DOI: https://doi.org/10.31349/revmexfise.23.010205
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Lilik Kurniawan وآخرون
الموضوع الرئيسي: تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة فعالية كتاب إلكتروني في الديناميكا الحرارية مدمج مع مختبر افتراضي باستخدام نهج STEM لتعزيز مهارات التفكير النقدي لدى الطلاب. باستخدام تصميم شبه تجريبي مع إطار عمل اختبار قبلي واختبار بعدي لمجموعة واحدة، شملت الدراسة فصلًا تجريبيًا يستخدم الكتاب الإلكتروني وفصلًا تحكمًا يتلقى تعليمًا تقليديًا. تشير النتائج إلى تحسن كبير في مهارات التفكير النقدي في المجموعة التجريبية، حيث تم إثبات ذلك من خلال درجة N-gain عالية تبلغ 0.720 مقارنة بـ 0.699 في المجموعة الضابطة. أكدت التحليلات الإحصائية أن نتائج الاختبار القبلي والبعدي كانت موزعة بشكل طبيعي ومتجانسة، مع مستوى دلالة يتجاوز 0.05.
تؤكد الخاتمة على أن الكتاب الإلكتروني في الديناميكا الحرارية، المدعوم بمحاكاة مختبر افتراضي، يعزز بشكل كبير قدرات التفكير النقدي لدى الطلاب، مما يتماشى مع متطلبات التعليم في القرن الحادي والعشرين. بينما تسلط الدراسة الضوء على التأثير الإيجابي لهذه الموارد التعليمية المبتكرة، فإنها تحدد أيضًا القيود مثل الحاجة إلى اتصال إنترنت مستقر، والتجربة الحسية المحدودة للمختبرات الافتراضية، والحاجة إلى كفاءة المعلم في استخدام الكتاب الإلكتروني بفعالية. يتم تشجيع الأبحاث المستقبلية لاستكشاف تقنيات تعليمية متنوعة ونماذج تعليمية لتعزيز التفاعل والتنمية المعرفية بين الطلاب.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الحاجة الملحة للتحول التعليمي لتزويد الأجيال القادمة بالمهارات الأساسية للقرن الحادي والعشرين، مثل التفكير النقدي، والتعاون، والوعي التكنولوجي. هذه الكفاءات ضرورية للطلاب للتنقل في بيئة معلوماتية تزداد تعقيدًا ولتطوير مهارات التفكير العليا كما هو موضح في تصنيف بلوم. على الرغم من الأهمية المعترف بها للتفكير النقدي، تشير الورقة إلى تحدٍ كبير: المستويات المنخفضة من مهارات التفكير النقدي بين الطلاب، والتي تفاقمت بسبب أساليب التقييم الحالية التي تقيم بشكل أساسي القدرات المعرفية ذات المستوى الأدنى.
لمعالجة هذه الفجوة، يقترح المؤلفون دمج التكنولوجيا، تحديدًا من خلال استخدام الكتب الإلكترونية التفاعلية، كوسيلة لتعزيز تجارب التعلم وتعزيز التفكير النقدي. يُعتقد أن الكتب الإلكترونية، الغنية بالعناصر متعددة الوسائط والمتوافقة مع نهج STEM (العلوم، التكنولوجيا، الهندسة، الرياضيات)، تخلق بيئات تعلم جذابة تعزز الملاحظة والتحليل والاستكشاف. تهدف الدراسة إلى تقييم فعالية كتاب إلكتروني مدمج مع STEM مصمم للديناميكا الحرارية، والذي يتضمن محاكاة مختبر افتراضي لتسهيل فهم الطلاب للمفاهيم المعقدة وتحسين مهارات التفكير النقدي لديهم. تؤكد الأبحاث على إمكانيات الأدوات التعليمية المبتكرة لتحويل التعلم وإعداد الطلاب بشكل أفضل لمتطلبات القرن الحادي والعشرين.
نقاش
تسلط قسم النقاش في الورقة البحثية الضوء على تطوير وتنفيذ كتاب إلكتروني في الديناميكا الحرارية مصمم بنهج STEM، والذي يدمج محاكاة مختبر افتراضي لتعزيز مهارات التفكير النقدي لدى الطلاب. يتميز الكتاب الإلكتروني، الذي تم إنشاؤه باستخدام Canva وتم تعديله في Microsoft Word، بتنسيق تفاعلي يجذب المتعلمين من خلال تأثير التدوير ودروس الفيديو المدمجة. يهدف هذا التصميم المبتكر إلى تحفيز الطلاب وتسهيل فهمهم لمفاهيم الديناميكا الحرارية، لا سيما العلاقات بين الضغط ($P$)، ودرجة الحرارة ($T$)، والحجم ($V$). استخدمت الدراسة تصميمًا شبه تجريبي مع منهجية اختبار قبلي واختبار بعدي لمجموعة واحدة تضم 72 طالبًا في الصف الحادي عشر، لتقييم فعالية الكتاب الإلكتروني مقارنة بأساليب التعلم التقليدية.
أشارت النتائج إلى تحسن كبير في مهارات التفكير النقدي بين الطلاب الذين يستخدمون الكتاب الإلكتروني، مع درجة N-gain تبلغ 0.720 تصنف على أنها عالية، مقارنة بزيادة متوسطة قدرها 0.699 في المجموعة الضابطة. تدعم النتائج الفكرة القائلة بأن الكتب الإلكترونية التفاعلية والمختبرات الافتراضية يمكن أن تعزز تجارب التعلم وقدرات التفكير النقدي. ومع ذلك، تعترف الدراسة أيضًا بالقيود، مثل الحاجة إلى الوصول المستقر إلى الإنترنت والافتقار المحتمل للتفاعل الحسي في البيئات الافتراضية. يقترح المؤلفون أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستكشف تقنيات تعليمية متنوعة لتعزيز التفاعل والتنمية المعرفية لدى الطلاب.
DOI: https://doi.org/10.31349/revmexfise.23.010205
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Lilik Kurniawan et al.
Primary Topic: STEM Education
Overview
This study investigates the effectiveness of a Thermodynamics E-Book integrated with a virtual lab using a STEM approach to enhance students’ critical thinking skills. Employing a quasi-experimental design with a one-group pre-test post-test framework, the research involved an experimental class utilizing the E-Book and a control class receiving traditional instruction. The findings indicate a significant improvement in critical thinking skills in the experimental group, evidenced by a high N-gain score of 0.720 compared to 0.699 in the control group. Statistical analysis confirmed that the pre-test and post-test results were normally distributed and homogeneous, with a significance level exceeding 0.05.
The conclusion emphasizes that the Thermodynamics E-Book, complemented by virtual laboratory simulations, significantly enhances students’ critical thinking abilities, aligning with the demands of 21st-century education. While the study highlights the positive impact of this innovative educational resource, it also identifies limitations such as the necessity for stable internet connectivity, the restricted sensory experience of virtual labs, and the need for teacher proficiency in utilizing the E-Book effectively. Future research is encouraged to explore diverse educational technologies and learning models to further enhance interactivity and cognitive development among students.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the pressing need for educational transformation to equip future generations with essential 21st-century skills, such as critical thinking, collaboration, and technological awareness. These competencies are crucial for students to navigate an increasingly complex information landscape and to develop higher-order thinking skills as outlined in Bloom’s taxonomy. Despite the recognized importance of critical thinking, the paper notes a significant challenge: the low levels of critical thinking skills among students, exacerbated by existing assessment methods that primarily evaluate lower-level cognitive abilities.
To address this gap, the authors propose the integration of technology, specifically through the use of interactive E-Books, as a means to enhance learning experiences and foster critical thinking. E-Books, enriched with multimedia elements and aligned with the STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) approach, are posited to create engaging learning environments that promote observation, analysis, and exploration. The study aims to evaluate the effectiveness of a STEM-integrated E-Book designed for thermodynamics, which incorporates virtual laboratory simulations to facilitate students’ understanding of complex concepts and improve their critical thinking skills. The research underscores the potential of innovative educational tools to transform learning and better prepare students for the demands of the 21st century.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the development and implementation of a Thermodynamics E-Book designed with a STEM approach, which integrates a Virtual Laboratory Simulation to enhance students’ critical thinking skills. The E-Book, created using Canva and modified in Microsoft Word, features an interactive format that engages learners through a flipping effect and embedded video tutorials. This innovative design aims to motivate students and facilitate their understanding of thermodynamic concepts, particularly the relationships among pressure ($P$), temperature ($T$), and volume ($V$). The study employed a quasi-experimental design with a one-group pretest-posttest methodology involving 72 grade XI students, assessing the effectiveness of the E-Book compared to conventional learning methods.
Results indicated a significant improvement in critical thinking skills among students using the E-Book, with an N-gain score of 0.720 categorized as high, compared to a medium increase of 0.699 in the control group. The findings support the notion that interactive E-Books and virtual laboratories can enhance learning experiences and critical thinking capabilities. However, the study also acknowledges limitations, such as the necessity for stable internet access and the potential lack of sensory engagement in virtual environments. The authors suggest that future research should explore diverse educational technologies to further enhance interactivity and cognitive development in students.