Maričić, M., & Lavicza, Z. (2024). Enhancing student engagement through emerging technology integration in STEAM learning environments. Education and Information Technologies, 29(17), 23361-23389.
מבוא
טכנולוגיות מתפתחות נחשבות לאחד האמצעים המבטיחים ביותר לשינוי מערכות החינוך ולעידוד מעורבות תלמידים בתוכן של תחומים מדעיים שונים. עם זאת, תפקידן של טכנולוגיות אלו בחינוך STEAM (מדע, טכנולוגיה, הנדסה, אמנות ומתמטיקה) אינו מובן דיו, בשל מחסור במסגרות תיאורטיות איכותיות, בידע מעשי ובעדויות אמפיריות. בפרט, מעט מאוד ידוע על הפוטנציאל של שילוב סימולציות וירטואליות (VS) בסביבות למידת STEAM.
מחקרים קיימים שעסקו בתרומת הסימולציות הוירטואליות התמקדו בעיקר במשתנים כגון הישגים לימודיים, חקר מדעי, מיומנויות חשיבה, עניין וגישות להצלחה מקצועית במסלולי STEM, אך לא בחנו את מעורבות התלמידים ישירות. מחקרים שכן עסקו בנושא הבחינו במעורבות כבנין עקיף, ללא הגדרה של שיטת מדידה מתאימה. מצב זה מצביע על שני פערי מחקר עיקריים: הראשון הוא מחסור במחקרים על הפוטנציאל של טכנולוגיות ספציפיות כמו סימולציות וירטואליות בחינוך STEAM, והשני הוא היעדר מחקרים שבהם נמדדה מעורבות התלמידים ישירות בעזרת כלי מדידה מתאים.
שילוב טכנולוגיות מתפתחות בסביבת STEAM
טכנולוגיות מתפתחות מוגדרות ככלים ותוכנות בעלי פוטנציאל לשנות מהותית את מצב החינוך הנוכחי. בין הטכנולוגיות הנחשבות "מתפתחות" בחינוך נמנות: בינה מלאכותית, מציאות מדומה ומציאות רבודה, סימולציות וירטואליות, משחקים חינוכיים, רובוטיקה, האינטרנט של הדברים ורחפנים. שילוב טכנולוגיות אלו בפעילויות STEAM נחשב לאחד הדרכים המעניינות ביותר ללמידה. מטא-אנליזה מקיפה שסקרה 43 מחקרים איכותניים מצאה כי שילוב טכנולוגיות מתפתחות ב-STEAM מפתח מיומנויות של המאה ה-21 כגון יצירתיות, עמידות ופתרון בעיות, ומקדם מעורבות ולמידה שיתופית. עם זאת, המחקרים עדיין מוגבלים ביכולתם לספק תובנות מלאות כיצד טכנולוגיות אלו משפיעות על הלמידה.
סימולציות וירטואליות בסביבת STEAM
סימולציות וירטואליות הן ייצוגים ממוחשבים של תופעות ותהליכים מדעיים, המאפשרים לתלמידים לחקור בסביבה אינטראקטיבית וירטואלית. הן מציעות אפשרות לצפות בתהליכים מדעיים הנסתרים מהעין הרגילה, לדמיין מושגים מופשטים כמו אלקטרונים ומולקולות ולפשט מציאויות מורכבות. בעת עבודה עם סימולציות, התלמידים עוברים שני תהליכים: תהליך של טרנספורמציה ותהליך של ויסות. תהליכים אלו מאפשרים לסימולציות למלא תפקיד פעיל בתמיכה בחקר ובמתן הזדמנויות לדוגמנות בסביבת STEAM. מחקרי עבר הראו שסימולציות יכולות לחזק למידת STEM מבחינת הישגי תלמידים, חקר מדעי ותוצאות שאינן קוגניטיביות, אך נדרש מחקר נוסף להבנת מלוא תרומתן.
תיאוריית מעורבות תלמידים
מעורבות סטודנטים כמושג פותחה על ידי Astin (1984), שהגדיר מעורבות כמידת האנרגיה הפיזית והנפשית שתלמידים מקדישים לחוויה האקדמית. לאחר מכן הורחבה הגדרה זו ומעורבות הוגדרה כמצב של מוכנות רגשית, חברתית ואינטלקטואלית ללמידה, המאופיין בסקרנות, השתתפות ורצון ללמוד עוד. Fredricks ועמיתיו (2004) זיהו שלושה סוגי מעורבות: רגשית, התנהגותית וקוגניטיבית, ואילו Reeve ו-Tseng (2011) תיארו סוג רביעי: מעורבות אגנטית (יוזמת). מעורבות אגנטית כוללת ניסיונות מכוונים ויזומים להתאים אישית ולהעשיר את תוכן הלמידה ותנאיה. בתוך חינוך STEAM, נמצא שמעורבות תלמידים קובעת במידה רבה את כל שאר תוצאות ההוראה והלמידה.
מתודולוגיה
המחקר יישם עיצוב קרוסאובר (crossover), שבו כל התלמידים עברו את שתי תנאי הלמידה (STA ו-SA) אך בסדר שונה. עיצוב מדידה לפני-אחרי-מושהה אפשר לבחון את תרומת הסימולציות ואת השפעת סדר שילובן. 84 תלמידי כיתה ג' (גילאי 9-10) מוקצו אקראית לאחת מארבע קבוצות: C1 (STA+STA), C2 (SA+SA), E1 (STA+SA) ו-E2 (SA+STA). ההתערבות עסקה בנושא המגנטיות ושילבה מדע ואמנות. בתנאי STA (מדע-טכנולוגיה-אמנות) שולבו סימולציות וירטואליות מסדרת JavaLab, ואילו בתנאי SA (מדע-אמנות) הוצגו אותן פעילויות ללא שימוש בטכנולוגיה. למדידת המעורבות שימש עיבוד של סולם EBCA של Reeve ו-Tseng (2011), שהותאם לגיל הראשוני ובדק ארבעה ממדים: מעורבות רגשית, התנהגותית, קוגניטיבית ואגנטית.
תוצאות
תוקף הסולם: ניתוח גורמים מאשר (CFA) הראה שמודל ארבעת הגורמים של סולם EBCA מתאים היטב לכלל המדגם בכל שלושת מועדי המדידה. ערכי תוקף המתכנס, מהימנות הרכיב ותוקף ההבחנה נמצאו טובים, וערכי אלפא של קרונבך עלו על 0.70 לכל הרכיבים.
תרומת הסימולציות: ניתוח ANOVA למדידות חוזרות הראה שינוי מובהק ברמת המעורבות הנתפסת לאורך שלושת נקודות הזמן בכל סוגי המעורבות. ההבדלים הגדולים ביותר נמצאו במעורבות האגנטית, ולאחריה הרגשית, ההתנהגותית והקוגניטיבית. כלומר, ככל שתלמידים השתתפו יותר בפעילויות STEAM, כך עלתה מעורבותם הנתפסת. ניתוח ANCOVA מצא הבדל מובהק בין הקבוצות במיוחד במעורבות ההתנהגותית, לטובת קבוצת STA הקבועה לעומת קבוצת SA.
השפעת סדר השילוב: ניתוח t בלתי תלוי הראה שתלמידים שלמדו עם סימולציות בשיעור הראשון (E1) הציגו תוצאות טובות יותר בהשוואה לתלמידים שנחשפו לסימולציות בשיעור השני (E2), אם כי ההבדל היה קרוב לסף המובהקות הסטטיסטית.
דיון ומסקנות
הממצאים מראים שסולם EBCA המותאם תקף ומהימן לשימוש עם תלמידי בית ספר יסודי. בניגוד למחקרים קודמים שהראו שמורים בחינוך הצעיר מפעילים בעיקר מעורבות התנהגותית, פעילויות STEAM הפעילו את כל ארבעת סוגי המעורבות בפרופורציות מאוזנות יחסית.
שילוב הסימולציות תרם בעיקר לפיתוח ערכים של קשב, ריכוז ושקיעות בלמידה, שהם ביטויים של מעורבות התנהגותית. זאת מפני שהסימולציות אפשרו לתלמידים להמחיש מושגים מופשטים שאינם נגישים לעין הרגילה. שילוב סימולציות בשיעור הראשון הכין את התלמידים להמשיך ללמוד ביעילות, ותרם לפיתוח מעורבות אגנטית והתנהגותית גבוהה יותר.
מבחינת מגבלות, המדגם קטן יחסית ומגיע מאירופה המזרחית בלבד, ולכן נדרש לאמת את הממצאים על אוכלוסיות מגוונות יותר. בנוסף, רצוי לחקור את הנושא בטווח זמן ארוך יותר, לשלב טכנולוגיות מתפתחות נוספות, ולבחון את הקשר בין סוגי המעורבות לבין הישגים ומוטיבציה. פרשנות תיאורטית של הממצאים במסגרת תיאוריית עומס הקוגניטיבי ומודל קבלת הטכנולוגיה (TAM) מומלצת כחלק ממחקרים עתידיים.