۱-۲ بیان مسئله
هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهی های لازم برای یک شهروند مطلوب را کسب کنند.
در ابتدای قرن بیستم رویکرد اثبات گرایی و آموزش با اثبات و فهم مطالب به کمک آزمایش و تجربه تقریباَ با روند ایجاد و رشد تمام رشته ها ی علمی حکم فرما شد. در اوایل قرن گذشته دست اندر کاران آموزش به اهمیت به کار گیری و استفاده از وسایل کمک آموزشی پی بردند و متوجه شدند هر قدر موضوعات علوم پایه عینی و ملموس تر باشد میزان یادگیری بیشتر خواهد شد ( شویک[۱]، ۱۹۹۲). بعد از جنگ جهانی اول که نارضایتی بسیاری در علم حاصل شد، معلمین علوم برای تدریس از وسایل آزمایشگاهی و کارگاهی استفاده کردند، این امر باعث شد دانش آموزان علاقه بیشتری از خود نشان دهند و ثمرات استفاده از آزمایشگاه ها در تدریس باعث شد دانش آموختگان با آمادگی بیشتر جذب بازار کار و مؤسسات و کارخانه ها شوند در نتیجه تحول چشم گیری در پیشرفت‌های صنعتی در کشورهای غرب ایجاد شد(شویک، ۱۹۹۲). از آن به بعد بود که در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی واقعی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی شد و تأکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت های دست‌ورزی صورت پذیرد ( بدریان، ۱۳۸۵). از طرفی پیشرفت فناوری بشر امروزی در سده های اخیر سرعت حیرت آوری گرفته و تعلیم و تربیت را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. علاوه بر این آموزش و پرورش از این پیشرفت ها در به کارگیری وسایل و روش های جدید بهره جسته است و شکل گیری فناوری آموزشی، میدان جدیدی برای انجام بررسی های علمی پیرامون نحوه به کارگیری وسایل و روش های جدید در امر آموزش ایجاد نموده است و در این راستا آخرین یافته های فناوری در خدمت آموزش در آمده است. نمونه ای از کاربردهای فناوری آموزشی، استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می‌باشد که در سال های اختر رواج و رونق زیادی پیدا کرده‌است.
شناخت گرایانی همچون آزوبل[۲] (۱۹۶۳) و برونر[۳] (۱۹۶۰) به استفاده از وسایل دیداری، شنیداری و نمایشی و آزمایشگاهی تأکید می‌کردند و معتقدند که با بهره گرفتن از این وسایل میتوان به درجه بالایی از آگاهی و مهارت عملی دست یافت.
الکساندر[۴] و سیلور[۵] (۱۹۸۱) اظهار می دارند در یک برنامه درسی منظم که بر مبنای آموزش های عملی استقرار یافته و تداوم یابد می‌تواند نقشه ای برای هدف‌های کلی و جزیی در یک جامعه پیشرفته صنعتی و مترقی باشد. از طرفی این سوال مطرح است که اگر غالباً دانش آموز می‌تواند با دیدن مطالب را بهتر درک کند، چگونه در دهه های پیشین که امکان و ابزار انجام آزمایش ها حتی در حد جزئی هم وجود نداشت در بسیاری از دانش آموزان حس علاقه و کنجکاوی و پژوهشگری ایجاد شد. از سوی دیگر آیا تکیه بر ارائه اطلاعات صرف در قرنی که تکنولوژی از اهمیت خاصی برخوردار است، می‌تواند مانند سال‌های گذشته نتیجه بخش باشد؟ در حال حاضر که مدارس مجهز به امکانات هوشمند هستند آیا جایگزین کردن نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می‌تواند جایگزین مناسبی برای آزمایشگاه های واقعی فعلی باشند؟
هودسون[۶](۱۹۹۳) در تحقیقی به این نتیجه رسید که انجام آزمایش های علوم تجربی باعث افزایش میزان انگیزه، افزایش توانایی مهارت های عملی و یادگیری آگاهانه دانش آموزان می‌گردد. در تحقیق هارلن[۷](۱۹۹۹) با موضوع تاثیر فعالیت های عملی بر یادگیری علوم نتیجه افزایش قابل توجه انگیزه و یادگیری بود. کومیس[۸](۲۰۰۱ نقل از کرمی، ۱۳۸۸) در پژوهش خود نتیجه گرفت استفاده از محیط های شبیه سازی شده کامپیوتری برای انجام آزمایش یعنی همان آزمایش مجازی می‌تواند بر درک مفاهیم فیزیکی دانش آموزان تاثیر مثبت داشته باشد.
با توجه به اینکه طیف وسیعی از جمعیت ایران را دانش آموزان تشکیل می‌دهند و همچنین با توجه با اینکه مشکلات زیادی در آموزش و نحوه استفاده از راهبردهای متنوع آموزشی در این امر موجود دارد ضروری به نظر می‌رسد که پژوهش هایی در مورد تاثیر به کارگیری این راهبردها باید صورت گیرد (شریفی، ۱۳۹۰ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳). به همین دلیل پژوهش حاضر با هدف مقایسه اثربخشی محیط آزمایشگاه مجازی در مقابل آزمایشگاه واقعی گامی در رفع ابهامات در این زمینه و شیوه های مؤثر در آموزش آزمایشگاهی علوم تجربی بردارد.
۱-۳ اهمیت و ضرورت مسئله
در یک سیستم آموزشی، قدرت یک معلم، همواره در روش تدریس او متجلی می شود. با ظهور سبز فایل و بروز نیازهای جدید، محدود و تخصصی لزوم تجدید نظر در اهداف تدریس و روش های آن، آشکارتر و ضروری تر از پیش شده است ( اصغری، ۱۳۸۸ ). به همین منظور معلمان در فرایند آموزش از ابزارهای مختلفی همچون انجام آزمایش بهره می‌برند.
انجام فعالیت‌های آزمایشگاهی مناسب نه تنها سبب عمیق‌تر شدن میزان دانش و آگاهی‌های فراگیران می‌شود، بلکه یکی از مهمترین روش‌ها جهت دستیابی به اهداف مهارتی و نگرشی در برنامه درسی محسوب می‌شود. از طرف دیگر انگیزش و فعال نگهداشتن فراگیران در کلاس درس علوم تجربی چالش بزرگی است که حتی ذهن مدیران و معلمان حرفه‌ای و با تجربه را نیز به خود مشغول کرده‌است. پژوهش‌ها نشان داده است که به کارگیری شیوه های سنتی رویکرد یاددهی- یادگیری نمی‌تواند پاسخگوی نیازهای آموزشی عصر حاضر باشد. با خروج از رویکرد آموزشی حافظه‌پرور و به چالش کشاندن ذهن فراگیران از طریق انجام فعالیت‌های آزمایشگاهی مناسب و همچنین نگاه بین رشته‌ای به آموزش علوم تجربی، می توان فراگیران را در رویکرد یاددهی- یادگیری فعال نموده و روحیه انجام فعالیت‌های گروهی و مشارکتی را در آن ها پرورش داد (اصفا، ۱۳۸۵). اما با آنکه بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیت‌های آزمایشگاهی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیت‌های آزمایشگاهی مناسب استفاده شود؛ اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارند که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیت‌های آزمایشگاهی در آموزش علوم استفاده نمایند.
به استناد پژوهش‌های انجام گرفته اصفا (۱۳۸۵)، مشخص شده است که عوامل مختلفی سبب کم توجهی به آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی در مدارس شده اند.
