Design, development and validation of inquiry-based science education with a technology approach in education

Document Type : Original research

Authors

1 Department of Educational Sciences, Farhangian University, P.O. Box 14665-889Tehran, Iran

2 Department of Biology Education, Farhangian University, P.O. Box 14665-889Tehran, Iran

3 Department of basic science, Farhangian University, P.O. Box 14665-889Tehran, Iran

Abstract

Background and Objectives: The change in teaching and learning approaches to science through inquiry-based methods and the application of technology can improve student motivation. Therefore, the aim of this study was to identify the components of science education using the inquiry-based method with a technology-oriented approach in education. Methods: Qualitative research method was conducted based on grounded theory, using snowball sampling. Data reached theoretical saturation after 18 interviews with Farhangian University professors. Data were collected using semi-structured interviews and analyzed using the thematic analysis method of Depoy and Gitlin. The quantitative research method was descriptive using survey study; the researcher created a questionnaire as a research tool, and the statistical population consisted of primary school teachers (N=113), selected via simple random sampling. Findings: Qualitative data were analyzed through interviews during the open, central, and selective coding, revealing 13 elements across 4 dimensions (logical thinking, lifelong independent learning, technology-based approaches, development of content, and pedagogical knowledge) and 9 components (development of skills, promotion of scientific thinking, gradual acquisition of knowledge, acquisition of a wide range of abilities, development of virtual laboratory infrastructures, development and equipping of real laboratories, role of professors in reflective teacher training, foundation for learning new teaching methods, and architecture of teacher training curriculum). Quantitative data analysis utilized structural equation modeling and one-sample t-tests. Conclusion: The construct validity and reliability were confirmed through factor loadings, Cronbach’s alpha, composite reliability, and convergent validity, and overall model fit via the GOF criteria. Therefore, the adoption of this model is recommended to improve the quality of education and learning in teaching science.

Keywords


آقازاده، محرم (1384). راهنمای روش‏­های نوین تدریس. تهران: انتشارات آییژ.
احمدی، احمد (1399). رویکرد درسی علوم­ تجربی. رشد آموزش فیزیک، 36(2)، 8-11.
احمدی، غلامعلی؛ امینی­زرین، علی­رضا؛ مهدری­زاده تهرانی، آیدین (1395). بازنگری انواع دانش معلمی (دیدگاه لی شولمن) از منظر نظریه خبرگی (دیدگاه الیوت آیزنر) و ارتباط آن با فنّاوری آموزشی نمونه­ای از یک پژوهش توصیفی - تحلیلی. نوآوری‌های آموزشی، 15(4)، 7-28.
ادیب­نیا، اسد (1389). روش‏­ها و فنون تدریس علوم­ تجربی (در  مدارس ابتدایی). شوشتر: انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر.
باقری، مهدی؛ حقانی، فریبا؛ محمدی­کیا، سید احمد (1398). استفاده از روش تدریس کاوشگری در آموزش علوم­پزشکی. مجله ایرانی آموزش در علوم­پزشکی، 19(17)، 157-165.
بختیار نصرآبادی، حسنعلی؛ نوروزی، رضا علی (1384). بررسی میزان تحقق اهداق شناختی درس علوم با روش­های تدریس سنتی و کاوشگری. فصلنامه تعلیم و تربیت، 84، 87-107.
جعفری­ثانی، حسین؛ پاک­مهر، حمیده؛ عقیلی، علی­رضا (1390). اثربخشی الگوی تدریس کاوشگری بر باورهای خودکارآمدی دانش آموزان در حل مسائل درس فیزیک. روانشناسی تربیتی، 22(7)، 1-20.
جعفری­ثانی، حسین؛ حسینی، مجتبی؛ سادات­هاشمی، فروزان؛ لطفی، ملیحه (1393). بررسی تاثیر روش تدریس کاوشگری علمی بر رشد دانش فراشناختی دانش­آموزان در درس علوم­ تجربی، راهبردهای شناختی در یادگیری، 1(2)، 31-48.
جویس، بروس؛ ویل، مارشا؛ کالهون، امیلی (1386). الگوهای تدریس، ترجمه: محمدرضا بهرنگی، تهران: انتشارات کمال تربیت. 57-82.
حسینی، نیره؛ خادمی، محسن (1394). چارچوب برنامه درسی مبتنی بر توسعه سواد اطلاعاتی در دوره ابتدایی. پژوهشنامه تربیتی، 10(42)، 75-98.
خورسندی طاسکوه، علی؛ جامه­بزرگ، زهرا؛ عسکری، امیر (1402). روند تکنولوژی­های نوین در یادگیری و آموزش: با تأکید بر چالش­ها و سیاست­های مورد نیاز در عصر پساکرونا. فناوری­های آموزشی در یادگیری، 6(19)، 106-128.
رجبیان ده­زیره، مریم؛ مقامی، حمیدرضا؛ اسماعیلی گوجار، صلاح؛ شریفاتی، سکینه (1395). تأثیر واقعیت افزوده آموزشی بر یادگیری مادام­العمر و عملکرد یادگیری در دانش آموزان، فناوری آموزش و یادگیری، 3(9)، 63-91.
رمضانی، عباس؛ شریفی، معصومه؛ نصر، صبا؛ مقدمی، پریسا (1403). توسعۀ دانش حرفه­ای معلمان: ادغام محتوا و آموزش در تربیت معلمان. فصلنامه نوآوری­های آموزشی، 9(23)، 57-82.
سراجی، فرهاد (1391). محیط­های یادگیری مجازی، امکانی برای کمک به بهبود فرهنگ یادگیری. راهبرد فرهنگ، 17(18)، 27-49.
شفیعی سروستانی، مریم؛ میرغفاری، فاطمه؛ کشتکار، فاطمه (1403). طراحی چارچوب سیاست‌گذاری برنامه درسی مبتنی بر فناوری در نظام آموزش عالی: رویکرد فراترکیب. مطالعات برنامه درسی آموزش عالی، 15(30)، 43-67.
شیخ­زاده، مصطفی؛ مهرمحمدی، محمود (1383). نرم­افزار آموزش ریاضی ابتدایی بر اساس رویکرد سازنده­گرایی و سنجش میزان اثربخشی آن. فصلنامۀ نوآوری­های آموزشی. 8(3)، 32-46.
صدرالاشرافی، مسعود؛ ذاکری، علیرضا؛ احمدی، غلامعلی (1390). مهارت­های کاوشگری در آموزش علوم، تهران: انتشارات دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی.
صفوی، امان­اله (1378). کلیات روش­ها و فنون تدریس، تهران: انتشارات معاصر.
عابدینی، رحمان (1391). آموزش روش تدریس و مهارت­های کاوشگری به معلمان علوم­ تجربی و بررسی کارآیی آن بر یادگیری و مهارت دانش­آموزان سال سوم راهنمایی. دانشگاه شهید رجایی، دانشکده علوم پایه، پایان­نامه کارشناسی ارشد.
عسکری، فرزانه؛ دهقانی، مرضیه (1401). شناسایی عوامل تأثیرگذار بر روش تدریس معکوس در نظام آموزش عالی براساس رویکرد فراترکیب. پژوهش­های برنامة درسی، 12(2)، 1-27.
گشمردی، نوشین (1401). آموزش و یادگیری علوم­ تجربی برای قرن بیست و یکم.  اولین کنفرانس ملی تازه­های روانشاسی تکاملی و تربیتی، بندرعباس: دانشگاه هرمزگان.
گلشن­آبادی به­آباد، آسیه (1393). بررسی کارآمدی مدارس هوشمند در تقویت توانمندی کاوشگری از دیدگاه معلمان و مدیران مقطع ابتدایی شهرستان کاشمر. دانشگاه تربیت معلم تهران، دانشکده علوم تربیتی و روانشناسی، پایان نامه کارشناسی ارشد.
مجاهد، مریم؛ حسنی، محبوبه؛ قاسمی، زینب (1392). رویکردی نوین در روش تدریس شیمی(ساخت­گرایی). هشتمین سمینار آموزش شیمی ایران، دانشکده شیمی دانشگاه سمنان.
لیاقت­دار، محمدجواد؛ کاویانی، حسن (1397). بازنمایی تجارب دانشجویان از یادگیری فعال در کلاس معکوس: پژوهشی پدیدارشناسانه. فصلنامه فناوری اطلاعات و ارتباطات در علوم تربیتی، 8(32)، 111-138.
محمدی­مهر، مژگان؛ خوشدل، علی­رضا (1392). بررسی وضعیت عناصر برنامۀ درسی دورۀ پزشکی عمومی دانشگاه علوم­پزشکی ارتش با رویکرد یادگیری مادام­العمر. مجله علمی پژوهشی د‌انشگاه علوم­پزشکی ارتش جمهوری اسلامی ایران، 11(4)، 273-281.
ملکی آوارسین، صادق؛ مصطفی­پور، روزیتا (1394). بررسی تأثیر روش تدریس کاوشگری بر میزان پیشرفت تحصیلی درس علوم تجربی دانش‌آموزان پسر پایه پنجم ابتدایی. آموزش و ارزشیابی، 8(29)، 43-59.
مؤمنی مهمویی، حسین؛ کرمی، مرتضی (1386). کاربست رویکرد ساخت و سازگرایی در آموزش و پرورش، پژوهش­های تربیتی، 11(86)، 132-154.
مؤمنی مهمویی، حسین؛ کرمی، مرتضی؛ سید شریفی کاخکی، مریم­سادات (1393). تأثیر الگوی کاوشگری بر تفکر انتقادی و نگرش دانش­آموزان نسبت به کتاب درسی علوم تجربی در دوره ابتدایی. پژوهش در برنامه­ریزی درسی، 11(2).
یارمحمدی واصل، مسیب؛ نوشادی، بهناز؛ مقامی، حمیدرضا؛ بهرامی، آرش (1395). مطالعه تأثیر آموزش روش کاوشگری بر تفکر انتقادی در درس علوم تجربی. ابتکار و خلاقیت در علوم انسانی، 6(2)، 159-174.
Al-Husaeni, D. F., Munir, M. (2023). Literature review and bibliometric mapping analysis: Philosophy of science and technology education. Indonesian Journal of Multidiciplinary Research, 3(2), 219-234.
Al-Malah, D. K. A. R., Majeed, B. H.,  ALRikabi, H. T. S. (2023). Enhancement the educational technology by using 5G networks. International Journal of Emerging Technologies in Learning (Online), 18(1), 137.
Alwaely, S. A., El-Zeiny, M. E., Alqudah, H., Alamarnih, E. F. M., Salman, O. K. I., Halim, M.,  Khasawneh, M. A. S. (2023). The impact of teacher evaluation on professional development and student achievement. Revista de Gestão Social e Ambiental, 17(7), e03484–e03484.
Anderson, R. D. (2002). Reforming Science Teaching: What Research says about Inquiry. Journal of Science Teacher Education, 13(1), 1-12.
Baker, W. P.,  Leyva, K. (2003). What Variables Affect Solubility? Scince Actvities, 40(1), 23-26.
Barstow, D. (2001). Blueprint for change: Report from the national conference on the revolution in earth and space science education. Cambridge, MA: TERC.
Becker, S., Kleinb, P., Gößlingc, A.,  Kuhna, J. (2020). Using mobile devices to enhance inquiry-based learning processes. Learning and Instruction, 69(101350), 1-14.
Bazelais, P. (2022). Investigating the Impact of Blended Learning on Academic Performance in Higher Education. McGill University (Canada).
Byrd, D. R.,  Alexander, M. (2020). Investigating special education teachers’ knowledge and skills: Preparing general teacher preparation for professional development. Journal of Pedagogical Research, 4(2), 72–82.
Capobianco, B. M. (2007). A Self-Study of the Role of Technology in Promoting Reflection and Inquiry-Based Science Teaching. Journal of Science Teacher Education, 18, 271–295.
Cavendish, W., Barrenechea, I., Young, A. F., Díaz, E.,  Avalos, M. (2021). Urban teachers’ perspectives of strengths and needs: The promise of teacher responsive professional development. The Urban Review, 53(318)–333.
Çimer, A. (2012). What makes biology learning difficult and effective : Students’ views. Educational research and reviews,  7(3), 61–71.
Collins, T., Gaved, M., Mulholland, P., Kerawalla, C., Twiner, A., Scanlon, E., Jones, A., Littleton, K., Conole, C.,  Tosunoglu, C. (2008). Supporting location-based inquiry learning across school, field and home contexts. Ironbridge Gorge, Shropshire, UK.
Duran. M.,  Dökme. L. (2016). The effect of the inquiry-based learning approach on student’s critical-thinking skills. Eurasia Journal of Mathematics, Science  Technology Education, 12(12), 2887-2908.
Edelson., D. C. (1999). Addressing the Challenges of Inquiry-Based Learning Through Technology and Curriculum Design. Addressing the Challenges of Inquiry-Based Learning Through Technology and Curriculum Design, 8(384), 391-450.
Feldman, A., Konold, C.,  Coulter, B. (2000). Network science, a decade later – the Internet and classroom learning. Mahwah, New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates, Publishers.
Gao, Y,. (2021). A survey study on the application of modern educational technology in English major college teaching in the age of 5G communication. Theory and Practice in Language Studies, 11(2), 202-209.
Georgiou, Y., Tsivitanidou, O.,  Ioannou, A. (2021). Learning experience design with immersive virtual reality in physics education. Educational Technology Research and Development, 69(6), 3051–3080.
Grangeat, M. (2016). Dimensions and modalities of inquiry-based teaching: Understanding the variety of practices. Education Inquiry, 7(4), 29863.
Guba, E.G. and Lincoln, Y.S. (1994) Competing paradigms in qualitative research. In: Denzin, N.K. and Lincoln, Y.S., Eds., Handbook of Qualitative Research, Sage Publications, Inc., Thousand Oaks,105-117.
Hair, J. F., Ringle, C. M.,  Sarstedt, M. (2013). Partial least squares structural equation modeling: Rigorous applications, better results and higher acceptance. Long Range Planning: International Journal of Strategic Management, 46(1-2), 1-12.
Harris, J.,  Hofer, M. J. (2023). Technology integration and constructivism: A review of research. Educational Technology Research and Development, 71(4), 703-725.
Hidayat, F. A., Isnawati, I.,  Ramadany, L. D. (2024). Profile of Science Practicum Course, Logical Thinking Ability, and Systems Thinking for Prospective Science Teacher Students in Sorong Regency. Equator Science Journal, 2(2), 39-48.
Hofstein, A., Navon, O., Kipnis, m., Mamlok-Naaman., M. (2005). Developing Students’ Ability to Ask More and Better Questions Resulting from Inquiry-Type Chemistry Laboratories. Journal of Research in Science Teaching, 42(7), 791-806.
Hsiao, H.S., Chen, J., Hong, J.C., Chen, P.H., Lu, C.C.,  Chen, S. Y. (2017). A Five-Stage Prediction-Observation-Explanation Inquiry-Based Learning Model to Improve Students’ Learning Performance in Science Courses. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 13(7), 25-36.
Kamalpour M, Free m, Ashkani N, Ismailzadeh Z. (2017). Evaluation of media and information literacy of students of paramedical, nursing and midwifery faculties of Hormozgan University of Medical Sciences. Journal of Modern Medical Information, 6(1): 43-37.
Khosh Akhlagh, H.,  Eslami, M. (2022). Presenting a model to strengthen the academic motivation of elementary school students with emphasis on educational technologies (interpretive modeling approach). Technology of Education Journal (TEJ), 16(4), 681–694
Kubicek, J. P. (2005). Inquirybased learning, the nature of science, and computer technology: New possibilities in science education. Canadian Journal of Learning and Technology, 31(1), 1-13.
Linn, M.C., Songer, N. B.,  Eylon, B. S. (1996). Shifts and convergences in science learning and instruction. In Handbook of educational psychology (438–490). Riverside, NJ: Macmillan
Llewellyn, D. (2002). Inquire Within, implementing inquiry based science standards, Corwin Press, Thousand Oaks, CA.
Macharia, M., Okoth, U.,  Mugambi, M. (2023). Teachers’ appraisal of classroom physical environment on students’ academic performance in Kenya certificate of secondary education in Laikipia county. The Journal of Quality in Education, 13(22), 96–112.
Martin, A. A. (2023). Exploring the impact of teacher quality on student academic achievement in primary schools. American Journal of Social Sciences and Humanities, 8(1), 35–45.
Matos, M. T.,  Zannin, M. (2021). Educational Robotics: Building and Applying an App-controlled Car to Study Newton’s Laws. Open Education Studies, 3(1), 49–55.
Nurdiana, R., Nur Effendi, M., Ningsih, Kp., Ichsan Abda, M.,  Aslan, A. (2023). Collaborative partnerships for digital education to improve students' Learning achievement at the institute of Islamic religion of Sultan Muhammad Sayyafuddin Sambas, Indonesia. International Journal of Teaching and Learning,1(1), 1-15.
Oguta, P. A.,  Getange, K. N. (2019). Influence of Teacher Professional Development on Learner Academic Achievement in Migori County, Kenya. IOSR Journal Of Humanities And Social Science, 24(4), 61-66.
Parmin, S., Ashadi, S.,  Fibriana, F. (2017). Performance assessment of practicum work: Measuring the science student teachers’ logical thinking abilities. Man in India, 97(13), 141–152.
Pedaste, M., Mitt, G.,  Jürivete, T. (2020). What is the effect of using mobile augmented reality in K12 inquiry-based learning?, Education Sciences, 10 (4), 94.
Pekdağ, B., Dolu, G., Ürek, H.,  Azizoğlu, N. (2021). Exploring on-campus and in real school classroom microteaching practices: The effect on the professional development of preservice teachers. International Journal of Science and Mathematics Education, 19, 1145–1166.
Prayudi, R. A., Hakiki, A. K., Putra, N. R. D., Anzka, T. O.,  Ihsan, M. T. (2021). The use of technology in english teaching  learning process, Jurnal Riset Dan Inovasi Pembelajaran, 1(2), 102-111.
Rahmati, J., Izadpanah, S., Shahnavaz, A. (2021). A meta-analysis on educational technology in English language teaching. Language Testing in Asia, 11(7), 54-69.
 Riyanti, H., Suciati, S.,  Karyanto, P. (2018). Enhancing Students’ Logical-Think-ing Ability in Natural Science Learning with Generative Learning Model. Biosainti-fika: Journal of Biology  Biology Education, 10(3), 648-654.
Rocard, M., Csermely, P., Jorde, D., Lenzen, D., Walberg-Henriksson, H.,  Hemmo, V. (2007). Science Now: Education, A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. Directorate-General for Research Science, Economy and Society, EUR 22845, http://ec.europa.eu/research/rtdinfo/index_en.html.
Sari, S.,  Ariefka, R. (2023). The Effect of Problem Based-Learning Based on Science Edutainment on Students’ Logical Thinking. EDUCARE: Journal of Primary Education, 4(1), 47-54.
Scripp, L.,  Paradis, L. (2014). Embracing the burden of proof: New strategies for determining predictive links between arts integration teacher professional development, student arts learning, and student academic achievement outcomes. Journal for Learning through the Arts, 10(1), 63-75.
Sezen, N.,  Bülbül, A. (2011). A scale on logical thinking abilities. Procedia - Social and Behav­ioral Sciences, 15, 2476–2480.
Shafina, D., Lengkana, D., Jalmo, T.,  Maulina, D. (2022). the Effectiveness of Creative Problem Solving on Logical Thinking Ability and Mastery of Concepts. Jurnal Pena Sains, 7(1), 40-45.
Shamsudin, N. M., Abdullah. N.,  Yaamat, N. (2013). Strategies of Teaching Science Using an Inquiry Based Science Education (IBSE) by Novice Chemistry Teachers. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 583-592.
Siminto,  Ruslan Afendi, HA., Achmad Widodo, SF. (2024). The Transforming of madrasah through the use of education technology. International Journal of Teaching and Learning, 2(5), 1338-1348.
Sultanova, O. R.,  Sadullayev, S. S. (2024). Application of Modern Technologies in education of students. Science and innovation, 3(82), 431-433.
Schunk, D. H. (2012). Learning theories an educational perspective sixth edition. Pearson.
Tatarinceva, A. M., Sokolova, N. L., Mrachenko, E. A., Sergeeva, M. G.,  Samokhin, I. S. (2018). Factors determining individual success in Life-long learning. Revista Espacios, 39(2).
Tuschling, A.,  Engemann, C. (2006). From Education to Lifelong Learning: The emerging regime of learning in the European Union. Educational Philosophy and Theory, 38(4),  451-469.
Zaini, M., Barnoto, B.,  Ashari, A. (2023). Improving Teacher Performance and Education Quality through Madrasah Principal Leadership. Kharisma: Jurnal Administrasi Dan Manajemen Pendidikan, 2(2), 79-90.
Van Uum, S.J., Verhoeff, R.P.,  Peeters, M. (2017). Inquiry-based science education: scaffolding pupils’self-directed learning in open inquiry. International Journal of Science Education, 1-21.
Wali, Y. S., Abulifthi, F. A.,  Mustapha, M. A. (2019). Impact of classroom environment on studentsperformance in English language. Environment, 10(17), 49-52.
Wang, F., Kinzie, M., McGuire, P.,  Pan., E. (2010). Applying technology to inquiry-based learning in early childhood education. Early Childhood Education Journal, 37 (5);381-389.
Wetzels, M., Odekerken-Schröder, G.,  Van Oppen, C. (2009). Using PLS path modeling for assessing hierarchical construct models: Guidelines and empirical illustration. MIS quarterly, 177-195.
Wijayanto, P. W., Thamrin, H. M., Haetami, A., Mustoip, S.,  Oktiawati, U. Y. (2023). The Potential of Metaverse Technology in Education as a Transformation of Learning Media in Indonesia. Jurnal Kependidikan: Jurnal Hasil Penelitian dan Kajian Kepustakaan di Bidang Pendidikan, Pengajaran dan Pembelajaran, 9(2), 396-407.
Williams, P. J., Nguyen, N.,  Mangan, J. (2017). Using technology to support science inquiry learning. Journal of Technology and Science Education, 7(1), 26-57.
Windschitl, M., (2002). Framing Constructivism in Practice as the Negotiation of Dilemmas: An Analysis of the Conceptual, Pedagogical, Cultural, and Political Challenges Facing Teachers. Review of Educational Research, 72(2), 131–175.