آموزش کوانتوم در دبیرستان: انقلاب آنلاین با روش‌های جدید و جذاب

آموزش آنلاین: راهکاری مؤثر برای تدریس مفاهیم پیچیده علمی

بر اساس مقاله‌ای جدید که توسط پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آرلینگتون منتشر شده و در نشریهٔ The Physics Teacher به چاپ رسیده، آموزش آنلاین می‌تواند در تدریس موضوعات پیچیده‌ای همچون علم اطلاعات کوانتومی (QIS) به معلمان علوم مقطع دبیرستان، مؤثر واقع شود. کارن جو ماتسلر، استادیار برنامهٔ UTeach در UTA و نویسندهٔ اصلی این پژوهش، می‌گوید: «شیوع کووید-۱۹ معلمان را ناچار کرد تا روش‌های آموزشی خود را با کلاس‌های مجازی که برایشان تازگی داشت، تطبیق دهند و این ماجرا، توسعهٔ حرفه‌ای را هم شامل شد.» رامون لوپز، استاد فیزیک، همکار ارشد این پروژه بود و چاندرا لکا سینگ از دانشگاه پیتسبورگ نیز در نگارش این مقاله سهیم بوده است.

علم اطلاعات کوانتومی: اهمیتی که از آن غافلیم

علم اطلاعات کوانتومی، یک حوزهٔ نوین در علم و فناوری است که علوم فیزیکی، ریاضیات، علوم کامپیوتر و مهندسی را در هم می‌آمیزد و در جنبه‌های گوناگونی از زندگی روزمره، همچون تلفن‌های همراه و فناوری‌های مرتبط با انرژی خورشیدی، نقشی اساسی دارد. با این حال، این مبحث در بسیاری از دبیرستان‌ها تدریس نمی‌شود و این امر، مانعی جدی بر سر راه دانش‌آموزان برای کسب مهارت‌های لازم جهت ورود به مشاغل پردرآمد آینده است.

برنامه‌ریزی در سایهٔ پاندمی

در سال 2021، ماتسلر و همکارانش با دریافت کمک‌هزینه‌ای یک میلیون دلاری از بنیاد ملی علوم، هدف‌گذاری کردند که علم اطلاعات کوانتومی را به معلمان علوم دبیرستان آموزش دهند تا آن‌ها بتوانند این دانش جدید را به کلاس‌های درس خود منتقل کنند. ماتسلر می‌گوید: «اما پاندمی ما را وادار کرد که طرح‌های اولیهٔ آموزش حضوری را کنار بگذاریم و به سمت محیطی کاملاً آنلاین برویم.» او ادامه داد: «ما می‌دانستیم که آموزش QIS به صورت آنلاین با چالش‌هایی روبه‌رو خواهد بود، اما از این‌که چقدر خوب پیش رفت، شگفت‌زده شدیم.»

راهکارهای مؤثر در تدریس آنلاین

ماتسلر، لوپز و گروه تحقیقاتی‌شان به این نتیجه رسیدند که بهترین رویکرد برای آموزش QIS به صورت آنلاین، این است که موادی را از قبل برای شرکت‌کنندگان ارسال کنند تا با مفاهیم پایه آشنا شوند. سپس در طول جلسات، از نرم‌افزار زوم استفاده کردند و با امکاناتی نظیر چت، نظرسنجی و اتاق‌های گروهی، مشارکت افراد را در فرآیند یادگیری افزایش دادند.

نکات کلیدی برای آموزش مفاهیم کوانتومی

آن‌ها همچنین، فعالیت‌هایی را تدارک دیدند که در آن‌ها، یادگیرندگان فرصت تمرین تدریس مباحث را داشتند. این روش مؤثر واقع شد و به افراد کمک کرد تا درگیر موضوع باقی بمانند. برای پیشگیری از بار شناختی زیاد، تیم به این نتیجه رسید که بحث‌های اصلی باید بین 15 تا 30 دقیقه طول بکشند و هر کدام با جلسات کوتاه 5 تا 7 دقیقه‌ای همراه باشند؛ زمان کل جلسه نیز حدود 90 تا 120 دقیقه تعیین شد. ماتسلر می‌گوید: «این به شرکت‌کنندگان فرصت‌های کافی برای تبادل نظر دربارهٔ مفاهیم کوانتومی در گروه‌های کوچک، شامل 2 تا 6 نفر، را می‌داد.» در طول این بحث‌های گروهی، رهبران به‌طور دوره‌ای وارد و خارج از اتاق‌ها می‌شدند تا بر عملکرد شرکت‌کنندگان نظارت کنند، دستورالعمل‌ها را شفاف سازند و به سؤالات پاسخ دهند.

مربیان همچنین استفاده از فعالیت‌های «یخ‌شکن» را برای افزایش تعامل اجتماعی در محیط یادگیری مجازی توصیه می‌کنند. ماتسلر می‌گوید: «این فعالیت‌های یخ‌شکن به‌راحتی می‌توانند برای جلب مشارکت دانش‌آموزان، ثبت حضور و غیاب و ارزیابی میزان آگاهی افراد از درس آینده استفاده شوند.» یک عنصر حیاتی در تمامی این فرآیندهای یادگیری آنلاین، این است که یادگیرندگان اطمینان حاصل کنند که در یک جامعهٔ امن برای یادگیری و تبادل نظر قرار دارند.

تیم همچنین دریافته است که ویدئوهای کوتاه و هدفمند، در آموزش مباحث پیچیده کمک‌کننده است. آن‌ها توصیه می‌کنند که در طول پخش ویدئوها، قابلیت چت فعال باشد تا شرکت‌کنندگان بتوانند سؤالات خود را بپرسند و مشارکت داشته باشند. ماتسلر می‌گوید: «ایده‌آل این است که مفاهیم کوانتومی در یک کلاس درس با فعالیت‌های عملی تدریس شوند تا یادگیرندگان بتوانند ببینند و لمس کنند که چیزهایی همچون قطارهای مغناطیسی و شناوری کوانتومی چگونه عمل می‌کنند.» باوجود این، تجربه‌های ما نشان می‌دهد که گنجاندن روش‌های آموزشی مناسب و محتوای درست در یادگیری آنلاین، قادر است در آموزش این موضوعات مؤثر واقع شود. درک این‌که یک گزینهٔ مجازی مؤثر وجود دارد، درحالی‌که کشور تلاش‌های خود را برای تسریع در تحقیقات و توسعهٔ کوانتومی افزایش می‌دهد، اهمیت دارد تا بتوانیم با سایر کشورهای پیشرو در این عرصه، رقابت کنیم.