مقایسه اثربخشی آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده، واقعیت مجازی، مولاژ و آموزش سنتی بر میزان بارشناختی دانش‌آموزان در درس زیست‌شناسی

مقدمه

بار شناختی یک ساختار روانشناختی است که ابتدا توسط سوئلر^[1] در سال 1988 توصیف شد (چیسون و اشتون^[2]، 2021). مفهوم بارشناختی، اشاره به میزان باری دارد که هنگام ورود اطلاعات به حافظه‌ی فعال، بر این حافظه تحمیل می‌گردد (سوئلر،2011). از آنجایی‌که ظرفیت شناختی محدود است و در آن واحد، می‌توان تنها تعداد محدودی از واحدهای اطلاعاتی را پردازش نمایید (کالیوگا^[3]، 2009)، هنگام یادگیری مطالب جدید و خصوصاً مطالب انتزاعی که همزمان اطلاعات زیادی باید پردازش شود و حفظ شود، منجر به ایجاد موقعیت‌های بیش از حد شناختی و افزایش بار شناختی می‌گردد (سوئلر، 1988؛ کریشنر، سوئلر، کریشنر و زامبرانو^[4]،2018 ؛سوئلر، ون مرینبوئر و پاس ^[5]،2019؛ چیسون و اشتون، 2021).

نظریه بار شناختی این استدلال را مطرح می‌کند که بسیاری از تکنیک‌های آموزشی سنتی، محدودیت‌های ساختار شناختی انسان را به‌طور دقیق مد نظر قرار نداده‌اند، چون آنها به‌طور غیر ضروری حافظه فعال یادگیرنده را پر می‌کنند (اشنوتز، فریز و هورتز^[6]،  2009). بنابراین در انتخاب روش‌های آموزش باید محدودیت‌های حافظه فعال در نظر گرفته شود و بر ضرورت این مطلب تأکید گردد که تکنیک‌های آموزشی باید در راستای اصول عملی اصلی سیستم شناختی انسان طرح‌ریزی شوند (پاس^[7]  و همکاران  2010؛ سوئلر و همکاران 2011).

 برنامه‌های درسی مدارس معمولاً در کلاس‌ها یا سالن‌های سخنرانی ارائه می‌شود که بخش بزرگی از تجربیات یادگیری دانش‌آموزان را تشکیل می‌دهند (مک کاسکی^[8] و همکاران 2005؛ گانگیلی^[9]، 2005). کمبود وقت در کلاس‌ها باعث می‌شود معلمان در زمانی کوتاه، محتوا و دانش فشرده را ارائه دهند و همین امر باعث دشواری‌هایی برای دانش‌آموزان برای درک موضوعات و انتقال قطعات جدید اطلاعات و دانش آنها به حافظه بلند مدت آنها می‌شود(گانگیلی 2010؛ دویسی توتال^[10]، 2014؛ جمالی^[11] و همکاران، 2015) و از آنجایی‌که ظرفیت شناختی محدود است و در آن واحد، می‌توان تنها تعداد محدودی از واحدهای اطلاعاتی را پردازش نماییم (کالیوگا، 2009) این امر موجب افزایش بار شناختی در دانش‌آموزان می‌گردد.

در درس زیست‌شناسی و خصوصاً بخش آناتومی به‌دلیل پیچیدگی موضوع و انتزاعی بودن محتوا و فقدان مدل دقیق سه‌بعدی و تعداد زیاد دانش‌آموزان و کمبود وقت در کلاس‌های آموزشی، استفاده از روش‌های مختلف نوآورانه و فناورانه از جمله یادگیری مستقل، مساله محور و یادگیری مبتنی بر کامپیوتر و تلفن همراه برای بهبود یادگیری و کارایی حافظه پیشنهاد می‌شود (یک کیون^[12] و همکاران 2003؛ آدامز و ویلسون^[13]، 2011؛ جانسون^[14] و همکاران 2012). در این رابطه، استفاده از روش‌هایی که برای آموزش آناتومی امکان تجسم سازی را فراهم می‌کند، در طول زمان، ارزشی گسترده‌ای به‌دست آورده‌است. اهمیت تجسم سازی برای آموزش آناتومی باعث شده از شبیه‌سازی‌های تعاملی مدل‌های سه‌بعدی، انیمیشن‌ها و فیلم‌ها و دیگر محتوای چند رسانه‌ای برای نمایش و آموزش پویا و قابل تجسم ساختار آناتومیک استفاده شود.

بنا به گفته‌ی برتراند^[15](2004) دو موضوع مهم، حوزه تعلیم و تربیت و فرآیند یاددهی - یادگیری را در دوره معاصر همچون حوزه‌های دیگر، تحت سیطره‌ی خود قرار داده ‌است؛ فناوری‌های جدید ارتباطات و اطلاعات و جهانی‌شدن. بنابراین مطالعه موضوعات مرتبط با فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی به‌صورت چشم‌گیر در فرآیند آموزش و یادگیری مطرح‌شده است. ظهور فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی متنوع، فرایند آموزش و یادگیری را دگرگون ساخته و فناوری‌های نوینی را در امر آموزش به خدمت درآورده‌است که می‌توان از آن‌ها برای حل مشکلات گریبان گیر نظام آموزشی مانند کیفیت پایین یادگیری، نابرابری‌های آموزشی و بی‌توجهی به شرایط بومی و ملی استفاده‌کرد و از قابلیت‌های آن برای ایجاد یادگیری اثربخش نهایت استفاده را کرد (غریبی،1391). درواقع استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات، نماد دوره جدیدی از آموزش است. فناوری اطلاعات و ارتباطات، الگوی فکری آموزش را دگرگون و مدل‌های موجود آموزشی را غنی‌تر کرده و شیوه‌های جدیدی نیز ایجاد می‌کند؛ این مدل‌ها ویژگی‌ای آموزش مبتنی بر فناوری را به اشتراک می‌گذارند و شیوه‌های جدید آموزش و یادگیری را پیشنهاد می‌کنند که در آن، یادگیرنده نقش فعالی داشته و بر یادگیری خود راهبر، مستقل، انعطاف‌پذیر و تعامل کننده تأکید دارد (فرج اللهی و ظریف صنایعی، ۱۳۸۸).   

لذا تحول در آموزش و یادگیری ناشی از فناوری مطمئناً فرصت‌های جالبی را برای طراحی محیط یادگیری واقعی ، معتبر، جذاب و بسیار سرگرم‌کننده فراهم می‌کند (کرکلی و کرکلی^[16]، 2004). علاوه بر این، محققان دریافته اند که فناوری همیشه یک وعده بزرگ برای افزایش مشارکت دانش‌آموزان و سطح درک محتوای آموزشی داشته‌است (نینکارین و همکاران، 2013، دی سیرو، ایبازیز و کلوس، 2012). از جمله جدیدترین فناوری‌ها، فناوری واقعیت افزوده‌است. اصطلاح واقعیت افزوده برای اولین بار توسط توماس‌کادل در سال 1991 و در شرکت بوئینگ مطرح شد (مکنی و لمیوکس، 2014). واقعیت افزوده یک روش تعاملی جدید است که شیء مجازی (می‌تواند یک متن یا یک تصویر دو بعدی و یا یک مدل سه‌بعدی باشد) را به تصویر بلادرنگ واقعی اضافه می‌کند (بِنبِلکاسم و همکاران 2011). واقعیت افزوده به مفهوم ترکیب مفاهیم مجازی با دنیای واقعی پیرامون کاربر می‌باشد به‌گونه‌ای که این مفاهیم افزوده‌شده، منجر به افزایش درک و فهم کاربر از محیط پیرامونی‌اش می‌شود. واقعیت افزوده تکمیل‌کننده واقعیت می‌باشد، یعنی چیزی را به دنیای واقعی اضافه می‌کند و همچنین می‌توان آن را بین واقعیت مجازی و دنیای واقعی در نظر گرفت (آزوما ،1997). واقعیت افزوده به افزایش دانش و درک فرد از محیط پیرامونش کمک می‌کند و علاوه بر داده‌های دیجیتالی مانند فایل‌های ویدیوئی، صوتی و اطلاعات متنی، حتی اطلاعات بویایی نیز می‌توانند با درک افراد از دنیای واقعی ترکیب شوند (یون، یوآن یانگ و جانسون، 2011).

کوکاک، کاپاکین و گوگتاش^[17](2016) در پژوهش خود نشان دادند که بهر ه گیریی از برنامه‌های کاربردی واقعیت افزوده تلفن همراه درحالی‌که دستاوردهای بالاتری را برای فراگیران به‌همراه داشته، از بار شناختی آنها کاسته‌است. چن و همکاران، 2017، توپوز^[18] و همکاران 2018)در تحقیقاتی نشان دادند که واقعیت افزوده برای یادگیری مؤثر پدیده‌هایی که در دنیای واقعی امکان دسترسی به آن‌ها برای دانش‌آموزان مقدور نیست مانند ماشین‌های مکانیکی، نجوم یا پیکربندی فضایی اندام‌های انسان؛ یا بدون یک‌دستگاه تخصصی دیده نمی‌شوند و یا موضوعات انتزاعی اشکال هندسی، ساختارهای شیمیایی، بسیار مثمر ثمر است.

ناسا و همکاران(2019) در پژوهشی نشان دادند علی‌رغم اینکه از بزرگ‌ترین مزیت‌های واقعیت افزوده در آموزش و پرورش ایجاد انگیزه در دانش‌آموزان است؛ اما کمتر تحقیقی تأثیر کاربرد واقعیت افزوده را مورد ارزیابی قرار داده‌است. این محققین ثابت نمودن که کاربرد واقعیت افزوده در حرفه‌آموزی می‌تواند زمینه رشد توجه، اهمیت، اعتماد به نفس و رضایت را در فراگیران ایجاد نماید. هینز، باتلر و راکر ^[19](2019) در پژوهشی به‌منظور آشناسازی کاربران با عملکرد سیستم‌های پیچیده صنعتی اتوماتیک از واقعیت افزوده بهره گیریی نمودند؛ نتیجه تحقیق آنها نشان داد که کاربرد واقعیت افزوده زمینه درک بهتر و تجربه‌ی بهتر سیستم‌های خودکار را به‌همراه دارد. العزاوی^[20] و همکاران(2019) کاربرد فناوری واقعیت افزوده را روشی جدید به‌منظور ارائه مطالب به‌صورت سه‌بعدی عنوان نموده‌اند. هانگ^[21] و همکاران (2019) در تحقیقی نشان دادند که کاربرد فناوری واقعیت افزوده منجر به افزایش همکاری میان دانش‌آموزان می‌گردد. هیو و همکاران(2019) در پژوهشی این‌گونه نتیجه‌گیری نمودند که ترکیب فناوری واقعیت افزوده در برنامه‌های درسی آموزش جراحی امری بسیار ضروری است، اما ابتدا باید یک بستر یکپارچه برای آموزش ایجاد شود. از واقعیت افزوده می‌تواند به‌طور مستقیم در دنیای واقعی می‌تواند از دانش‌آموزان برای دستیابی به اهداف یادگیری به‌طور مؤثر پشتیبانی کند و دنیای واقعی را گسترش دهد و با معنی‌دار کردن فعالیت‌های یادگیری و کاهش بار وارده بر حافظه، یادداری بیشتر را به ارمغان بیاورد (و و، لی، چانگ، و لیانگ^[22] ، 2013).

دیگر فناوری پرکاربرد فناوری واقعیت مجازی است. نظام واقعیت مجازی یک محیط سه‌بعدی شبیه‌سازی شده ‌است که کاربر می‌تواند به‌گونه‌ای با آن کار کند که گویی یک محیط فیزیکی است. واقعیت مجازی می‌تواند نقش مؤثری در حوزه‌ی آموزش ایفا کند و رویکردهای سنتی یادگیری و تدریس را متحول کند (لاینگردن، تسچول، وانگ و جانسون^[23]، 2016).واقعیت مجازی شبیه‌سازی دنیای واقعی بر اساس گرافیک کامپیوتری است و به آموزگاران و درمانگران اجازه می‌دهد محیطی امن، قابل تکرار و قابل‌انعطاف را در طی یادگیری ارائه دهند (بلانی^[24] و همکاران،2011). واقعیت مجازی محیط شبیه‌سازی‌شده ی کامپیوتری را به‌گونه‌ای برای کاربر فراهم می‌کند که برای حواس کاربر معادل واقعیت جلوه می‌کند. این محیط فاقد مادیت فیزیکی است و می‌تواند نشئت‌گرفته از محیطهای فیزیکی واقعی یا تخیل انسان باشد (میهلج و پادوبنیک^[25]،2012).

در زمینه آموزش، فناوری واقعیت مجازی در بسیاری از حوزه‌ها از جمله رشته پزشکی پتانسیل عظیمی در ایجاد شبیه‌سازی برای آموزش متخصصان در اقدامات جراحی (کابریلو^[26] و همکاران، 2014، اوکاموتو^[27] و همکاران، 2015، نیشیموتو و همکاران^[28]، 2016) در بازآفرینی موارد اضطراری پزشکی (کیلمون ^[29]،2010) و حتی کار با کودکان مبتلا به ASD برای ایجاد مهارت‌های اجتماعی و شناختی (کانها^[30] و همکاران، 2016)دارد. در پژوهش آندرسون، کانگ، سورنسن^[31](2018) با عنوان تأثیر آموزش شبیه‌سازی واقعیت مجازی بر بار شناختی در آموزش جراحی نشان داد که کاربرد واقعیت مجازی هنگامی‌که پیچیدگی یادگیری افزایش می‌یابد، بار شناختی را کاهش می‌دهد و منجر به یادگیری مطلوب می‌شود که این امر به‌خاطر شکل‌گیری طرح‌واره های ذهنی منسجم ایجاد می‌شود.

یکی دیگر از روش‌های تدریس زیست‌شناسی، استفاده از مولاژهای آموزشی است. بهترین نوع رسانه‌ها برای ایجاد تجارب واقعی اجسام (اندازه، جنس، شکل) سه‌بعدی ها هستند. چون هنگام تجربه کردن اجسام از تمام حواس استفاده می‌شود. سه‌بعدی ها را به اجسام واقعی، نمونه‌ها، مدل‌ها، برشها و ماکتها تقسیم‌بندی می‌کنند. مدل‌ها، پدیده‌های سه‌بعدی هستند که از روی اشیا واقعی بازسازی‌شده و از بسیاری جهات به آنها شبیه هستند (مثل مدل اتمی، کره‌ی زمین). انواعی از مدل‌ها که برای نشان‌دادن ساختمان بدن موجودات زنده به کار می‌رود مولاژ می‌گویند (علی‌آبادی،1397).

استفاده از مولاژ را می‌توان یکی از روش‌های متداول آموزش به‌حساب آورد که از دیر باز مورد استفاده قرار گرفته و شاید بتوان آن را نخستین شیوه آموزشی در گروه‌های مختلف پزشکی از جمله پرستاری، آموزش بهداشت و دندانپزشکی دانست (عطارباشی، امامی، اخوان کرباسی، کاویانی وهریانی،2015).

مولاژ ها به‌دلیل کم‌هزینه بودن و بازنمایی سه‌بعدی، مزایای بیشتری را نسبت به‌روش های دیگر آموزش دارد (چان و چنگ^[32]،2011). نتایج پژوهش خات^[33] و همکاران (2013) با عنوان اثربخشی منابع مبتنی بر رایانه و سنتی آموزش آناتومی با مقایسه سه روش آموزش واقعیت مجازی، آموزش مبتنی بر کامپیوتر و آموزش با استفاده از مولاژ نشان داد هیچ تفاوتی در یادگیری و عملکرد گروه‌ها وجود ندارد.

مولاژها و مدل‌های فیزیکی به‌دلیل اینکه امکان لمس مدل را فراهم می‌آورد، باعث یادگیری و کاهش بار شناختی یادگیرندگان می‌گردد(واینمن،  و لاک، لوکاس، ژنگ^[34]،2018). مولاژ ها به یادگیرندگان کمک می‌کند که بتواند رابطه بین ساختارهای مختلف آناتومیکی را از طریق دست‌کاری کردن یاد بگیرد (آذر و آذر^[35]،2016).پریس، ویلیام، لم و ولر^[36](2013)در پژوهش خود با عنوان بیایید فیزیکی شویم: مزایای یک مدل فیزیکی بیش از مدل‌های رایانه‌ای و کتاب‌های درسی سه‌بعدی در یادگیری آناتومی ضمن بیان این نکته که پژوهش‌ها در زمینه مقایسه روش‌های تدریس آناتومی بسیار کمیاب است، با مقایسه سه روش تدریس دریافتند که از مولاژها و مدل‌های فیزیکی می‌توان برای نشان‌دادن روابط پیچیده فضایی استفاده‌کرد. و دانش‌آموزان در گروه مولاژ و مدل‌های فیزیکی در مقایسه با کتاب درسی و مدل‌های سه‌بعدی رایانه‌ای در یادگیری بازخورد مثبت‌تر ی داشتند و علت آن هم تقویت درک بینایی و سه‌بعدی از معماری پیچیده آناتومیک نسبت به سایر روش‌ها بود.

  از آنجا که درحال‌حاضر معلم محوری پایه آموزش و پرورش در کشور می‌باشد، به روزکردن مدارس، استفاده از فناوری، برخورداری از خلاقیت‌های جدید در آموزش و پرورش و اهمیت دادن به توانایی‌ها، لازمه این تحوّل است. بحث در مورد فناوری اطلاعات و ارتباطات و نحوه برخورد کشور ایران با آن، از موضوعات بسیار مهمی است که مطالعه و بررسی آن برای کشور ایران نه‌تنها لازم، بلکه واجب و ضروری به نظر می‌رسد. تاینرمن^[37] (2006) معتقد است که بیان این سخن که آموزش حضوری و کلاسی کاملاً قدیمی شده و هیچ ارزشی ندارد کاری ساده است، اما همه‌ی نشانه‌ها حاکی از این است که اگر چه آموزش الکترونیکی محاسن زیادی دارد؛ اما این به این معنا نیست که یادگیری کلاسی به پایان راه خودش رسیده‌است، آموزش الکترونیکی نیز ضعف‌ها و محدودیت‌های خاص خود دارد. در واقع امروزه معلوم شده‌است که جایگاه استفاده از آموزش الکترونیکی در آموزش آن‌گونه که سرو صدا به پا کرده‌است در مقام عمل و تأثیر، فعلاً چندان قابل‌توجه نیست.    

لذا پژوهش حاضر با عنایت به این امر مهم و شناسایی جدیدترین فناوری‌ها و کاربرد آن در کلاس‌های درس زیست‌شناسی بران است تا اثربخشی آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده، مجازی و مولاژ بر بار شناختی دانش‌آموزان دختر پایه دهم متوسطه شهر اراک در درس زیست‌شناسی را در سال تحصیلی 98-1397 مورد بررسی قرار دهد.

روش

روش پژوهش حاضر نیمه آزمایشی با استفاده از روش پیش آزمون-پس آزمون با گروه کنترل بود. جامعه آماری پژوهش حاضر شامل کلیه دانش‌آموزان دختر پایه دهم متوسطه شهر اراک در سال تحصیلی 98-1397 بود که به‌روش نمونه‌گیری خوشه‌ای چهار کلاس انتخاب (تعداد 113 نفر دانش‌آموز) به‌عنوان نمونه آماری انتخاب شدند. جایگزینی کلاس‌ها در گروه‌های آزمایش و کنترل هم به‌صورت تصادفی صورت پذیرفت.

ابزار

داده‌ها در این پژوهش به‌صورت میدانی با اجرای پیش آزمون و پس آزمون گردآوری شد. ضمناً از مطالعات کتابخانه‌ای برای بررسی نظریه‌ها و پیشینه پژوهش استفاده گردید. جهت جمع‌آوری داده‌ها ابتدا نسبت به اخذ مجوزهای لازم از اداره کل آموزش و پرورش استان مرکزی به‌منظور انجام پژوهش در سطح مدارس اقدام گردید. سپس با هماهنگی مدیر چهار دبیرستان و دبیران کلاس‌های گزینش‌شده در خارج از ساعات درسی، طی سه جلسه آموزش‌ها و هماهنگی لازم در خصوص محتوا، روش و نحوه آموزش انجام شد و همچنین توسط محقق به‌عنوان همکار معلم آموزش‌های لازم جهت استفاده نحوه کارکردن با واقعیت افزوده، واقعیت مجازی و مولاژ به دانش‌آموزان داده شد. پس از برگزاری پیش آزمون بار شناختی و نهایتاً طی 14 جلسه برای هر یک از 4 روش (هر هفته دو جلسه برای هر روش) و مجموعاً 56 جلسه، دبیران براساس آموزش‌های دیده‌شده فصول گردش مواد در بدن و کلیه‌ها و قلب کتاب زیست‌شناسی پایه دهم رشته تجربی را تدریس کردند در ادامه با انجام پس آزمون، دانش‌آموزان هر گروه از نظر میزان بارشناختی مورد ارزیابی قرار گرفتند. جهت اندازه‌گیری میزان بارشناختی مقیاس درجه‌بندی ذهنی تک آیتمی 9 درجه‌ای از 1 (تلاش ذهنی بسیار کم) تا 9 (تلاش ذهنی بسیارزیاد) پاس و ون مرینبوئر (1993) استفاده شد. در مطالعه پاس و مرینبوئر (1994) میزان آلفا کرانباخ مقیاس اندازه‌گیری بار شناختی 82/0 گزارش‌شده است. در پژوهش محبوبی، زارع، سرمدی، فردانش، فیضی و محبوبی (1391) همسانی درونی مقیاس بار شناختی از طریق آلفای کرانباخ 86/0 و اعتبار بازیابی 86/0 گزارش‌شده است. در پژوهش (احدی و سلیمانی 1393) پایایی پرسش‌نامه از روش آلفای کرونباخ بالای 70/0 به‌دست آمده‌است. در پژوهش حاضر اعتبار این پرسش‌نامه با استفاده از آلفای کرونباخ  88/0 به‌دست آمد. به‌منظور تجزیه و تحلیل داده‌های پژوهش از شاخص‌های آمارتوصیفی (فراوانی، میانگین، انحراف معیار) و جهت بررسی فرضیه‌ها از آزمون تحلیل کوواریانس تک متغیره استفاده شد.

یافته ها

خلاصه نتایج توصیفی (کمینه، بیشینه، میانگین و انحراف معیار) نمرات پیش‌آزمون و پس‌آزمون شرکت‌کنندگان چهار گروه (واقعیت افزوده، واقعیت مجازی، مولاژ و مدل سنتی) در متغیربارشناختی، در جدول شماره 1 آمده ‌است.

جدول 1. میانگین و انحراف معیار متغیرهای پژوهش

با توجه به اینکه پژوهش حاضر که از نوع پیش‌آزمون پس‌آزمون با چند گروهی بود، برای تحلیل داده‌ها و به‌منظور کنترل اثر پیش آزمون از روش تحلیل کوواریانس استفاده شد. در این نوع تحلیل باید مفروضه‌های زیر رعایت گردد تا بتوان به نتایج به‌دست‌آمده اطمینان کرد. یکی از این مفروضه‌ها، بررسی همسانی ماتریسهای واریانس- کوواریانس می‌باشد که بدین‌منظور از آزمون باکس^[38] استفاده ‌شده است. برای نمرات پس‌آزمون (0.10P= و 1.76F= و 11.27 Box`sM=) محاسبه شد. میزان معناداری آزمون باکس از 0.05 بیشتر است، لذا نتیجه گرفته‌ می‌شود که ماتریس واریانس-کوواریانس‌ها همگن می‌باشند. در ادامه جهت بررسی مفروضه نرمال بودن داده‌ها از آزمون نرمال بودن چند متغیره شایپرو ویلک^[39] استفاده شد که مقدار به‌دست ‌آمده (0.38P= و 11.32Mvw=) نشان از نرمال بودن داده‌ها دارد. برای بررسی همگنی واریانس دو گروه در مرحله پس‌آزمون، از آزمون همگنی واریانس‌های لوین^[40] استفاده شد. آماره آزمون برای متغیر بارشناختی (0.09P= و 2.93F=) و برای متغیر یادگیری (0.32P= و 0.97 F=) و متغیر یادداری (0.13P= و 2.34F=) بود که نشان ‌می‌دهد این مفروضه درمورد متغیر یادگیری نقص شده‌ است.

مفروضه مهم دیگر همگونی ضرایب رگرسیون است. لازم

به ذکر است که آزمون همگنی ضرایب رگرسیون از طریق  

تعامل پیش‌آزمون متغیر بارشناختی و متغیر مستقل (روش آموزش) مورد بررسی قرار گرفت. تعامل متغیر مستقل با نمرات پیش آزمون متغیرها به‌ترتیب برابر با (0.34P= و 1.13F=) بود که هیچ‌کدام، معنادار نبودند و نتایج به‌دست ‌آمده حاکی از همگونی ضرایب رگرسیون می‌باشد. جهت بررسی مفروضه وجود رابطه بین متغیرهای پژوهش از آزمون بارتلت استفاده شد. نتایج نشان داد که هم‌بستگی معناداری بین متغیرهای وابسته وجود دارد (29.11= Chi-Square و 0.001P =). با توجه به برقراری مفروضه‌های تحلیل کوواریانس، امکان استفاده از این آزمون آماری وجود داشت.

بعد از آن به بررسی مفروضه ها از آزمون تجزیه‌وتحلیل کوواریانس تک متغیره استفاده شد که نتایج آن در جدول 2 ارائه ‌شده است.

چنانچه در جدول شماره 2 مشاهده می‌شود بین میانگین نمرات پس آزمون متغیر بار شناختی بعد از حذف اثر پیش آزمون تفاوت معنی‌داری وجود دارد (0.71  η²=، 0.001 P =و 87.64 F =). بنابراین میانگین نمرات چهار گروه (آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده، آموزش مبتنی بر واقعیت مجازی، آموزش مبتنی بر مولاژ و آموزش سنتی) به‌طور معناداری در آزمون بار شناختی، با هم تفاوت دارند.

جدول 2. نتایج تجزیه و تحلیل کوواریانس تک‌متغیره جهت مقایسه نمرات بارشناختی

جدول 3. آزمون بنفرونی برای مقایسه‌ی میانگین‌های پس آزمون متغیر بارشناختی در واقعیت افزوده، مجازی، مولاژ و آموزش سنتی

در جدول 3 مقایسه اثربخشی روش آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده، مجازی، مولاژ و آموزش سنتی بر میزان بارشناختی با استفاده از روش تعقیب تصحیح بنفرونی صورت گرفت. نتایج تحلیل آزمون بنفرونی در جدول 3 نشان‌می‌دهد تفاوت معنی‌داری بین روش‌های واقعیت افزوده- واقعیت مجازی، واقعیت افزوده- مولاژ، واقعیت افزوده- سنتی، واقعیت مجازی – سنتی و مولاژ- سنتی در بارشناختی وجود داشت (0.05>P)، اما بین روش‌های واقعیت مجازی – مولاژ تفاوت معناداری مشاهده نشد (0.05>P).

در نمودار ذیل نیز می‌توان تفاوت میانگین‌های، گروه‌های چهارگانه را در متغیر بارشناختی مشاهده نمود.

نمودار 1. نمرات بارشناختی در بین چهار گروه آموزشی

نتیجه گیری و بحث

پژوهش حاضر با هدف بررسی مقایسه اثربخشی آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده، واقعیت مجازی و مولاژ و آموزش سنتی بر میزان بارشناختی در درس زیست‌شناسی دانش‌آموزان دختر پایه دهم شهر اراک انجام شد. نتایج پژوهش نشان داد تفاوت معنی‌داری بین روش‌های واقعیت افزوده با واقعیت مجازی، واقعیت افزوده با مولاژ، واقعیت افزوده با سنتی، واقعیت مجازی با سنتی و مولاژ با سنتی در بار شناختی وجود داشت، اما بین روش‌های واقعیت مجازی – مولاژ تفاوت معناداری مشاهده نشد. به‌عبارتی دیگر بار شناختی دانش‌آموزان در واقعیت افزوده به‌ترتیب در مقایسه با روش‌های واقعیت مجازی، مولاژ و سنتی کمتر از روش‌های دیگر بود. اما بار شناختی دانش‌آموزان در روش واقعیت مجازی و مولاژ تفاوت معناداری نداشت. در نتیجه می‌توان گفت بار شناختی دانش‌آموزان این دو روش مشابه هم بود.

مطالعات مشابه مقایسه‌ای در این خصوص وجود نداشت. اما یافته‌های پژوهش با بخشی از یافته‌های آندرسون،کانگ و سورنسن^[41](2018)، واینمن، و لاک، لوکاس و ژنگ(2018) ، کوکاک، کاپکین وگوگتاش (2016) ، و و و، لی، چانگ و لیانگ (2013)، پریس، ویلیام، لم و ولر(2013) همسو بود.

در تبیین نتایج پژوهش حاضر می‌توان گفت فرض اصلی نظریه بارشناختی، توجه به محدودیت‌های ساختار شناختی انسان است. این مطلب نشان‌دهنده آن است که آموزش باید حافظه فعال را در نظر بگیرد و بر ضرورت این مطلب تأکید می‌کند که تکنیک‌های آموزشی باید در راستای اصول سیستم شناختی انسان به کار گرفته شود (اندرسون و همکاران،2018). روش‌های تدریس که بتواند تلاش ذهنی برای پردازش اطلاعات را کاهش دهد موجب بهبود تعاملات بین ساختارهای اطلاعاتی و ساختارهای شناختی یادگیرنده می‌شود و افزایش یادگیری می‌شود (جلانی و سرن^[42]، 2015). بار شناختی نشان‌می‌دهد که یادگیری بهتر در شرایطی رخ می‌دهد که با معماری شناختی انسان سازگار باشد و هدف آن دستیابی به این امر از طریق ارزیابی و طراحی تمرین یادگیری و استفاده از فناوری‌ها و ... است.

از آنجایی‌که تدریس با استفاده از واقعیت افزوده در مقایسه با واقعیت مجازی، مولاژ و روش تدریس سنتی در کاهش بارشناختی برتری داشته‌است و نظر به پیشینه‌های اندک در خصوص پژوهش‌های مقایسه‌ای و با توجه به مطالعات تک‌بعدی متعددی که در خصوص روش‌های تدریس ذکر شده وجود دارد شاید دلایل برتری روش واقعیت افزوده را در این دانست که:

واقعیت افزوده پتانسیل معماری شناختی کاربران مختلف را به حداکثر می‌رساند و با استفاده از تکرار، آشنایی و مهارت بیشتر کاربران با رابط، محتوا و پروتکل‌های آموزشی، پتانسیل معماری شناختی کاربران مختلف را به‌خوبی در نظر می‌گیرد (رادو^[43]،2014).

پژوهش‌ها نشان داده اند که رویکرد یادگیری از طریق واقعیت افزوده به‌به یادگیرندگان کمک می‌کند با انجام تلاش کمتر شناختی، بهتر یاد بگیرند که از دلایل آن می‌توان گفت تجربه حسی و تعامل در زمان واقعی با محیط ممکن است رضایت یادگیری را فراهم کند و دانش‌آموزان را قادر سازد تا دانش خود را برای انجام وظایف یادگیری ساختارمند کنند (سودا^[44] و همکاران،2016).

از واقعیت افزوده می‌توان به‌طور مستقیم در دنیای واقعی برای دستیابی به اهداف یادگیری دانش‌آموزان بهره برد و با معنی‌دار کردن فعالیت‌های یادگیری و کاهش بار وارده بر حافظه، یادداری بیشتر را به ارمغان بیاورد (و و، لی، چانگ، و لیانگ ، 2013). واقعیت افزوده با کمک به تجسم ساختارهای سه‌بعدی انتزاعی و روشن‌تر شدن مباحث پیچیده در محیطی واقعی، می‌تواند محتوا را به بهترین وجه انتقال دهد (و و و همکاران ، 2013). ارائه تعامل از طریق نمای سه‌بعدی اشیا از دیدگاه‌های مختلف در محیطی واقعی، مهارت‌های مکانی و عملی دانش‌آموزان را بهبود می‌بخشد (کروالا^[45] و همکاران،2006،چنگ و تسای^[46]،2012) و همین امر می‌تواند به کاهش بار شناختی وارده بر حافظه کمک کند. بنابراین واقعیت افزوده با توجه به‌شکل ارائه محتوا به‌خوبی می‌تواند از افزایش بار شناختی جلوگیری کند (چیانگ^[47] و همکاران ، 2014، کوکاک، کاپکین و گوگتاش،2016).

استفاده از برنامه‌های کاربردی واقعیت افزوده تلفن همراه در آموزش آناتومی به ایجاد یک محیط یادگیری مؤثر و سازنده کمک می‌کند و بار شناختی کاربران را کاهش می‌دهد، زیرا اطلاعات انتزاعی در کتاب‌های چاپ‌شده از طریق مواد چند رسانه‌ای و قابل تعامل با ایجاد تجربه حسی در برنامه‌های کاربردی واقعیت افزوده تلفن همراه یاد گرفته‌می‌شود، در نتیجه رویکرد یادگیری واقعیت افزوده تلفن همراه به دانش‌آموزان کمک می‌کند که با تلاش‌های شناختی کمتر، یادگیری بیشتری و پایدارتری داشته‌باشند (کوچک، کاپاکین و گوگتاش، 2016).

از آنجایی‌که اضافه‌بار شناختی بر یادگیری تأثیر منفی می‌گذارد و مهارت‌های پایین یادگیری و برنامه‌ریزی ذهنی ضعیف برای سازماندهی اطلاعات جدید در حافظه کاری باعث افزایش بارهای اضافه شناختی و در نتیجه از خستگی یا سازماندهی ضعیف اطلاعات و کاهش یادگیری می‌شود (سئول^[48] و همکاران، 2017). و از سوی دیگر شواهد و پژوهش‌ها حاکی از تلاش شناختی قابل‌توجهی برای یادگیری ساختارهای آناتومیکی و روابط آنها است (موکسهام^[49] و همکاران ، 2020)، لذا همواره باید در آموزش و تدریس به‌دنبال راه‌حل‌های متنوع برای افزایش کارایی حافظه دانش‌آموزان و کاهش بار شناختی آنان بود. مطابق یافته‌های پژوهش واقعیت مجازی و مولاژ بعد از واقعیت افزوده می‌تواند به‌عنوان روش‌های تدریس آناتومی برای کاهش بار شناختی و افزایش کارایی حافظه جهت یادگیری بهتر مورد استفاده قرار گیرد.

واقعیت مجازی، با تولید فضای سه‌بعدی، پنداره یا محیطی ایجاد می‌کند که برای حواس (بیشتر بصری) معادل واقعیت، وانمود می‌گردد و با استفاده از مبدل‌های طراحی‌شده و حسگرهای خاص به‌طور تعاملی امکان دست‌کاری تصاویر نمایشی و حرکتی را ایجاد می‌کند (لاینگردن، تسچول، وانگ و جانسون^[50]، 2016) و شرکت‌کنندگان در دنیای مجازی می‌توانند وظایفی که در دنیای واقعی غیرممکن است را انجام دهند. به‌عبارتی دیگر واقعیت مجازی، به‌طور کلی می‌تواند موقعیتی تا حد امکان نزدیک به موقعیت‌های زندگی واقعی ایجاد نماید و به شرکت‌کنندگان فرصت تجربه موقعیت‌های چالش‌برانگیز در یک محیط امن را دهد (فامیل خلیلی و عبدی،1390). بنابراین با استفاده از واقعیت مجازی دانش‌آموزان می‌توانند اشیا را در یک محیط مجازی لمس و دست‌کاری کنند تا بتوانند درک بیشتری از آنها به‌دست بیاورند. حتی دانش‌آموزان قادر به برقراری ارتباط با مجموعه داده‌ها و مفاهیم انتزاعی هم هستند که قبلاً غیرممکن بود. دانش‌آموزان می‌توانند در محیط سه‌بعدی به تعامل با یکدیگر بپردازند. واقعیت مجازی به‌جای نظریه بر رویکردهای عملی متمرکز شده (لاینگردن و همکاران، 2016 ) و با افزایش درک یادگیرندگان از روابط پیچیده فضایی و افزایش مهارت‌های تجسم آناتومی و چرخش ذهنی سه‌بعدی منجر به کاهش بار شناختی می‌شوند (پریس و همکاران، 2013، الفلاح^[51] و همکاران،2019). نهایتاً اینکه واقعیت مجازی هنگامی‌که پیچیدگی یادگیری افزایش می‌یابد، بار شناختی را کاهش می‌دهد و منجر به یادگیری مطلوب می‌شود که این امر به‌خاطر شکل‌گیری طرح‌واره های ذهنی منسجم ایجاد می‌شود (آندرسون، کانگ، سورنسن،2018).

در تدریس آناتومی، مولاژها و مدل‌های فیزیکی هم به‌عنوان یک روش سنتی کم‌هزینه هنوز هم مورد توجه هستند. در حالی‌که با روی کار آمدن فناوری‌های تجسم سه‌بعدی و گسترش روز افزون شان، مطالعات صورت‌گرفته در خصوص اثربخشی مدل‌های فیزیکی و مولاژ در یادگیری آناتومی به‌عنوان یک روش سنتی سه‌بعدی کم‌هزینه بسیار کم است. با این حال از عواملی که استفاده از مولاژ ها در تدریس منجر به کاهش بار شناختی می‌گردد می‌توان گفت مولاژ ها با فراهم‌آوردن امکان لمس فیزیکی اندام‌ها (یامین و ویولتو ^[52]،2016؛ واینمن، و لاک، لوکاس، ژنگ(2018) از پیچیدگی یادگیری اندام‌های می‌کاهد و به یادگیرندگان کمک می‌کند که بتواند رابطه بین ساختارهای مختلف آناتومیکی را از طریق دست‌کاری کردن یاد بگیرد (آذر و آذر،2016).بنابراین به نظر می‌رسد مولاژ ها به با امکان دسترسی آسان و با هزینه کم می‌توانند ابزاری عملی برای برای درک جایگاه مکانی اندام‌های آناتومیکی، کاهش پیچیدگی یادگیری آناتومی و کاهش بارشناختی باشند.

با توجه به نتایج پژوهش و با توجه به پتانسیل‌های بالای فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی و با در نظر گرفتن این نکته که بسیاری از معلمان و دانش‌آموزان دسترسی به تلفن‌های هوشمند دارند، پیشنهاد می‌شود با توجه به پتانسیل‌های بالای فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی در آموزش، خصوصاً در دروسی با مفاهیم انتزاعی در دروس دیگر هم از مزایای این فناوری‌ها در تدریس استفاده گردد. همچنین محتواهای آموزشی مناسب هر درس با استفاده از فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی تهیه و تولید گردد و در صورت عدم دسترسی به این فناوری‌های نوین، معلمان از مولاژهای آموزشی در درس زیست‌شناسی جهت افزایش بازده یادگیری و کاهش بار شناختی به‌صورت مناسب بهره ببرند و نهایتاً فرصت‌های یادگیری جدید را با استفاده از این فناوری‌های نوین در اختیار معلمان قرار دهیم و آنان را تشویق نمود تا به استفاده ترکیبی از روش‌های ذکر شده در درس زیست‌شناسی جهت غنی‌سازی آموزش سنتی روی آورند و سعی شود موانع استفاده از فناوری‌ها برداشته شود و به معلمان آموزش‌های لازم در جهت استفاده از چنین فناوری‌های داده شود و واقعیت افزوده و واقعیت مجازی را در متدولوژی تدریس خود به کار گیرند و ضمن اینکه به دیگر امکانات در دسترس، مثل مولاژ ها بی‌توجه نباشند که در صورت به‌کارگیری صحیح چنین امکاناتی گاهی همتراز با فناوری‌ها می‌توان در کاهش بارشناختی از آن‌ها سود برد.

و سخن آخر اینکه اگر چه امروزه استفاده از فن‌آوری‌ها و تکنیک‌های جدید در بحث آموزش به‌شدت افزایش‌یافته و استفاده از آنها در کشورهای پیشرفته به‌خوبی توسعه‌یافته است، اما هنوز در ایران در حال رشد است. بنابراین، کاربرد آن‌ها در آموزش و پرورش باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد تا بتوان در سایه اثربخشی چنین فناوری‌های در آموزش و یادگیری در مدارس ایران شاهد ارتقای روزافزون کیفیت فرآیند تعلیم و تربیت بود. امید است پژوهش اینجانب راهگشای چنین مسیری باشد.

تعارض منافع: در این پژوهش هیچ‌گونه تعارض منافع بین نویسندگان وجود ندارد.

[1] . Sweller

[2] . Chaisson & Ashton

[3] . Kalyuga

[4] . Kirschner, Sweller, Kirschner & Zambrano

[5] . Sweller, Van Merri€enboer  & Paas

[6]  . Schnotz, Fries & Horz

[7]  . Paas

[8]  .McCuskey

[9] . Ganguly

[10] . Deveci Topal

[11] . Jamali

[12] . McKeown

[13].  Adams and Wilson

[14] . Johnson

[15] . Bertrand

[16]  . Kirkley & Kirkley

[17] . Küçük, Yýlmaz & Göktaþ

[18] . Topuz

4  . Heinz, Büttner, and Röcker

5. Al-Azawi

6 . Huang  

7 . Wu, Lee, Chang & Liang

8 . Lindgren, Tscholl, Wang & Johnson

9 . Bellani

1. Mihelj & Podobnik

2 . Cabrilo

3 . Okamoto

4 . Nishimoto

5 . Kilmon

6 . Cunha

[31] . Andersen, Konge & Sørensen

[32].  Chan & Cheng

[33] . Khot

[34] . Wainman, Wolak, Pukas, Zheng & NormanR

[35] . Azer & Azer

[36].  Preece, Williams, Lam, Weller

[37] . Tinerman

[38] . Box's Test of Equality of Covariance Matrices

[39] .  Shapiro-Wilk test for Multivariate Normality

[40]  . Levene's Test for Equality of Variances

1 . Andersen, Konge & Sørensen

2 . Jalani & Sern

1. Radu
2. Sevda

3 . Kerawalla

4 . Cheng & Tsai

5 . Chiang

6 . Sewell

7. Moxham

8 . Lindgren, Tscholl, Wang & Johnson

1 . Alfalah

2 . Yammine