پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 25 |
| تعداد شماره‌ها | 556 |
| تعداد مقالات | 4,414 |
| تعداد مشاهده مقاله | 7,324,056 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 3,815,797 |
چالش‌های آموزش مدل‌های اتمی در شیمی: از مدل بوهر تا مکانیک کوانتومی | ||
| پژوهش در آموزش شیمی | ||
| مقاله 10، دوره 8، شماره 3 - شماره پیاپی 31، مهر 1405، صفحه 27-45 اصل مقاله (810.16 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله مروری | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48310/chemedu.2025.18968.1321 | ||
| نویسنده | ||
| سهراب آقایی* | ||
| گروه آموزش فیزیک، دانشگاه فرهنگیان، صندوق پستی 889-14665، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| پیشینه و اهداف: مدل‌های اتمی یکی از مفاهیم کلیدی در آموزش شیمی و فیزیک هستند که فهم آن‌ها نقش مهمی در درک ساختار ماده و ویژگی‌های میکروسکوپی آن دارد. با این حال، آموزش این مدل‌ها، به‌ویژه در گذار از مدل‌های کلاسیکی مانند مدل بوهر به مدل‌های جدید بر پایه مکانیک کوانتومی، با چالش‌های متعددی همراه است. روش‌ها: این پژوهش با هدف شناسایی و تحلیل چالش‌های آموزشی مدل‌های اتمی انجام شد و بر مبنای مرور نظام‌مند منابع علمی منتشرشده بین سال‌های ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۳ طراحی گردید. نوآوری این مطالعه در ارائه‌ی یک چارچوب تحلیلی سه‌گانه (محتوایی، شناختی و فناورانه) برای طبقه‌بندی چالش‌ها و ارائه راهبردهای مشخص برای هر دسته است. یافته‌ها: یافته‌ها نشان می‌دهند که یکی از مشکلات اصلی، ارائه‌ی مدل‌های مختلف به‌صورت جداگانه و بدون توجه به سیر تاریخی و تکاملی آن‌هاست، که موجب بدفهمی مفاهیم علمی و ایجاد تصورات نادرست در ذهن دانش‌آموزان می‌شود. همچنین، آموزش مدل‌های کوانتومی به دلیل ماهیت انتزاعی آن‌ها، نیازمند بهره‌گیری از روش‌های تدریس تعاملی و ابزارهای فناورانه است. درحالی‌که بسیاری از معلمان به دلیل کمبود آموزش‌های تخصصی یا امکانات فنی، به شیوه‌های سنتی تدریس اکتفا می‌کنند. نتیجه‌گیری: بر این اساس، بازنگری در برنامه‌های درسی، توانمندسازی معلمان و استفاده هدفمند از فناوری‌های آموزشی می‌تواند به ارتقای کیفیت یادگیری مفاهیم بنیادین و پرورش تفکر علمی در دانش‌آموزان کمک کند. همچنین، توجه به این چالش‌ها نقش مهمی در بهبود یادگیری مفاهیم بنیادین علم و پرورش تفکر علمی در دانش‌آموزان خواهد داشت. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| مدل‌های اتمی؛ مدل اتمی بوهر؛ مدل کوانتومی؛ آموزش شیمی؛ بدمفهومش ها | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Challenges of teaching atomic models in chemistry: From Bohr's model to quantum mechanics | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Sohrab Aghaei | ||
| Department of Physics Education, Farhangian University, P.O. Box 14665-889, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and Objective: Atomic models are among the key concepts in chemistry and physics education, as understanding them plays a crucial role in comprehending the structure of matter and their microscopic behavior. However, teaching these models—especially the transition from classical models such as Bohr’s model to modern models based on quantum mechanics—faces numerous challenges. Materials and Methods: This study aimed to identify and analyze the educational challenges of atomic models, based on a systematic review of scientific literature published between 2016 and 2023. The novelty of this research lies in presenting a three-fold analytical framework (content-based, cognitive, and technological) for categorizing challenges and proposing specific strategies for each category. Findings: Findings indicate that one of the main issues is the presentation of different models separately and without attention to their historical and conceptual evolution, which leads to misconceptions and inaccurate scientific understanding among students. Furthermore, due to the abstract nature of quantum models, effective teaching requires interactive methods and technological tools—resources many teachers lack due to insufficient training or infrastructure. Conclusion: Accordingly, curriculum reform, teacher empowerment, and purposeful use of educational technology can significantly improve the quality of learning fundamental concepts and foster scientific thinking in students. Addressing these challenges is essential not only for enhancing students’ conceptual understanding but also for fostering scientific thinking and inquiry-based learning in science education. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Atomic Models, Bohr Atomic Model, Quantum Model, Chemistry Education, Misconceptions | ||
| مراجع | ||
|
Abualrob, M., & Awaad, T. (2024). Developing an Augmented Reality-based Board Game for Teaching Atomic Models. Science Education International, 35(3), 198-206, https://doi.org/10.33828/sei.v35.i3.3. Aghaei, S. (2024). Quantum revolutions: from discovery to application and teaching it to the next generation. Quarterly Journal of Education in Basic Sciences, 10(36) 92-108, https://doi.org/10.48310/basic.2024.17691.1508. Aghazadeh, F. (2023). Designing the learning activity with the approach of solving the educational misunderstanding of the eighth grade student in order to teach Bohr model drawing. Research in Chemistry Education, 5(3), 28-42, https://doi.org/10.48310/chemedu.2023.3188. Allred, Z. D. R., & Bretz, S. L. (2019). University chemistry students’ interpretations of multiple representations of the helium atom. Chemistry Education Research and Practice, 20(2), 358-368, https://doi.org/10.1039/C8RP00296G. Bavardi moghaddam, J., Oula, E., Rezaei, R. (2023). Comparing the Content of Bohr's Atomic Model and Quantum Numbers in the Chemistry Textbooks of Iran and Ethiopia, Research in Chemistry Education 4(1), 59-78. Çalış, S. (2024). Turkish science high school students’ mental models of the electron cloud. Chemistry Education Research and Practice, 25(4), 1105-1121, https://doi.org/10.1039/d4rp00083h. Faletic, S., Bitzenbauer, P., Bondani, M., Chiofalo, M., Goorney, S., Krijtenburg-Lewerissa, K., ... & Zabello, O. (2023). Contributions from pilot projects in quantum technology education as support action to quantum flagship. arXiv preprint arXiv:2303.07055, https://doi.org/10.1007/978-3-031-72541-8_15. Girón-Gambero, J. R., & Franco-Mariscal, A. J. (2023). “Atomizados”: An Educational Game for Learning Atomic Structure. A Case Study with Grade-9 Students with Difficulties Learning Chemistry. Journal of Chemical Education, 100(8), 3114-3123, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00614. Hennig, F., Tóth, K., Veith, J., & Bitzenbauer, P. (2024). Introducing quantum physics concepts and Dirac notation at the secondary school level: Insights into student reasoning from an acceptance survey. Physical Review Physics Education Research, 20(2), 020147, https://doi.org/10.1103/physrevphyseducres.20.020147. Henriksen, E. K., Bungum, B., Angell, C., Tellefsen, C. W., Frågåt, T., & Bøe, M. V. (2014). Relativity, quantum physics and philosophy in the upper secondary curriculum: challenges, opportunities and proposed approaches. Physics Education, 49(6), 678, https://doi.org/10.1088/0031-9120/49/6/678. Kaya, A. (2023). Addressing Student Misconceptions about Atoms and Examining Instructor Strategies for Overcoming Them. Journal of Pedagogical Research, 7(4), 251-262, https://doi.org/10.33902/JPR.202323077. Kelly, R. M., Akaygun, S., Hansen, S. J., Villalta-Cerdas, A., & Adam, J. (2021). Examining learning of atomic level ideas about precipitation reactions with a resources framework. Chemistry Education Research and Practice, 22(4), 886-904, https://doi.org/10.1039/d0rp00071j. Khanzad, Z., Nikrou Shaldehi, N. (2023). Investigating some basic and common misconceptions of tenth grade students in the first chapter of chemistry book, Research in Chemistry Education, 5(3), 43-62, https://doi.org/10.48310/chemedu.2023.3278. Krijtenburg-Lewerissa, K., Pol, H. J., Brinkman, A., & van Joolingen, W. R. (2017). Insights into teaching quantum mechanics in secondary and lower undergraduate education. Physical review physics education research, 13(1), 010109, https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.13.010109. Li, X., Muñiz, M., Chun, K., Tai, J., Guerra, F., & York, D. M. (2022). Inquiry-based activities and games that engage students in learning atomic orbitals. Journal of chemical education, 99(5), 2175-2181, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c01023. Lin, H., Qian, Y., Wen, J., & Mai, Y. (2022). Utilizing Multidimensional Scaling to Represent the Conceptual Structures of Atomic Structure in Upper-Secondary School Teachers and Students. Journal of Baltic Science Education, 21(3), 481-494, https://doi.org/10.33225/jbse/22.21.481. Majidy, S. (2024). Addressing misconceptions in university physics: A review and experiences from quantum physics educators. arXiv preprint arXiv:2405.20923, https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.20923. Mashhadi, A., & Woolnough, B. (1999). Insights into students' understanding of quantum physics: visualizing quantum entities. European Journal of Physics, 20(6), 511, https://doi.org/10.1088/0143-0807/20/6/317. Michelini, M., Ragazzon, R., Santi, L., & Stefanel, A. (2000). Proposal for quantum physics in secondary school. Physics Education, 35(6), 406, https://doi.org/10.1088/0031-9120/35/6/305. Monroe, C., Raymer, M. G., & Taylor, J. (2019). The US national quantum initiative: From act to action. Science, 364(6439), 440-442, https://doi.org/10.1126/science.aax0578. Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of physics, 70(3), 200-209, https://doi.org/10.1119/1.1435346. Netzell, E. (2014). Using models and representation in learning and teaching about the atom. Papageorgiou, G., Markos, A., & Zarkadis, N. (2016). Students' representations of the atomic structure–the effect of some individual differences in particular task contexts. Chemistry Education Research and Practice, 17(1), 209-219, https://doi.org/10.1039/c5rp00201j. Papageorgiou, G., Markos, A., & Zarkadis, N. (2016). Understanding the Atom and Relevant Misconceptions: Students' Profiles in Relation to Three Cognitive Variables. Science Education International, 27(4), 464-488. Patterson, Z., & Ding, L. (2025). Epistemic framing analysis of secondary students during instruction on quantum physics. Physical Review Physics Education Research, 21(1), 010116, https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.21.010116 Reisner, B. A., Kinkaid, M. M., Pratt, J. M., Bentley, A. K., Stewart, J. L., Smith, S. R., ... & Lin, S. (2024). How Do Inorganic Students Represent Molecular Orbitals? A Multi-Institutional Study from the Foundation-Level Inorganic Chemistry Course. Journal of Chemical Education, 101(2), 456-466, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c00823. Satanassi, S. (2023). Investigating the learning potential of the Second Quantum Revolution: development of an approach for secondary school students, https://doi.org/10.48676/unibo/amsdottorato/10716. Vieira, H., & Morais, C. (2022). Musical analogies to teach middle school students topics of the quantum model of the atom. Journal of Chemical Education, 99(8), 2972-2980, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00289. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 712 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 20 |
||