DOI: https://doi.org/10.26877/lpt.v5i1.220
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: Rifa Anjiana وآخرون
الموضوع الرئيسي: تعليم العلوم وطرق التدريس
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في مهارات التفكير العلمي لدى طلاب المدارس الثانوية فيما يتعلق بمفاهيم الحرارة ودرجة الحرارة، مع تسليط الضوء على أهمية تحليل السبب والنتيجة والتفكير القائم على الأدلة في تعليم الفيزياء. باستخدام طريقة وصفية كمية، شملت الدراسة 36 طالبًا من الصف الثاني عشر من مدرسة ثانوية عامة في تاسيكمالايا، حيث تم استخدام اختبار متعدد الخيارات من مستويين استنادًا إلى ستة مؤشرات للتفكير العلمي وفقًا لـ لوسون: التفكير في الحفاظ، التفكير النسبي، التحكم في المتغيرات، التفكير الاحتمالي، التفكير الارتباطي، والتفكير الافتراضي الاستنتاجي. تكشف النتائج أن مهارات التفكير العلمي لدى الطلاب في مستوى معتدل، مع متوسط درجة 51.85. ومن الجدير بالذكر أن الطلاب تفوقوا في التحكم في المتغيرات لكنهم واجهوا صعوبة في التفكير الارتباطي والتفكير الافتراضي الاستنتاجي، مما يشير إلى تفضيلهم للتفكير الملموس على التفكير المجرد.
تخلص الدراسة إلى أن التعليم الحالي في الفيزياء لا يعزز بشكل كافٍ مهارات التفكير العلمي العليا، خاصة في السياقات المجردة. توصي بنموذج حل المشكلات الإبداعي كنهج تربوي لتعزيز التفكير النقدي والإبداعي والقائم على الأدلة في الفيزياء. تؤكد الدراسة على ضرورة وجود استراتيجيات تعليمية تشرك الطلاب بنشاط في تحليل البيانات، ومقارنة المتغيرات، وصياغة الفرضيات، وتبرير الأدلة، خاصة فيما يتعلق بالمواضيع المعقدة مثل الحرارة ودرجة الحرارة. تم الالتزام بالاعتبارات الأخلاقية طوال الدراسة، مما يضمن سرية المشاركين والامتثال لمعايير البحث التعليمي.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على الدور الحاسم لمهارات التفكير العلمي في تعليم القرن الحادي والعشرين، خاصة في سياق تعلم الفيزياء. يُعرف التفكير العلمي بأنه القدرة على دمج المفاهيم، وتحليل العلاقات السببية، وصياغة استنتاجات قائمة على الأدلة، وهو أمر ضروري للتعلم العميق، الذي يعطي الأولوية للفهم المفهومي والتطبيقات في العالم الحقيقي. يبرز المنهج الوطني الإندونيسي أهمية هذه المهارات، خاصة في ضوء الأداء المنخفض للطلاب الإندونيسيين في برنامج تقييم الطلاب الدوليين (PISA)، حيث تظل الدرجات في الرياضيات والقراءة والعلوم دون المتوسط. وهذا يبرز الحاجة الملحة لتعزيز مهارات التفكير العلمي، التي تشكل أساسًا لتعزيز الثقافة العلمية وكفاءات حل المشكلات.
تحدد الورقة الحرارة ودرجة الحرارة كمواضيع صعبة تتطلب تفكيرًا علميًا متقدمًا بسبب طبيعتها المجردة وإمكانية وجود مفاهيم خاطئة. وتجادل بأن التعليم الفعال في هذه المجالات يجب أن يتجاوز الحفظ الآلي وإجراءات الحساب، بل يعزز فهمًا أعمق للمفاهيم الحرارية من خلال التفكير المنهجي. تهدف الدراسة إلى رسم خريطة لمهارات التفكير العلمي لدى طلاب المدارس الثانوية المتعلقة بالحرارة ودرجة الحرارة، مما يوفر رؤى حول ملفاتهم الفكرية ويُعلم تطوير استراتيجيات تعليمية أكثر فعالية في الفيزياء. من خلال التركيز على هذه المفاهيم المحددة، تسعى الدراسة إلى المساهمة في فهم أوسع لكيفية تفاعل الطلاب مع مواضيع الفيزياء المعقدة وتعزيز الممارسات التعليمية في سياقات متنوعة.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة أن مهارات التفكير العلمي لدى الطلاب فيما يتعلق بالحرارة ودرجة الحرارة غير متطورة، حيث تظل في الغالب إجرائية بدلاً من مفاهيمية على الرغم من التعليم الرسمي. يُعزى هذا القيد إلى منهج الفيزياء الذي يركز على تحقيق أهداف المنهج وحل المشكلات العددية القياسية، مما يبرز الأساليب الصياغية على التعلم الاستقصائي والتأملي. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يلجأ الطلاب إلى الإجراءات المحفوظة بدلاً من الانخراط في التفكير العلمي، خاصة عندما يواجهون مفاهيم مجردة مثل انتقال الحرارة والتوازن الحراري، والتي تتطلب استنتاجًا منطقيًا ودمج عدة متغيرات.
تتوافق الدراسة مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن الطلاب في المدارس الثانوية الإندونيسية غالبًا ما يواجهون صعوبة في تطبيق التفكير العلمي في الفيزياء. ومع ذلك، تبرز أيضًا أن أساليب التعليم تؤثر بشكل كبير على قدرات التفكير لدى الطلاب. لقد أظهرت البيئات التي تستخدم التعليم القائم على الاستقصاء، أو التعليم القائم على المشكلات، أو التعليم الموجه نحو التفكير أنها تعزز مهارات التفكير العلمي بشكل أقوى. لذلك، تؤكد الدراسة على ضرورة التحول التربوي من التعليم القائم على الصيغ إلى التعلم القائم على التفكير، خاصة للمواضيع المعقدة مثل الحرارة ودرجة الحرارة، من أجل تعزيز إمكانات الطلاب في التفكير العلمي بشكل أفضل.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لمهارات التفكير العلمي في تعليم الفيزياء، خاصة في فهم المفاهيم المعقدة مثل الحرارة ودرجة الحرارة. يؤكد أن الطلاب في إندونيسيا يظهرون مستويات منخفضة إلى متوسطة من التفكير العلمي، ويواجهون صعوبة في التفكير المجرد وتطبيق التفكير الافتراضي الاستنتاجي. يُعزى هذا القيد إلى الاعتماد على الحفظ الآلي وحل المشكلات الإجرائية في تعليم الفيزياء، مما يعيق الانخراط الأعمق مع المفاهيم العلمية. تشير النتائج إلى أن الطلاب غالبًا ما يختارون الإجابات الصحيحة ولكنهم يفشلون في تقديم تبريرات علمية صحيحة، مما يدل على فهم سطحي للمادة.
يدعو المؤلفون إلى إصلاحات تعليمية تعطي الأولوية للتعلم القائم على الاستقصاء واستكشاف المشكلات لتعزيز قدرات التفكير العلمي لدى الطلاب. يقترحون نموذج حل المشكلات الإبداعي (CPS) كإطار واعد لتعزيز مهارات التفكير العليا. تعتبر نتائج الدراسة أداة تشخيصية للمعلمين لتحديد نقاط الضعف المحددة في ملفات التفكير لدى الطلاب، مما يوجه تصاميم التعليم المستقبلية التي تهدف إلى تحسين التفكير العلمي في تعليم الفيزياء. يدعو المؤلفون إلى مزيد من البحث لاستكشاف فعالية نماذج تعليمية مختلفة في تعزيز مهارات التفكير لدى الطلاب عبر مواضيع الفيزياء المختلفة.
القيود
تقدم الدراسة رؤى قيمة حول مهارات التفكير العلمي بين الطلاب؛ ومع ذلك، يجب الاعتراف بعدة قيود. أولاً، تم إجراء البحث على عينة صغيرة في مدرسة ثانوية عامة واحدة، مما يحد من إمكانية تعميم النتائج على مجموعات طلابية أوسع وسياقات تعليمية متنوعة. تعتبر هذه القيود نموذجية في البحث التعليمي وقد تؤثر على الصلاحية الخارجية للنتائج (Jogdand & Naqvi, 2023).
بالإضافة إلى ذلك، كان تركيز الدراسة على البعد المعرفي للتفكير العلمي فقط، متجاهلاً العوامل العاطفية والدافعية والميول التي تلعب أيضًا دورًا كبيرًا في أداء الطلاب في التفكير (García-Carmona, 2025). يؤدي هذا التركيز الضيق إلى فهم غير مكتمل لملفات التفكير العلمي لدى الطلاب. علاوة على ذلك، فإن عدم النظر في المتغيرات الديموغرافية والخلفية، مثل الجنس، والتحصيل الأكاديمي السابق، وتجارب التعلم، يحد من تحليل كيفية تأثير هذه الاختلافات الفردية على أنماط التفكير الملحوظة (Schlatter, 2020).
DOI: https://doi.org/10.26877/lpt.v5i1.220
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): Rifa Anjiana et al.
Primary Topic: Science Education and Pedagogy
Overview
This study investigates the scientific reasoning skills of high school students regarding the concepts of temperature and heat, highlighting the importance of cause-effect analysis and evidence-based reasoning in physics education. Utilizing a quantitative descriptive method, the research involved 36 twelfth-grade students from a public high school in Tasikmalaya, employing a two-tier multiple-choice test based on Lawson’s six indicators of scientific reasoning: conservation reasoning, proportional reasoning, control of variables, probability reasoning, correlation reasoning, and hypothetical-deductive reasoning. The findings reveal that students’ scientific reasoning skills are at a moderate level, with an average score of 51.85. Notably, students excelled in control of variables but struggled with correlation and hypothetical-deductive reasoning, indicating a preference for concrete reasoning over abstract reasoning.
The study concludes that current physics instruction inadequately fosters higher-order scientific reasoning skills, particularly in abstract contexts. It recommends the Creative Problem-Solving model as a pedagogical approach to enhance critical, creative, and evidence-based thinking in physics. The research emphasizes the necessity for instructional strategies that actively engage students in data analysis, variable comparison, hypothesis formulation, and evidence-based justification, particularly concerning complex topics like temperature and heat. Ethical considerations were upheld throughout the study, ensuring participant anonymity and compliance with educational research standards.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the critical role of scientific reasoning skills in 21st-century education, particularly within the context of physics learning. Defined as the ability to integrate concepts, analyze causal relationships, and formulate evidence-based conclusions, scientific reasoning is essential for deep learning, which prioritizes conceptual understanding and real-world applications. The Indonesian national curriculum underscores the importance of these skills, especially in light of the low performance of Indonesian students in the Programme for International Student Assessment (PISA), where scores in mathematics, reading, and science remain below average. This highlights a pressing need to enhance scientific reasoning skills, which are foundational for fostering scientific literacy and problem-solving competencies.
The paper identifies temperature and heat as particularly challenging topics that require advanced scientific reasoning due to their abstract nature and the potential for misconceptions. It argues that effective instruction in these areas must go beyond rote memorization and computational procedures, instead fostering a deeper understanding of thermal concepts through systematic reasoning. The study aims to map senior high school students’ scientific reasoning skills related to temperature and heat, providing insights into their reasoning profiles and informing the development of more effective physics instructional strategies. By focusing on these specific concepts, the research seeks to contribute to a broader understanding of how students engage with complex physics topics and to enhance educational practices in diverse settings.
Results
The findings of this study reveal that students’ scientific reasoning skills regarding temperature and heat are underdeveloped, remaining predominantly procedural rather than conceptual despite formal instruction. This limitation is attributed to a physics curriculum focused on achieving syllabus targets and solving standard numerical problems, which emphasizes formulaic approaches over investigative and reflective learning. Consequently, students often resort to memorized procedures instead of engaging in scientific reasoning, particularly when confronted with abstract concepts like heat transfer and thermal equilibrium, which require logical inference and the integration of multiple variables.
The study aligns with previous research indicating that students in Indonesian secondary schools frequently struggle with applying scientific reasoning in physics. However, it also highlights that instructional methods significantly influence students’ reasoning abilities. Environments that employ inquiry-based, problem-based, or reasoning-oriented instruction have been shown to foster stronger scientific reasoning skills. Therefore, the study underscores the necessity for a pedagogical shift from formula-centered teaching to reasoning-centered learning, especially for complex topics such as temperature and heat, to better cultivate students’ potential for scientific reasoning.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical role of scientific reasoning skills in physics education, particularly in understanding complex concepts such as temperature and heat. It emphasizes that students in Indonesia exhibit low to moderate levels of scientific reasoning, struggling with abstract reasoning and the application of hypothetical-deductive reasoning. This limitation is attributed to a reliance on rote memorization and procedural problem-solving in physics instruction, which hinders deeper engagement with scientific concepts. The findings suggest that students often select correct answers but fail to provide valid scientific justifications, indicating a superficial understanding of the material.
The authors advocate for instructional reforms that prioritize inquiry-based learning and problem exploration to enhance students’ scientific reasoning abilities. They propose the Creative Problem Solving (CPS) model as a promising framework for fostering higher-order thinking skills. The study’s results serve as a diagnostic tool for educators to identify specific weaknesses in students’ reasoning profiles, guiding future instructional designs aimed at improving scientific reasoning in physics education. The authors call for further research to explore the effectiveness of various instructional models in enhancing students’ reasoning skills across different physics topics.
Limitations
The study presents valuable insights into scientific reasoning skills among students; however, several limitations must be acknowledged. Firstly, the research was conducted with a small sample size at a single public senior high school, which restricts the generalizability of the findings to broader student populations and diverse educational contexts. Such limitations are typical in educational research and may compromise the external validity of the results (Jogdand & Naqvi, 2023).
Additionally, the study’s focus was solely on the cognitive dimension of scientific reasoning, neglecting affective, motivational, and dispositional factors that also play a significant role in students’ reasoning performance (García-Carmona, 2025). This narrow focus results in an incomplete understanding of students’ scientific reasoning profiles. Furthermore, the lack of consideration for demographic and background variables, such as gender, prior academic achievement, and learning experiences, limits the analysis of how these individual differences may have influenced the observed reasoning patterns (Schlatter, 2020).