویکردی امیدبخش است، اما پژوهش‌ها دربارهٔ اجرای آن و تأثیر بالقوه‌اش بر سواد علمی دانش‌آموزان دبستانی محدود است. این مطالعه مروری و ارزیابی از یک برنامهٔ SSI برای دانش‌آموزان دبستانی ایرلندی در بازهٔ سنی ۸ تا ۱۲ سال ارائه می‌دهد. شش معلم این برنامه را طی شش ماه به ۱۵۲ دانش‌آموز در شش مدرسه ارائه کردند. یافته‌ها نشان می‌دهد که آموزش علوم از طریق SSIs دانش محتوایی علوم دانش‌آموزان را بهبود بخشیده و تجربهٔ آن‌ها از آموزش علوم مبتنی بر پژوهش (IBSE) را ارتقاء داده‌است. بسیاری از دانش‌آموزان مهارت‌های استدلال اجتماعی-علمی را نشان دادند و دانش علمی را در استدلال SSI به کار بردند که منجر به تصمیم‌گیری آگاهانه‌تر دربارهٔ مسائل واقعی زندگی شد. یافته‌ها حاکی از آن است که آموزش علوم دبستانی از طریق SSIs بسیاری از دانش‌آموزان را برای مشارکت فعال و مسئولانه در یک جامعهٔ پیچیده و دموکراتیک آماده کرده‌است. مطالعه توصیه می‌کند که آموزش مبتنی بر SSI به طور صریح در برنامهٔ درسی علوم دبستانی گنجانده شود و معلمان در اجرای آن حمایت شوند.

The low level of students' learning activities and science learning outcomes This study aims to determine student activity during lessons utilizing the Problem-Based Learning (PBL) model supported by PhET Interactive Simulations media, as well as to assess the model's impact on the science learning outcomes of fifth-grade students at SDN 3 Bayalangu Kidul. The study employs a quantitative approach using an experimental method, specifically the One Group Pretest-Posttest Design. The population consisted of fifth-grade students at SDN 3 Bayalangu Kidul, with a sample size of 25 students. Data collection techniques included observation and testing, utilizing instruments such as student activity observation sheets and pretest/posttest questions. Data analysis involved descriptive analysis, normality tests, homogeneity tests, and hypothesis testing using the Paired Sample t-Test. The results indicate that student activity improved from an average of 57.83% (categorized as "sufficient") to 86.42% (categorized as "excellent") following the implementation of the PBL model supported by PhET Interactive Simulations. Student learning outcomes also improved, evidenced by the average pretest score rising from 70.80 to 86.40 on the posttest. Hypothesis testing results showed a significance value (Sig. 2-tailed) of less than 0.05; thus, the null hypothesis (H₀) was rejected and the alternative hypothesis (H₁) was accepted. Consequently, it can be concluded that the Problem-Based Learning (PBL) model supported by PhET Interactive Simulations has a significant effect on science learning outcomes and enhances the learning activity of fifth-grade students at SDN 3 Bayalangu Kidul.

سطح پایین فعالیت‌های یادگیری و نتایج یادگیری علوم دانش‌آموزان، هدف این پژوهش تعیین فعالیت دانش‌آموزان در طول درس با استفاده از مدل یادگیری مبتنی بر مسئله (PBL) با پشتیبانی رسانه شبیه‌سازی‌های تعاملی PhET و همچنین ارزیابی تأثیر این مدل بر نتایج یادگیری علوم دانش‌آموزان پایه پنجم دبستان SDN 3 Bayalangu Kidul است. این پژوهش با رویکرد کمی و روش آزمایشی، به طور خاص با طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون یک گروهی انجام شده است. جامعه آماری شامل دانش‌آموزان پایه پنجم دبستان SDN 3 Bayalangu Kidul بوده و حجم نمونه ۲۵ نفر است. روش‌های گردآوری داده شامل مشاهده و آزمون با استفاده از ابزارهایی مانند برگه‌های مشاهده فعالیت دانش‌آموزان و سؤالات پیش‌آزمون/پس‌آزمون بوده است. تحلیل داده‌ها شامل تحلیل توصیفی، آزمون نرمالیتی، آزمون همگنی و آزمون فرضیه با استفاده از آزمون t زوجی بوده است. نتایج نشان داد که فعالیت دانش‌آموزان از میانگین ۵۷/۸۳٪ (در دسته «کافی») به ۸۶/۴۲٪ (در دسته «عالی») پس از اجرای مدل PBL با پشتیبانی شبیه‌سازی‌های تعاملی PhET افزایش یافته است. نتایج یادگیری دانش‌آموزان نیز بهبود یافته است، به طوری که میانگین نمره پیش‌آزمون از ۷۰/۸۰ به ۸۶/۴۰ در پس‌آزمون افزایش یافته است. نتایج آزمون فرضیه نشان داد که مقدار معناداری (Sig. 2-tailed) کمتر از ۰/۰۵ است؛ بنابراین فرض صفر (H₀) رد و فرض جایگزین (H₁) پذیرفته شد. در نتیجه، می‌توان نتیجه گرفت که مدل یادگیری مبتنی بر مسئله (PBL) با پشتیبانی شبیه‌سازی‌های تعاملی PhET تأثیر معناداری بر نتایج یادگیری علوم و افزایش فعالیت یادگیری دانش‌آموزان پایه پنجم دبستان SDN 3 Bayalangu Kidul دارد.

The study employed a Research and Development (R&D) approach, with the operational implementation of the model evaluated using a one-group pretest-posttest design. The KP-Jamupedes model integrates collaborative learning, peer learning, experience sharing, mentoring, and stakeholder involvement at the village level. The implementation was conducted in rural ECE settings in South Sulawesi, Indonesia. Data were collected using competency assessment instruments administered before and after the implementation and analyzed using descriptive statistics, a paired-samples t-test, and N-Gain analysis. The results showed an increase in the mean competency score from 53.33 in the pretest to 79.33 in the posttest. The paired-samples t-test indicated a statistically significant difference between the two measurements, t(9) = −10.778, p < .001. N-Gain analysis showed that all participants experienced improvement, with 20% categorized as high gain and 80% as medium gain. These findings provide preliminary empirical evidence of improved PTK competence following the implementation of KP-Jamupedes and indicate the potential of a village-based collaborative learning mechanism to support ECE quality assurance in resource-constrained rural settings. However, the findings should be interpreted within the limitations of the one-group pretest-posttest design without a comparison group.

این پژوهش با رویکرد تحقیق و توسعه (R&D) انجام شد و اجرای عملیاتی مدل با استفاده از طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون تک‌گروهی ارزیابی گردید. مدل KP-Jamupedes یادگیری مشارکتی، یادگیری همتایان، به‌اشتراک‌گذاری تجربیات، مشاوره و مشارکت ذینفعان در سطح روستا را ادغام می‌کند. اجرای این مدل در محیط‌های آموزش اوان کودکی روستایی در سولاوسی جنوبی اندونزی صورت گرفت. داده‌ها با استفاده از ابزارهای ارزیابی شایستگی که پیش و پس از اجرای مدل اجرا شدند، جمع‌آوری و با بهره‌گیری از آمار توصیفی، آزمون t زوجی و تحلیل N-Gain تحلیل شدند. نتایج نشان داد میانگین نمره شایستگی از 53.33 در پیش‌آزمون به 79.33 در پس‌آزمون افزایش یافته است. آزمون t زوجی تفاوت معنادار آماری بین دو اندازه‌گیری را نشان داد (t(9) = −10.778, p < .001). تحلیل N-Gain نشان داد که تمامی شرکت‌کنندگان بهبود را تجربه کردند، به‌طوری‌که 20٪ در دسته بهبود بالا و 80٪ در دسته بهبود متوسط قرار گرفتند. این یافته‌ها شواهد تجربی مقدماتی از بهبود شایستگی PTK پس از اجرای KP-Jamupedes ارائه می‌دهد و نشان‌دهنده پتانسیل سازوکار یادگیری مشارکتی مبتنی بر روستا برای حمایت از تضمین کیفیت آموزش اوان کودکی در محیط‌های روستایی با منابع محدود است. با این حال، یافته‌ها باید در چارچوب محدودیت‌های طرح پیش‌آزمون-پس‌آزمون تک‌گروهی و بدون گروه مقایسه تفسیر شوند.

This article reports the design and post-only transnational evaluation of the role of energy in sustainability, a module developed in the acaSTEMy teacher academy project for pre-service and in-service Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teachers. Grounded in education for sustainable development, sustainability competence, energy literacy, systems thinking, circular economy, regenerative agriculture, transformative learning, and teacher professional development, the module aimed to make sustainability an integrative framework for STEM teaching. The study does not test pedagogical effectiveness or learning gains; it examines teachers’ perceived acceptability, usefulness, satisfaction, and applicability after implementation. Quantitative ratings and open-ended responses from heterogeneous participant profiles in Estonia, Finland, and Croatia show broadly positive perceptions, with differences concentrated especially in organization and applicability. Estonia’s in-service science teachers emphasize practical classroom transfer, Finland’s preservice education students emphasize dialogic learning and atmosphere while requesting clearer structure, and Croatia’s in-service STEM teachers emphasize systems-oriented reflection together with the need for local examples and conceptual scaffolding. The findings are interpreted as implementation evidence for sustainability-oriented STEM teacher education guidelines: retaining a common theoretical core while adapting examples, terminology, pacing, coordination, and classroom applications to participant profiles and local contexts.

این مقاله به طراحی و ارزیابی فراملی پس از اجرا درباره نقش انرژی در پایداری می‌پردازد؛ واحد درسی‌ای که در پروژه آکادمی معلمان acaSTEMy برای معلمان علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) پیش‌خدمت و شاغل توسعه یافته است. این واحد بر مبنای آموزش برای توسعه پایدار، شایستگی پایداری، سواد انرژی، تفکر سیستمی، اقتصاد چرخشی، کشاورزی احیاگر، یادگیری تحول‌آفرین و توسعه حرفه‌ای معلمان طراحی شده و هدف آن تبدیل پایداری به چارچوبی یکپارچه برای آموزش STEM بوده است. این مطالعه اثربخشی آموزشی یا میزان یادگیری را نمی‌سنجد؛ بلکه به بررسی ادراک معلمان از مقبولیت، سودمندی، رضایت و قابلیت کاربرد پس از اجرا می‌پردازد. ارزیابی‌های کمی و پاسخ‌های باز از شرکت‌کنندگان با ویژگی‌های متنوع در استونی، فنلاند و کرواسی نشان‌دهنده برداشت‌های عمدتاً مثبت است، هرچند تفاوت‌ها عمدتاً در سازماندهی و قابلیت کاربرد متمرکز است. معلمان علوم شاغل استونی بر انتقال عملی به کلاس درس تأکید دارند؛ دانشجویان آموزش معلمی فنلاند بر یادگیری گفت‌وگومحور و فضای آموزشی تأکید داشته و ساختار شفاف‌تر را درخواست کرده‌اند؛ و معلمان STEM شاغل کرواسی بر بازتاب سیستمی همراه با نیاز به مثال‌های بومی و چارچوب مفهومی تأکید می‌کنند. یافته‌ها به عنوان شواهدی برای اجرای راهنماهای آموزش معلمان STEM با رویکرد پایداری تفسیر می‌شود: حفظ هسته نظری مشترک در کنار تطبیق مثال‌ها، اصطلاحات، سرعت، هماهنگی و کاربردهای کلاسی با ویژگی‌های شرکت‌کنندگان و زمینه‌های محلی.

This paper describes a “job shadowing” initiative developed in the context of initial teacher education to promote awareness of the different dimensions present in science, technology, engineering, and mathematics (STEM) relationships. Ten pre-service teachers participated in this initiative, visiting three different contexts: A museum integrated within a school, an oceanarium, and a research center. After each visit, participants completed a learning diary and a checklist, designed to promote participants’ metacognitive thinking about the job they were observing and to identify the experienced utility of each visit. This experience seemed to have promoted a broader, more critical, and more integrated view of education, impacted participants’ motivation, professional awareness, and social commitment, and contributed to the strengthening of the vision of education as dynamic, interdisciplinary, and socially relevant, and of educational careers as flexible, multifaceted, and constantly evolving. This has important implications for STEM teacher education and professional development, highlighting the value of incorporating non-formal and research-based experiences into training programs to better prepare educators for the complexities of contemporary educational landscapes.

این مقاله به توصیف یک ابتکار «مشاهدهٔ شغلی» می‌پردازد که در زمینهٔ آموزش اولیهٔ معلمان با هدف ارتقای آگاهی نسبت به ابعاد مختلف موجود در روابط علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) توسعه یافته است. ده معلم پیش‌خدمت در این ابتکار شرکت کردند و از سه زمینهٔ مختلف بازدید نمودند: یک موزهٔ ادغام‌شده در یک مدرسه، یک آکواریوم و یک مرکز پژوهشی. پس از هر بازدید، شرکت‌کنندگان یک دفترچهٔ یادگیری و یک چک‌لیست را تکمیل کردند که با هدف ارتقای تفکر فراشناختی شرکت‌کنندگان دربارهٔ شغلی که مشاهده می‌کردند و شناسایی سودمندی تجربه‌شدهٔ هر بازدید طراحی شده بود. به نظر می‌رسد این تجربه دیدگاهی گسترده‌تر، انتقادی‌تر و یکپارچه‌تر نسبت به آموزش را ترویج داده، بر انگیزه، آگاهی حرفه‌ای و تعهد اجتماعی شرکت‌کنندگان تأثیر گذاشته و به تقویت دیدگاه آموزش به عنوان پدیده‌ای پویا، میان‌رشته‌ای و اجتماعی مرتبط و همچنین حرفه‌های آموزشی به عنوان مشاغلی انعطاف‌پذیر، چندوجهی و همواره در حال تحول کمک کرده است. این امر پیامدهای مهمی برای آموزش و توسعهٔ حرفه‌ای معلمان STEM دارد و بر ارزش گنجاندن تجارب غیررسمی و مبتنی بر پژوهش در برنامه‌های آموزشی برای آماده‌سازی بهتر معلمان جهت مواجهه با پیچیدگی‌های چشم‌اندازهای آموزشی معاصر تأکید می‌کند.

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.

Introduction Promoting scientific argumentation in the context of socio-scientific issues remains a major challenge in science education. Artificial intelligence offers new opportunities to provide adaptive feedback on students’ written arguments; however, little is known about learners’ perceptions of hybrid learning environments that combine AI-supported feedback with peer feedback under authentic classroom conditions. This study presents the development and pilot evaluation of SMOKEChem, a web-based learning environment designed to foster scientific argumentation through AI-supported and collaborative feedback processes. Methods An exploratory mixed-methods design was employed to investigate learners’ perceptions of SMOKEChem during regular chemistry lessons. A total of 130 secondary school students (mean age = 15 years) participated in the study. Quantitative data were collected using questionnaires assessing technology acceptance, cognitive load, and chatbot usability, while qualitative responses explored students’ perceptions of peer feedback. Results The findings indicate that SMOKEChem was perceived as useful, user-friendly, and cognitively balanced, with low levels of extraneous cognitive load and high levels of germane cognitive load. Furthermore, students perceived AI-supported and peer feedback as fulfilling complementary functions: acceptance and usability data indicate that AI provided immediate, structured guidance for revising arguments, while qualitative data on peer feedback point to dialogic reflection, perspective-taking, and collaborative knowledge construction. Discussion The findings provide initial empirical evidence that hybrid feedback designs combining AI-supported and peer feedback can effectively support scientific argumentation in socio-scientific contexts. The complementary strengths of both feedback sources highlight the potential of integrating AI into collaborative learning environments rather than replacing peer interaction. These results provide practical implications for the design of AI-supported argumentation environments and inform future research on hybrid feedback approaches in science education.

مقدمه: ارتقای استدلال علمی در زمینه مسائل اجتماعی-علمی همچنان یکی از چالش‌های عمده در آموزش علوم به‌شمار می‌رود. هوش مصنوعی فرصت‌های جدیدی را برای ارائه بازخورد تطبیقی بر استدلال‌های نوشتاری دانش‌آموزان فراهم می‌کند؛ با این حال، اطلاعات اندکی درباره ادراک یادگیرندگان از محیط‌های یادگیری ترکیبی که بازخورد مبتنی بر هوش مصنوعی را با بازخورد همتایان در شرایط واقعی کلاس درس تلفیق می‌کنند، وجود دارد. این مطالعه به معرفی توسعه و ارزیابی اولیه SMOKEChem، یک محیط یادگیری مبتنی بر وب که با هدف تقویت استدلال علمی از طریق فرآیندهای بازخورد مبتنی بر هوش مصنوعی و همکاری طراحی شده است، می‌پردازد. روش‌ها: یک طرح اکتشافی آمیخته برای بررسی ادراک یادگیرندگان از SMOKEChem در جریان کلاس‌های معمول شیمی به‌کار گرفته شد. در مجموع ۱۳۰ دانش‌آموز دبیرستانی (میانگین سنی = ۱۵ سال) در این پژوهش شرکت کردند. داده‌های کمی از طریق پرسشنامه‌هایی درباره پذیرش فناوری، بار شناختی و قابلیت استفاده چت‌بات گردآوری شد و پاسخ‌های کیفی به بررسی ادراک دانش‌آموزان از بازخورد همتایان پرداخت. یافته‌ها: نتایج نشان داد که SMOKEChem به‌عنوان ابزاری مفید، کاربرپسند و دارای تعادل شناختی ادراک شد و سطوح بار شناختی بیرونی پایین و بار شناختی سازنده بالایی را نشان داد. افزون بر این، دانش‌آموزان بازخورد مبتنی بر هوش مصنوعی و بازخورد همتایان را دارای کارکردهای مکمل تلقی کردند: داده‌های پذیرش و قابلیت استفاده نشان داد که هوش مصنوعی راهنمایی فوری و ساختاریافته‌ای برای بازنگری استدلال‌ها ارائه می‌دهد، در حالی که داده‌های کیفی درباره بازخورد همتایان به بازتاب گفت‌وگویی، دیدگاه‌پذیری و ساخت دانش مشارکتی اشاره داشت. بحث: یافته‌ها شواهد تجربی اولیه‌ای ارائه می‌دهند که طراحی بازخورد ترکیبی با ادغام بازخورد مبتنی بر هوش مصنوعی و بازخورد همتایان می‌تواند به‌طور مؤثری از استدلال علمی در زمینه‌های اجتماعی-علمی حمایت کند. نقاط قوت مکمل هر دو منبع بازخورد، پتانسیل ادغام هوش مصنوعی در محیط‌های یادگیری مشارکتی به‌جای جایگزینی تعامل همتایان را برجسته می‌کند. این نتایج پیامدهای عملی برای طراحی محیط‌های استدلال مبتنی بر هوش مصنوعی داشته و پژوهش‌های آتی درباره رویکردهای بازخورد ترکیبی در آموزش علوم را هدایت می‌کند.

Educational psychology plays a critical role in preparing future Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teachers by supporting evidence-based instructional practices and the development of transversal competencies. This study evaluates the effectiveness of Educational Psychology in a STEM Fields module developed within the Erasmus+ academy for STEM teachers project for preservice science teachers. A quantitative single-group pre-test–post-test quasi-experimental design is employed with 54 participants. The blended 4-week module integrates face-to-face and online learning activities focusing on educational psychology, teacher proactivity, time management, and collaborative work. The results indicate a statistically significant improvement in participants’ transversal STEM competencies following the intervention, with no significant gender differences observed. Descriptive findings further show notable improvements in inclusive instructional design, educational psychology-based decision-making, and collaborative learning. Participants also report high levels of self-perceived thematic competence and overall satisfaction with the module. Overall, the findings suggest that integrating educational psychology into STEM teacher education can effectively enhance pre-service teachers’ pedagogical competencies, foster essential transversal skills, and support more inclusive and evidence-informed STEM teaching.

روان‌شناسی تربیتی نقش حیاتی در آماده‌سازی معلمان آینده علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) ایفا می‌کند، از طریق حمایت از شیوه‌های آموزشی مبتنی بر شواهد و توسعه شایستگی‌های عرضی. این پژوهش اثربخشی روان‌شناسی تربیتی در یک ماژول حوزه‌های STEM را که در چارچوب پروژه آکادمی Erasmus+ برای معلمان STEM برای معلمان پیش‌خدمت علوم توسعه یافته است، ارزیابی می‌کند. طرح پژوهش شبه‌آزمایشی تک‌گروهی با پیش‌آزمون و پس‌آزمون به صورت کمی با ۵۴ شرکت‌کننده اجرا شده است. این ماژول ترکیبی چهار هفته‌ای، فعالیت‌های یادگیری حضوری و آنلاین را با تمرکز بر روان‌شناسی تربیتی، پیش‌فعالی معلم، مدیریت زمان و کار گروهی تلفیق می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که پس از مداخله، بهبود معنادار آماری در شایستگی‌های عرضی STEM شرکت‌کنندگان مشاهده شده است و تفاوت معناداری از نظر جنسیت وجود ندارد. یافته‌های توصیفی همچنین بهبود قابل توجهی را در طراحی آموزشی فراگیر، تصمیم‌گیری مبتنی بر روان‌شناسی تربیتی و یادگیری مشارکتی نشان می‌دهد. شرکت‌کنندگان همچنین سطوح بالایی از شایستگی موضوعی ادراک‌شده و رضایت کلی از ماژول را گزارش کردند. در مجموع، یافته‌ها حاکی از آن است که ادغام روان‌شناسی تربیتی در آموزش معلمان STEM می‌تواند به طور مؤثری شایستگی‌های آموزشی معلمان پیش‌خدمت را ارتقا دهد، مهارت‌های عرضی اساسی را تقویت کند و از آموزش STEM فراگیرتر و مبتنی بر شواهد حمایت نماید.

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.

،، ،Teacher self-efficacy is a key factor influencing instructional quality, classroom performance, and teachers’ ability to implement effective teaching strategies, particularly in science education. This study aimed to identify the level of science teaching self-efficacy among teachers in the Northern Mazar District Education Directorate in Jordan and to examine whether it differed according to gender and teaching experience. The study adopted a descriptive-analytical approach. Data were collected using a validated questionnaire administered to a sample of 90 science teachers during the 2021/2022 academic year. The findings revealed that teachers’ self-efficacy in science teaching was at a moderate level. The results also showed no statistically significant differences attributable to gender, while statistically significant differences were found according to teaching experience. Based on these findings, the study recommends strengthening in-service professional development programs for science teachers, with particular emphasis on modern teaching strategies and the requirements of the developed science curricula. Enhancing these areas may contribute to improving teachers’ instructional confidence, classroom effectiveness, and overall science teaching quality.

خودکارآمدی معلمان عامل کلیدی در تأثیرگذاری بر کیفیت آموزش، عملکرد کلاسی و توانایی معلمان در به‌کارگیری راهبردهای تدریس مؤثر، به‌ویژه در آموزش علوم است. هدف این پژوهش شناسایی سطح خودکارآمدی تدریس علوم در میان معلمان اداره آموزش و پرورش منطقه شمالی مزار در اردن و بررسی تفاوت آن بر اساس جنسیت و سابقه تدریس بود. این پژوهش با رویکرد توصیفی-تحلیلی انجام شد. داده‌ها با استفاده از پرسشنامه‌ای معتبر که بر روی نمونه‌ای متشکل از ۹۰ معلم علوم در سال تحصیلی ۲۰۲۱/۲۰۲۲ اجرا شد، گردآوری گردید. یافته‌ها نشان داد که خودکارآمدی معلمان در تدریس علوم در سطح متوسط قرار دارد. همچنین نتایج نشان داد که تفاوت معنادار آماری بر اساس جنسیت وجود ندارد، در حالی که تفاوت معنادار آماری بر اساس سابقه تدریس مشاهده شد. بر اساس این یافته‌ها، پژوهش تقویت برنامه‌های توسعه حرفه‌ای ضمن خدمت برای معلمان علوم، با تأکید ویژه بر راهبردهای نوین تدریس و الزامات برنامه‌های درسی علوم توسعه‌یافته را توصیه می‌کند. تقویت این حوزه‌ها می‌تواند به بهبود اعتماد به نفس آموزشی معلمان، اثربخشی کلاسی و کیفیت کلی تدریس علوم کمک نماید.

Science education seeks not only to expand learners' knowledge but also to develop scientific ways of explaining natural phenomena. This requires more than transmitting disciplinary information. Learners must recognise why scientific concepts become necessary, how they extend or revise existing explanations, and under what conditions they provide meaningful accounts of the physical world. The educational challenge therefore concerns not only which concepts should be taught, but also the instructional reasoning surrounding their introduction.Science education research has generated substantial knowledge through conceptual change, inquiry-based learning, model-based instruction, learning progressions, productive preparation, and related traditions. These approaches have shown the importance of engaging prior ideas, recognising explanatory limitations, refining representations, and applying knowledge across contexts. Yet one decision connecting many of these processes often remains implicit: the introduction of formal scientific concepts (Duit and Treagust, 2012;Méheut and Psillos, 2004;Steenhof et al., 2020;Minner et al., 2010;Campbell et al., 2015).In this article, formal concept entry refers to the point at which a scientific construct is presented in an explicit disciplinary form, for example as a named concept or definition, symbolic or mathematical representation, law, model, or related formal structure. Such constructs frequently enter instruction through curricular sequence, textbook organisation, or teaching convention. These arrangements may be appropriate, but the educational justification for formal concept entry is seldom examined directly: not whether the construct belongs in the curriculum, but whether its formal presentation is coordinated with the explanatory work Commented [S[1]: 'U' was missing in '.edu'. Now that is included learners are expected to perform. This issue has renewed practical importance as learners increasingly encounter completed definitions, derivations, simulations, and explanations through digital platforms and generative artificial intelligence before instruction has established their explanatory significance. Greater access to formal scientific information does not itself establish when a construct becomes meaningful within learners' developing understanding (Kumar et al., 2026). This Opinion therefore argues that formal concept entry deserves explicit consideration as an instructional decision. The central question is not whether formal scientific concepts should be introduced early or late, but whether their introduction is instructionally justified by the explanatory work learners are expected to perform.To support reflection on this question, I propose the Concept Genesis Framework (CGF). CGF is an instructor-facing conceptual architecture for examining how formal scientific concepts are prepared, introduced, interpreted, and integrated within learning. It neither replaces established educational theories nor prescribes a universal teaching sequence. Its contribution is to provide a coherent language for considering the instructional justification of formal concept entry.CGF does not arise from a single theory of learning. Its design draws on several established traditions that converge on a common instructional concern: learners interpret new scientific ideas through prior understanding, may need to recognise limitations in existing explanations, and require representational and explanatory support to integrate new disciplinary constructs.Conceptual-change scholarship provides one foundation through its attention to existing conceptions, explanatory inadequacy, and the restructuring of understanding (Strike and Posner, 1982;Duit and Treagust, 2012). Nersessian (1989) adds a representational perspective by emphasising that scientific understanding involves the construction and coordination of conceptual and mathematical representations rather than the reception of completed definitions alone. Inquiry and teaching-learning sequence research further situate such conceptual development within deliberately organised instructional activity (Sandoval and Reiser, 2004;Méheut and Psillos, 2004).CGF does not depend on a single philosophical doctrine. Its orientation is epistemic and instructional: scientific concepts are treated as disciplinary resources for explanation, representation, and prediction rather than as isolated verbal or symbolic entities. ThisReviewer comment 1 has been addressed Paragraph beginning -Concepts, equations------and ending (Kumar et al., 2026), has been replaced with the new paragraph-starting -In this article---------and ending (Kumar et al., 2026).orientation is compatible with constructivist perspectives insofar as it recognises prior understanding and active meaning-making. CGF is not, however, proposed as a constructivist theory of learning, nor does it assume that learners independently rediscover disciplinary knowledge. Its narrower concern is whether the instructional conditions surrounding formal concept entry allow a scientific construct to perform meaningful explanatory work within a learning situation.The ten elements of CGF are consequently described as instructional functions rather than whether it can be used across related contexts (Disciplinary Transfer); and how it supports subsequent learning (Forward Linkage). The framework does not claim that these ten functions are empirically invariant or that all must occur in a fixed order. Depending on the concept, discipline, learners, and instructional purpose, they may overlap, recur, be compressed, or be unnecessary.Scientific concepts are not merely definitions, symbols, or equations. They are intellectual tools developed to explain, organise, and predict phenomena. Although learners often encounter them in completed disciplinary form, instruction must determine how they can become meaningful explanatory resources rather than isolated information.CGF organises ten instructional functions around this problem. The number ten reflects this analytical differentiation of instructional work surrounding formal concept entry rather than an assumed set of invariant cognitive stages. These functions describe a flexible educational logic, not fixed learner stages or a mandatory sequence. Depending on the concept, discipline, learners, and instructional purpose, they may overlap, recur, be compressed, or be unnecessary. (Sandoval and Reiser, 2004;Rea-Ramirez et al., 2009). Its educational value lies in orienting learners towards a meaningful explanatory objective.As learners attempt to address the question, they may recognise that their current explanations or reasoning strategies are insufficient. CGF describes this recognition as Cognitive Tension.It is neither required nor sufficient for conceptual change, but it can help learners recognise the limits of their existing explanatory resources (Strike and Posner, 1982;Rea-Ramirez et al., 2009).: correction of the wording in Figure 1 from "comprises of ten instructional functions" to "comprises ten instructional functions." Minor typographical errors identified within the figure have also been corrected.Recognition of these limitations may generate Epistemic Need: an appreciation that an additional scientific construct is required to explain, organise, or predict observations more adequately. Epistemic need differs from curiosity alone because it concerns the perceived explanatory necessity of a new concept. It may emerge spontaneously or through instructional guidance (Lee et al., 2021).Instruction may then examine the boundaries, assumptions, or inadequacies of existing explanations. A model may fail under new conditions, conflict with evidence, or prove too limited for a broader domain (Rea-Ramirez et al., 2009;Sommeillier et al., 2021).Identifying such limitations does not require rejecting earlier explanations entirely. Scientific understanding often develops through extension, refinement, and specification rather than complete replacement.Historical reconstruction can show why concepts emerged, but it is only one route to explanatory necessity. The need for a concept may also become visible through experimental anomalies, engineering constraints, mathematical inconsistency, model comparison, simulation, or unresolved disciplinary questions (Matthews, 1992). The objective is not to reproduce scientific history, but to clarify the explanatory conditions that justify introducing a formal scientific concept.Concept Genesis denotes the instructional point at which the formal scientific construct is explicitly introduced, stabilised, or recognised as an appropriate response to the identified explanatory problem. It does not imply that learners independently reinvent disciplinary knowledge or experience a single moment of discovery. Terminology or representations may appear earlier, but Concept Genesis marks the point at which they acquire coherent disciplinary meaning (Stamovlasis et al., 2005;Cook, 2006).Concepts gain precision through equations, symbols, graphs, diagrams, models, or other disciplinary representations. CGF defines formalisation broadly because representationalPeriod is included, which was missing practices differ across scientific fields. Concept Genesis and Formalisation are analytically distinct but educationally interconnected and may develop recursively.Correctly manipulating a representation does not necessarily indicate understanding (Stamovlasis et al., 2005). Scientific Interpretation connects formal constructs with their explanatory meaning, assumptions, domains of applicability, predictive capacity, and disciplinary significance. It therefore links procedural use with conceptual understanding.Understanding becomes educationally valuable when learners can extend it beyond the immediate instructional setting. Disciplinary Transfer involves applying a concept across related problems, conditions, contexts, or scales. Transfer should not be assumed from success on familiar tasks but treated as an outcome requiring instructional design and observation (Lobato and Hohensee, 2021).Through Forward Linkage, a newly acquired concept becomes a resource for subsequent models, explanations, and disciplinary learning. Formal concept entry is therefore not only about introducing an individual construct, but also about supporting the progressive organisation of scientific understanding across a curriculum.Taken together, these functions enable educators to examine how formal scientific concepts are prepared, introduced, interpreted, extended, and connected. CGF does not prescribe a universal route to learning. It provides a structured language for considering whether formal concept entry is instructionally justified within a particular educational context.CGF is a conceptual lens for instructional planning and reflection, not a new theory of learning, a validated instructional model, or a prescriptive teaching method. It does not replace inquirybased learning, conceptual change, model-based instruction, productive preparation, learning cycles, teaching-learning sequences, or related evidence-informed approaches (Méheut and Psillos, 2004;Minner et al., 2010;Duit and Treagust, 2012;Campbell et al., 2015).Instead, it organises instructional functions recognised across these traditions around the specific question of formal concept entry.The framework does not require all ten functions to appear, nor does it prescribe their order. Scientific disciplines differ in conceptual structure, mathematical demands, representational practices, and curricular constraints. Learners also differ in prior knowledge, educational goals, cognitive resources, and learning contexts. The functions may therefore overlap, recur, or be omitted.CGF also does not advocate delayed instruction. Early introduction of terminology, diagrams, notation, or simplified models may sometimes provide necessary scaffolding (Cook, 2006). In other situations, learners may benefit from first recognising an explanatory limitation. The relevant judgement concerns not timing in isolation, but whether a formal scientific concept can support the explanatory work required within the learning situation.The framework may be especially useful for concepts that are abstract, counterintuitive, mathematically constituted, foundational for later learning, or commonly presented only in completed formal form. It may be unnecessary for straightforward factual knowledge, routine procedural skills, directly observable phenomena, or situations in which immediate explicit instruction is clearly appropriate.Its educational value remains an empirical question. CGF should therefore be treated as a conceptual proposition that invites evaluation across disciplines, educational levels, and instructional settings.Learners may reproduce definitions, derivations, or equations while remaining uncertain about why a construct became necessary, what problem it addresses, or where it applies. Procedural competence remains educationally important, but it does not always develop together with explanatory understanding (Stamovlasis et al., 2005). Formal concept entry should therefore be judged not only by what learners can perform, but also by the understanding that the construct is intended to support.Concept introduction is also rarely a single event. Terminology, qualitative descriptions, diagrams, equations, computational procedures, and canonical explanations need not enter instruction simultaneously. Each may serve a different role. Formal concept entry is therefore better understood as a distributed instructional process whose components can be introduced according to their explanatory function.This perspective also refines the idea of learner readiness. Readiness is not simply the completion of prerequisite activities. It concerns the relationship between the explanatory demands of a learning situation and learners' capacity to integrate a new construct meaningfully. Prior knowledge, representational support, cognitive demands, recognition of limitations, and instructional guidance all shape this capacity (Cook, 2006;Steenhof et al., 2020).Learner difficulty alone does not justify introducing a formal scientific concept. Productive struggle is not an educational goal in itself, and immediate explanation does not necessarily prevent understanding. Effective teaching requires judgement about when exploration, representation, explanation, and direct guidance are most educationally useful (Steenhof et al., 2020).Because these judgements vary across thermodynamics, quantum chemistry, biology, engineering, and other disciplines, CGF remains deliberately flexible. Its purpose is not to standardise concept introduction, but to make the reasoning behind it more visible.The principal contribution of CGF is to make explicit an instructional decision often embedded within broader pedagogy: why a formal scientific concept is introduced at a particular point in learning. This perspective complements existing educational research rather than competing with it. Diverse traditions may organise teaching differently, yet many confront the transition from provisional or intuitive explanations to formal scientific concepts. Treating that transition as an object of reflection may create a useful point of dialogue across approaches.The framework also has implications for curriculum design and educational research. Curricula typically specify what should be taught but provide less guidance about the reasoning supporting the introduction of particular concepts, representations, or mathematical formulations (Méheut and Psillos, 2004). Attention to formal concept entry may help educators align curricular expectations, learner preparedness, explanatory demands, and instructional support. In research, it may offer an additional dimension for describing interventions and interpreting differences across learning environments.Its relevance is heightened by contemporary digital learning. Learners may now encounter formal scientific language and representations before an instructional context has established their explanatory significance (Kumar et al., 2026). The educator's role therefore extends beyond providing information towards helping learners understand when and why formal constructs become useful.Several limitations remain. CGF has not undergone systematic empirical validation and does not claim that explicit attention to concept entry will necessarily improve understanding or transfer. Its functions may not operate uniformly across disciplines, learner populations, or educational levels. Instructional decisions also remain shaped by curriculum, assessment, institutional constraints, teacher expertise, available time, and learner diversity.Future studies may investigate how educators currently justify formal concept entry, how such judgements vary across disciplines, and whether making them explicit influences conceptual understanding, transfer, curriculum design, teacher education, or research reporting. These studies would not seek a universal rule for early or delayed instruction. They would examine whether greater transparency regarding the reasoning behind concept entry contributes meaningfully to science education.In conclusion, the educational significance of a formal scientific concept lies not only in its disciplinary content, but also in the instructional judgement governing when it becomes meaningful within learners' developing explanations of the natural world. CGF offers a conceptual architecture for examining that judgement. Recognising formal concept entry as an explicit instructional decision may help clarify how scientific knowledge becomes meaningful during learning.

آموزش علوم نه تنها به گسترش دانش فراگیران می‌پردازد، بلکه هدف آن توسعه شیوه‌های علمی تبیین پدیده‌های طبیعی نیز هست. این امر فراتر از انتقال صرف اطلاعات تخصصی است. فراگیران باید دریابند چرا مفاهیم علمی ضرورت می‌یابند، چگونه این مفاهیم تبیین‌های موجود را گسترش داده یا اصلاح می‌کنند و تحت چه شرایطی می‌توانند تبیین‌های معناداری از جهان فیزیکی ارائه دهند. بنابراین، چالش آموزشی صرفاً به این محدود نمی‌شود که کدام مفاهیم باید آموزش داده شوند، بلکه استدلال آموزشی پیرامون معرفی آن‌ها نیز اهمیت دارد. پژوهش‌های آموزش علوم از طریق تغییر مفهومی، یادگیری مبتنی بر پژوهش، آموزش مبتنی بر مدل، پیشرفت‌های یادگیری، آمادگی مولد و سنت‌های مرتبط، دانش قابل توجهی تولید کرده‌اند. این رویکردها اهمیت درگیر کردن ایده‌های پیشین، شناسایی محدودیت‌های تبیینی، اصلاح بازنمایی‌ها و به‌کارگیری دانش در زمینه‌های مختلف را نشان داده‌اند. با این حال، تصمیمی که بسیاری از این فرایندها را به هم پیوند می‌دهد، اغلب ضمنی باقی می‌ماند: ورود مفاهیم علمی رسمی (Duit و Treagust، ۲۰۱۲؛ Méheut و Psillos، ۲۰۰۴؛ Steenhof و همکاران، ۲۰۲۰؛ Minner و همکاران، ۲۰۱۰؛ Campbell و همکاران، ۲۰۱۵). در این مقاله، ورود رسمی مفهوم به نقطه‌ای اشاره دارد که یک سازه علمی به صورت صریح و تخصصی، مانند یک مفهوم یا تعریف نام‌گذاری‌شده، بازنمایی نمادین یا ریاضی، قانون، مدل یا ساختار رسمی مرتبط ارائه می‌شود. این سازه‌ها اغلب از طریق توالی برنامه درسی، سازماندهی کتاب درسی یا عرف تدریس وارد آموزش می‌شوند. این ترتیبات ممکن است مناسب باشند، اما توجیه آموزشی برای ورود رسمی مفهوم به ندرت به طور مستقیم بررسی می‌شود: نه اینکه آیا سازه باید در برنامه درسی باشد، بلکه آیا ارائه رسمی آن با کار تبیینی که از فراگیران انتظار می‌رود هماهنگ است. این مسئله با توجه به اینکه فراگیران بیش از پیش با تعاریف کامل، استنتاج‌ها، شبیه‌سازی‌ها و تبیین‌ها از طریق بسترهای دیجیتال و هوش مصنوعی مولد پیش از آنکه اهمیت تبیینی آن‌ها در آموزش تثبیت شده باشد مواجه می‌شوند، اهمیت عملی تازه‌ای یافته است. دسترسی بیشتر به اطلاعات علمی رسمی به خودی خود تعیین نمی‌کند که چه زمانی یک سازه درک معناداری در فهم در حال رشد فراگیران پیدا می‌کند (Kumar و همکاران، ۲۰۲۶). بنابراین، این مقاله بر این باور است که ورود رسمی مفهوم شایسته توجه صریح به عنوان یک تصمیم آموزشی است. پرسش اصلی این نیست که آیا مفاهیم علمی رسمی باید زود یا دیر معرفی شوند، بلکه این است که آیا معرفی آن‌ها با کار تبیینی که از فراگیران انتظار می‌رود، توجیه آموزشی دارد یا خیر. برای حمایت از تأمل در این پرسش، چارچوب تکوین مفهوم (CGF) پیشنهاد می‌شود. CGF معماری مفهومی برای مدرسان است تا بررسی کنند که چگونه مفاهیم علمی رسمی آماده، معرفی، تفسیر و در یادگیری ادغام می‌شوند. این چارچوب جایگزین نظریه‌های آموزشی موجود نیست و توالی تدریس جهان‌شمولی را تجویز نمی‌کند. سهم آن ارائه زبانی منسجم برای تأمل درباره توجیه آموزشی ورود رسمی مفهوم است. CGF از یک نظریه واحد یادگیری نشأت نمی‌گیرد. طراحی آن مبتنی بر چند سنت تثبیت‌شده است که بر یک دغدغه مشترک آموزشی تمرکز دارند: فراگیران ایده‌های علمی جدید را از طریق فهم پیشین تفسیر می‌کنند، ممکن است لازم باشد محدودیت‌های تبیین‌های موجود را شناسایی کنند و برای ادغام سازه‌های تخصصی جدید به حمایت بازنمایی و تبیینی نیاز دارند. پژوهش‌های تغییر مفهومی با توجه به تصورات موجود، ناکافی بودن تبیین‌ها و بازسازی فهم، یکی از بنیان‌ها را فراهم می‌کنند (Strike و Posner، ۱۹۸۲؛ Duit و Treagust، ۲۰۱۲). Nersessian (۱۹۸۹) با تأکید بر اینکه فهم علمی مستلزم ساخت و هماهنگی بازنمایی‌های مفهومی و ریاضی است و نه صرفاً دریافت تعاریف کامل، دیدگاه بازنمایی را می‌افزاید. پژوهش‌های یادگیری مبتنی بر پژوهش و توالی تدریس-یادگیری نیز این تحول مفهومی را در فعالیت آموزشی سازمان‌یافته قرار می‌دهند (Sandoval و Reiser، ۲۰۰۴؛ Méheut و Psillos، ۲۰۰۴). CGF به یک مکتب فلسفی خاص وابسته نیست. رویکرد آن معرفت‌شناختی و آموزشی است: مفاهیم علمی به عنوان منابع تخصصی برای تبیین، بازنمایی و پیش‌بینی تلقی می‌شوند، نه صرفاً موجودیت‌های لفظی یا نمادین منفرد. این رویکرد با دیدگاه‌های سازنده‌گرایانه تا جایی سازگار است که فهم پیشین و ساخت فعال معنا را به رسمیت می‌شناسد. با این حال، CGF به عنوان نظریه سازنده‌گرای یادگیری پیشنهاد نمی‌شود و فرض نمی‌کند که فراگیران به طور مستقل دانش تخصصی را بازکشف می‌کنند. دغدغه محدودتر آن این است که آیا شرایط آموزشی پیرامون ورود رسمی مفهوم اجازه می‌دهد یک سازه علمی در یک موقعیت یادگیری کارکرد تبیینی معنادار ایفا کند یا خیر. به همین دلیل، ده عنصر CGF به عنوان کارکردهای آموزشی توصیف می‌شوند، نه اینکه آیا می‌توان آن را در زمینه‌های مرتبط به کار برد (انتقال تخصصی) و چگونه از یادگیری بعدی حمایت می‌کند (پیوند رو به جلو). این چارچوب ادعا نمی‌کند که این ده کارکرد به طور تجربی ثابت یا همه باید به ترتیب مشخصی رخ دهند. بسته به مفهوم، رشته، فراگیران و هدف آموزشی، ممکن است این کارکردها همپوشانی، تکرار، فشرده یا غیرضروری باشند. مفاهیم علمی صرفاً تعاریف، نمادها یا معادلات نیستند. آن‌ها ابزارهای فکری هستند که برای تبیین، سازماندهی و پیش‌بینی پدیده‌ها توسعه یافته‌اند. اگرچه فراگیران اغلب آن‌ها را به صورت کامل و تخصصی دریافت می‌کنند، آموزش باید تعیین کند که چگونه می‌توانند به منابع تبیینی معنادار تبدیل شوند، نه اطلاعات منفرد. CGF ده عنصر را سازمان می‌دهد.

Integrated into the cross-border teacher education movement, a flexible model of co-supervision was developed and piloted involving 14 Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teacher educators and 13 of their pre-service teachers from eight European countries, within the context of the Erasmus+ project “AcaSTEMy.” The study follows a qualitative and interpretative approach and presents the validation of the flexible model of co-supervision to understand not only its potentialities for pre-service teachers’ and teacher educators’ professional development, but also to discuss its degree of cross-national applicability. All participants answered an online questionnaire at the end of each co-supervision event, and one representative of the teacher educators of each country wrote a guided reflection. The findings highlight a central tension within this type of co-supervision process, having the potential to enhance both pre-service teachers’ learning, fostering critical reflection and promoting some skills development, and supervisor professional development, facilitating peer learning and professional networking. However, its success depends heavily on organizational structure, clarity of roles, and support for intercultural communication. In the end, the study presents some suggestions for the design of international co-supervision models in teacher education, so that co-supervision can promote both academic excellence and internationalization in higher education.

در چارچوب جنبش آموزش معلمان فرامرزی، یک مدل انعطاف‌پذیر هم‌راهنمایی طراحی و به صورت آزمایشی اجرا شد که در آن ۱۴ مربی معلم علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) و ۱۳ معلم پیش‌خدمت آن‌ها از هشت کشور اروپایی، در قالب پروژه اراسموس+ با عنوان «AcaSTEMy» مشارکت داشتند. این پژوهش با رویکرد کیفی و تفسیری انجام شده و به اعتبارسنجی مدل انعطاف‌پذیر هم‌راهنمایی می‌پردازد تا نه تنها ظرفیت‌های آن برای توسعه حرفه‌ای معلمان پیش‌خدمت و مربیان معلم را بررسی کند، بلکه میزان قابلیت کاربرد فراملی آن را نیز مورد بحث قرار دهد. همه شرکت‌کنندگان در پایان هر رویداد هم‌راهنمایی به یک پرسشنامه آنلاین پاسخ دادند و یک نماینده از مربیان معلم هر کشور نیز یک بازتاب هدایت‌شده نوشت. یافته‌ها به یک تنش مرکزی در این نوع فرآیند هم‌راهنمایی اشاره دارد که می‌تواند هم یادگیری معلمان پیش‌خدمت را با تقویت بازتاب انتقادی و ارتقای برخی مهارت‌ها افزایش دهد و هم توسعه حرفه‌ای راهنماها را از طریق تسهیل یادگیری همتایان و شبکه‌سازی حرفه‌ای ارتقا بخشد. با این حال، موفقیت آن به شدت به ساختار سازمانی، وضوح نقش‌ها و حمایت از ارتباطات بین‌فرهنگی وابسته است. در پایان، پژوهش پیشنهادهایی برای طراحی مدل‌های بین‌المللی هم‌راهنمایی در آموزش معلمان ارائه می‌دهد تا هم‌راهنمایی بتواند هم تعالی علمی و هم بین‌المللی‌سازی آموزش عالی را ارتقا دهد.

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.

Background-The circulatory system is among the most abstract and conceptually demanding topics in junior high school science education, often requiring instructional tools that extend beyond conventional lecture-based approaches to support meaningful student comprehension. Objective-This study aimed to develop and validate interactive multimedia using Google Sites for the circulatory system topic, targeting eighth-grade students within the framework of Indonesia's Merdeka Curriculum, employing the Analysis, Design, and Development (ADD) stages of the ADDIE model. Method-The research subjects consisted of five expert validators. Data were collected using a structured validation questionnaire and a semi-structured interview guide. Results-The interactive multimedia encompassed instructional videos, interactive animations, anatomical illustrations, and Quizizz-based evaluations. Validity was assessed using Aiken's V, yielding an average coefficient of 0.94 (valid category), across four aspects: content feasibility (0.93), presentation feasibility (0.95), language feasibility (0.98), and visual and display aspects (0.89). Reliability was assessed using the Intraclass Correlation Coefficient (ICC), yielding a value of 0.788, categorized as good reliability. Conclusion-The findings confirm that the developed Google Sites-based interactive multimedia is valid and reliable for use as a learning medium for the abstract topic of the circulatory system, offering a cost-free, accessible, and curriculum-aligned digital learning solution for junior high school science teachers and students.

زمینه و هدف: دستگاه گردش خون یکی از انتزاعی‌ترین و از نظر مفهومی دشوارترین مباحث در آموزش علوم دوره متوسطه اول است که اغلب نیازمند ابزارهای آموزشی فراتر از رویکردهای سنتی مبتنی بر سخنرانی برای حمایت از درک معنادار دانش‌آموزان می‌باشد. هدف: این پژوهش با هدف توسعه و روایی‌یابی چندرسانه‌ای تعاملی با استفاده از Google Sites برای مبحث دستگاه گردش خون، ویژه دانش‌آموزان پایه هشتم در چارچوب برنامه درسی Merdeka اندونزی و با به‌کارگیری مراحل تحلیل، طراحی و توسعه (ADD) از مدل ADDIE انجام شد. روش: شرکت‌کنندگان پژوهش شامل پنج نفر از ارزیابان خبره بودند. داده‌ها با استفاده از پرسشنامه ساختاریافته روایی و راهنمای مصاحبه نیمه‌ساختاریافته گردآوری شد. یافته‌ها: چندرسانه‌ای تعاملی شامل ویدئوهای آموزشی، انیمیشن‌های تعاملی، تصاویر تشریحی و ارزیابی مبتنی بر Quizizz بود. روایی با استفاده از ضریب Aiken's V ارزیابی شد که میانگین ضریب ۰٫۹۴ (در دسته روایی) را در چهار بُعد به‌دست داد: کفایت محتوا (۰٫۹۳)، کفایت ارائه (۰٫۹۵)، کفایت زبانی (۰٫۹۸) و جنبه‌های بصری و نمایش (۰٫۸۹). پایایی با استفاده از ضریب همبستگی درون‌کلاسی (ICC) سنجیده شد که مقدار ۰٫۷۸۸ را نشان داد و در دسته پایایی خوب قرار گرفت. نتیجه‌گیری: یافته‌ها تأیید می‌کند که چندرسانه‌ای تعاملی مبتنی بر Google Sites توسعه‌یافته، از روایی و پایایی لازم برای استفاده به‌عنوان رسانه آموزشی در مبحث انتزاعی دستگاه گردش خون برخوردار است و راه‌حلی دیجیتال، رایگان، در دسترس و منطبق با برنامه درسی برای معلمان و دانش‌آموزان علوم دوره متوسطه اول ارائه می‌دهد.

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.

The Erasmus+ acaSTEMy Teacher Academy project seeks to operationalize a future-oriented approach to Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teacher education that connects disciplinary learning with authentic societal challenges. This conceptual paper synthesizes research-informed principles underpinning the project and explains how they are translated into teacher professional learning. The framework positions integrated STEM education as problem-centered learning that combines scientific inquiry, engineering design, mathematical reasoning, digital technologies, and responsible societal decision-making. It brings together transversal and transformative competences, sustainability education, systems thinking, digital confidence, strategic thinking, and career awareness within a three-stage model that moves from socio-scientific relevance through inquiry and conceptual learning to reflection and evidence-informed action. These principles are operationalized through teacher-education modules, micro-credentials, job shadowing, mobility, and professional-learning networks. The paper argues that the main contribution of the acaSTEMy project lies not in proposing a single universal teaching model but in providing a coherent and adaptable framework for translating contemporary STEM-education priorities into teacher development and classroom practice across diverse European contexts. It also identifies implementation challenges related to disciplinary traditions, resources, institutional capacity, and the need for longer-term evaluation.

پروژه آکادمی معلمان acaSTEMy تحت برنامه Erasmus+ در پی عملیاتی‌سازی رویکردی آینده‌نگر به آموزش معلمان علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) است که یادگیری رشته‌ای را با چالش‌های اصیل اجتماعی پیوند می‌دهد. این مقاله مفهومی، اصول مبتنی بر پژوهش که زیربنای این پروژه هستند را تلفیق کرده و توضیح می‌دهد که این اصول چگونه به یادگیری حرفه‌ای معلمان ترجمه می‌شوند. چارچوب ارائه‌شده، آموزش یکپارچه STEM را به عنوان یادگیری مسئله‌محور معرفی می‌کند که پژوهش علمی، طراحی مهندسی، استدلال ریاضی، فناوری‌های دیجیتال و تصمیم‌گیری مسئولانه اجتماعی را با یکدیگر ترکیب می‌کند. این چارچوب، شایستگی‌های عرضی و تحول‌آفرین، آموزش پایداری، تفکر سیستمی، اعتماد به نفس دیجیتال، تفکر راهبردی و آگاهی شغلی را در قالب یک مدل سه‌مرحله‌ای که از اهمیت اجتماعی-علمی آغاز شده، از طریق پژوهش و یادگیری مفهومی ادامه یافته و به تأمل و اقدام مبتنی بر شواهد منتهی می‌شود، گرد هم می‌آورد. این اصول از طریق ماژول‌های آموزش معلمان، ریزمدارک، هم‌سایه‌پروری شغلی، جابجایی و شبکه‌های یادگیری حرفه‌ای عملیاتی می‌شوند. مقاله استدلال می‌کند که مهم‌ترین دستاورد پروژه acaSTEMy نه در ارائه یک مدل آموزشی جهان‌شمول، بلکه در فراهم‌سازی چارچوبی منسجم و قابل انطباق برای ترجمه اولویت‌های معاصر آموزش STEM به توسعه حرفه‌ای معلمان و عمل کلاسی در زمینه‌های متنوع اروپایی است. همچنین چالش‌های اجرایی مرتبط با سنت‌های رشته‌ای، منابع، ظرفیت نهادی و نیاز به ارزیابی بلندمدت را شناسایی می‌کند.

Contemporary science education emphasizes the role of content knowledge (CK) in students’ informal reasoning (IR) within socio-scientific issues (SSI). However, students may not automatically apply scientific knowledge when reasoning about complex and open-ended SSI. Drawing on literature on modeling competence (MC), this study examined whether MC, operationalized through students’ modeling practices, statistically mediated the association between foundational scientific CK and science-based IR in a climate-related SSI task. 443 tenth-grade students participated in an online inquiry activity on climate change and methane emissions. Data were collected through a standardized CK assessment, a stock-and-flow MC task, and a written policy decision-making IR task. Results showed that students performed relatively well on foundational scientific CK and basic modeling practices involving source–sink identification and net-flow calculation, but showed weaker performance in model prediction and science-based IR. Path analysis indicated significant positive associations among CK, MC, and IR. The indirect association from CK to IR through MC was statistically significant and accounted for approximately 45.8% of the total CK–IR association. These findings suggest that students’ MC-related modeling practices may represent a meaningful statistical pathway linking foundational scientific CK and science-based IR. The study highlights the potential value of integrating content instruction with modeling practices in SSI learning and supporting IR that more explicitly incorporates scientific evidence and causal explanation.

آموزش علوم معاصر بر نقش دانش محتوا (CK) در استدلال غیررسمی (IR) دانش‌آموزان در مسائل اجتماعی-علمی (SSI) تأکید دارد. با این حال، دانش‌آموزان ممکن است به طور خودکار دانش علمی را هنگام استدلال درباره مسائل پیچیده و باز SSI به کار نگیرند. با بهره‌گیری از ادبیات مربوط به شایستگی مدل‌سازی (MC)، این مطالعه بررسی کرد که آیا MC، که از طریق فعالیت‌های مدل‌سازی دانش‌آموزان عملیاتی شده است، به طور آماری میانجی‌گر ارتباط بین دانش پایه علمی CK و IR مبتنی بر علم در یک تکلیف SSI مرتبط با اقلیم می‌باشد یا خیر. ۴۴۳ دانش‌آموز پایه دهم در یک فعالیت پژوهشی آنلاین درباره تغییرات اقلیمی و انتشار متان شرکت کردند. داده‌ها از طریق ارزیابی استاندارد CK، یک تکلیف MC مبتنی بر مدل ذخیره-جریان و یک تکلیف IR نوشتاری تصمیم‌گیری سیاستی گردآوری شد. نتایج نشان داد که دانش‌آموزان در CK علمی پایه و فعالیت‌های مدل‌سازی ابتدایی شامل شناسایی منبع-مخزن و محاسبه جریان خالص نسبتاً عملکرد خوبی داشتند، اما در پیش‌بینی مدل و IR مبتنی بر علم عملکرد ضعیف‌تری نشان دادند. تحلیل مسیر ارتباطات مثبت معناداری میان CK، MC و IR را نشان داد. ارتباط غیرمستقیم از CK به IR از طریق MC از نظر آماری معنادار بود و تقریباً ۴۵.۸٪ از کل ارتباط CK–IR را تشکیل می‌داد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که فعالیت‌های مدل‌سازی مرتبط با MC دانش‌آموزان ممکن است مسیر آماری معناداری را میان CK علمی پایه و IR مبتنی بر علم فراهم کند. این مطالعه بر ارزش بالقوه ادغام آموزش محتوا با فعالیت‌های مدل‌سازی در یادگیری SSI و حمایت از IR که به طور صریح‌تر شواهد علمی و تبیین علّی را دربرمی‌گیرد، تأکید می‌کند.

This study aimed to examine how design strategies used by science communicators in informal learning environments (ILEs) could be adapted to develop a framework that supports scientific inquiry in under-resourced science classes. Using the analytic induction research strategy, a multiple-case study was conducted involving science communicators from three ILEs: National Science Museum (Thailand), Sci-Bono Discovery Centre (South Africa), and Tūhura Otago Museum (New Zealand). The Delphi technique was then used to validate the findings. Findings from the cases were reconciled with the literature from both formal and informal science education to develop a new inquiry learning design framework. The new framework, referred to as the Complementarity of Learning Framework (Colfram), consists of four simplified inquiry stages that are strengthened by design strategies from informal science learning environments. The Colfram is proposed as a design tool to assist teachers operating in under-resourced settings to develop their own inquiry learning materials. By combining the strengths of both formal and informal science learning viewpoints, we argue that the Colfram can better support teachers to develop material that achieves the broader goals of inquiry learning, which include cultivating STEM identities and sustained interest in science.

این مطالعه با هدف بررسی چگونگی تطبیق راهبردهای طراحی مورد استفاده توسط ارتباط‌دهندگان علم در محیط‌های یادگیری غیررسمی (ILEs) جهت توسعه یک چارچوب حمایتی برای پژوهش علمی در کلاس‌های علوم با منابع محدود انجام شد. با بهره‌گیری از راهبرد پژوهشی استقرا تحلیلی، یک مطالعه چندموردی با مشارکت ارتباط‌دهندگان علم از سه محیط یادگیری غیررسمی شامل موزه ملی علوم (تایلند)، مرکز اکتشاف Sci-Bono (آفریقای جنوبی) و موزه Tūhura Otago (نیوزیلند) انجام گرفت. سپس، جهت اعتبارسنجی یافته‌ها از تکنیک دلفی استفاده شد. یافته‌های حاصل از موارد موردی با ادبیات علمی آموزش علوم رسمی و غیررسمی تطبیق داده شد تا چارچوب جدیدی برای طراحی یادگیری پژوهشی تدوین گردد. چارچوب جدید که با عنوان چارچوب مکمل یادگیری (Colfram) معرفی می‌شود، شامل چهار مرحله ساده‌شده پژوهش است که با راهبردهای طراحی برگرفته از محیط‌های یادگیری علوم غیررسمی تقویت شده‌اند. Colfram به عنوان ابزاری طراحی برای کمک به معلمان در محیط‌های با منابع محدود جهت توسعه مواد یادگیری پژوهشی خود پیشنهاد می‌شود. با ترکیب نقاط قوت دیدگاه‌های آموزش علوم رسمی و غیررسمی، استدلال می‌شود که Colfram می‌تواند حمایت بهتری از معلمان در توسعه موادی که اهداف گسترده‌تر یادگیری پژوهشی از جمله پرورش هویت‌های STEM و علاقه پایدار به علم را محقق می‌سازد، فراهم آورد.

In science classrooms, educators often expose students to the success stories of role models through written assignments, videos, and guest speakers. These interventions are implemented in hopes that students will seek to emulate the role model and become motivated to pursue science careers. However, the evidence is mixed on whether these interventions are effective at increasing science engagement. Using a mixed-methods design involving a 2 × 2 between-groups experiment and thematic analysis, this study tests how different role model narratives (professional scientist vs student scientist; achievement narrative vs persistence-through-struggle narrative) shape college students’ science identity, growth mindset beliefs, and task persistence. Results show that the role model interventions had no significant effect across these outcomes, but STEM-major students and students with high-self efficacy beliefs maintained greater levels of science identity and growth mindset beliefs as compared to their peers. Qualitative findings revealed that role models can serve different functions depending on the narrative surrounding the role model’s path to success. These findings can be used by college, high school, and even elementary instructors to design effective role model interventions that improve student engagement in science.

در کلاس‌های علوم، آموزگاران اغلب دانش‌آموزان را از طریق تکالیف نوشتاری، ویدئوها و سخنرانان مهمان با داستان‌های موفقیت الگوهای نقش آشنا می‌کنند. این مداخلات با این امید اجرا می‌شوند که دانش‌آموزان به دنبال الگوبرداری از الگوهای نقش باشند و انگیزه‌ی پیگیری حرفه‌های علمی را پیدا کنند. با این حال، شواهد در مورد اثربخشی این مداخلات در افزایش مشارکت علمی دانش‌آموزان متناقض است. این پژوهش با استفاده از طرح روش‌های ترکیبی شامل یک آزمایش بین‌گروهی ۲ × ۲ و تحلیل تماتیک، بررسی می‌کند که چگونه روایت‌های مختلف الگوهای نقش (دانشمند حرفه‌ای در مقابل دانشمند دانشجو؛ روایت موفقیت در مقابل روایت پایداری از طریق مبارزه) هویت علمی، باورهای ذهنیت رشد و پایداری در انجام وظیفه را در دانشجویان شکل می‌دهد. نتایج نشان داد که مداخلات الگوهای نقش تأثیر معناداری بر این پیامدها نداشت، اما دانشجویان رشته‌های STEM و دانشجویانی که باور به خودکارآمدی بالایی داشتند، سطوح بالاتری از هویت علمی و باورهای ذهنیت رشد را نسبت به همتایان خود حفظ کردند. یافته‌های کیفی نشان داد که الگوهای نقش می‌توانند بسته به روایتی که پیرامون مسیر موفقیت آن‌ها وجود دارد، کارکردهای متفاوتی داشته باشند. این یافته‌ها می‌تواند توسط مدرسان دانشگاه، دبیرستان و حتی دبستان برای طراحی مداخلات مؤثر الگوهای نقش به منظور بهبود مشارکت دانش‌آموزان در علم مورد استفاده قرار گیرد.

Critical thinking is widely recognized as a foundational skill for effective participation in the workforce and responsible citizenship. It involves analyzing, evaluating, and interpreting information to draw well-reasoned, defensible conclusions. The introduction of the Competency-Based Curriculum in Kenya, under the Competency-Based Education holistic approach, has included critical thinking as one of its core competencies. The study sought to determine how teachers are scaffolding critical thinking during the preparation and presentation of Integrated Science instruction in public junior schools in Nairobi County, Kenya. The study adopted a mixed-methods descriptive research design. The target population was 8,259 respondents: 7,598 learners, 643 teachers, and 18 Curriculum Support Officers (CSOs). The sample consisted of 382 respondents: 46 teachers, 328 learners, and 8 CSOs. Representative samples were selected through proportionate and systematic sampling. Data were collected using questionnaires and interviews. Quantitative data were analyzed descriptively using the Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, Version 30.0), while qualitative data were analyzed thematically. The findings indicated that although teachers adopted learner-centered approaches, they faced significant challenges in planning and implementing critical-thinking strategies, mainly conceptual links, inquiry, evidence-based reasoning, reflection, and real-world application of scientific concepts. The study also identified curriculum interpretation as a barrier to implementing critical-thinking instruction, resulting in a gap between teachers' perceived skills and actual classroom practices. The findings inform educators on the status of implementing critical thinking under Competency-Based Education and highlight challenges experienced by teachers. The study concludes that teachers encounter difficulties in developing Integrated Science instruction that scaffolds critical thinking and recommends the development of a structured instructional design model to help them design such instruction.

تفکر انتقادی به طور گسترده‌ای به عنوان مهارتی بنیادی برای مشارکت مؤثر در نیروی کار و شهروندی مسئولانه شناخته می‌شود. این مهارت شامل تحلیل، ارزیابی و تفسیر اطلاعات به منظور دستیابی به نتایج مستدل و قابل دفاع است. ورود برنامهٔ درسی مبتنی بر شایستگی در کنیا، تحت رویکرد کل‌نگر آموزش مبتنی بر شایستگی، تفکر انتقادی را به عنوان یکی از شایستگی‌های اصلی خود گنجانده است. این پژوهش با هدف تعیین نحوهٔ پشتیبانی معلمان از تفکر انتقادی در جریان آماده‌سازی و ارائهٔ آموزش علوم تلفیقی در مدارس متوسطهٔ دولتی شهرستان نایروبی، کنیا انجام شد. این مطالعه از طرح پژوهش توصیفی با روش‌های ترکیبی بهره برد. جامعهٔ هدف شامل ۸٬۲۵۹ نفر بود: ۷٬۵۹۸ دانش‌آموز، ۶۴۳ معلم و ۱۸ افسر پشتیبانی برنامهٔ درسی (CSOs). نمونه شامل ۳۸۲ نفر بود: ۴۶ معلم، ۳۲۸ دانش‌آموز و ۸ افسر پشتیبانی برنامهٔ درسی. نمونه‌های نماینده از طریق نمونه‌گیری نسبتی و نظام‌مند انتخاب شدند. داده‌ها با استفاده از پرسشنامه و مصاحبه گردآوری شد. داده‌های کمی به صورت توصیفی با استفاده از نرم‌افزار بستهٔ آماری علوم اجتماعی (SPSS، نسخهٔ ۳۰.۰) تحلیل شد و داده‌های کیفی به صورت موضوعی مورد تحلیل قرار گرفت. یافته‌ها نشان داد که اگرچه معلمان رویکردهای یادگیرنده‌محور را اتخاذ کردند، اما در برنامه‌ریزی و اجرای راهبردهای تفکر انتقادی، به ویژه در پیوندهای مفهومی، پرسشگری، استدلال مبتنی بر شواهد، تأمل و کاربرد مفاهیم علمی در دنیای واقعی با چالش‌های قابل توجهی مواجه بودند. همچنین تفسیر برنامهٔ درسی به عنوان مانعی برای اجرای آموزش تفکر انتقادی شناسایی شد که منجر به شکاف میان مهارت‌های ادراک‌شدهٔ معلمان و عملکرد واقعی آن‌ها در کلاس درس گردید. یافته‌ها وضعیت اجرای تفکر انتقادی در چارچوب آموزش مبتنی بر شایستگی را برای دست‌اندرکاران آموزشی روشن ساخته و چالش‌های پیش روی معلمان را برجسته می‌سازد. نتیجه‌گیری پژوهش آن است که معلمان در توسعهٔ آموزش علوم تلفیقی که از تفکر انتقادی پشتیبانی کند با دشواری‌هایی روبه‌رو هستند و توسعهٔ یک مدل طراحی آموزشی ساختاریافته برای یاری‌رسانی به آن‌ها در طراحی چنین آموزشی توصیه می‌شود.