Development of visualizations and the phenomenon-based learning method: Experience of integration in teaching physics

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents the results obtained at the intersection of three research tasks: the development of visualizations for teaching physics in schools; the implementation of the Phenomenon-Based Learning (PhBL) method under various educational systems; and the construction of a creative educational environment for the training of future physics teachers. The relatively coincidental convergence of the authors’ research interests ensures the originality of the results obtained. The relevance of visual semiotics for solving these tasks is defined not so much by the development of the visualizations themselves, but by one of the PhBL key principles —contextuality—and by constructivism as its conceptual foundation, which opens the way for the application of “semiotic diagnostics” to assess the limits of the PhBL method itself. The article details the circumstances and tools involved in developing three visualizations: (1) light refraction; (2) the interaction of forces; and (3) the solar system model. The effectiveness of the visualizations is assessed in correspondence with the PhBL method and the students’ understanding of physical phenomena, such as light refraction, object motion, Newton’s laws, and planetary movements. This integration has allowed for an expanded context in students’ understanding of physical phenomena by combining the idealizations inherent in physics, the abstractions of the corresponding mathematical tools, and the interpretation of everyday situations. The study was conducted in four schools, where a total of 96 tenth-grade students participated in tasks based on visual representations of physical phenomena. The effectiveness of these methods was assessed through an organized observation of the students’ learning activities. The results of the study showed that 85% of the students reported a significant improvement in their understanding of complex physical phenomena due to the developed visualizations. The study is limited by the relatively small sample size and its focus on schools within a specific region, adhering to a particular educational system. Nevertheless, the findings from this pilot study indicate the effectiveness of the integration of visualizations and the PhBL method. The significance of the results lies in demonstrating the potential of visual semiotics for integrating teaching methods.

About the authors

Bayan Saparbekovna Ualikhanova

South Kazakhstan Pedagogical University named after Ozbekili Zhanibekov

Email: bayano_87@mail.ru
Shymkent, Kazakhstan

Ali Coruh

University of Sakarya

Email: coruh@sakarya.edu.tr
Serdivan, Turkey

Mikhail Aleksandrovich Chervonnyy

Tomsk State Pedagogical University

Email: mach@tspu.ru
Tomsk, Russian Federation

References

  1. Байсултанова и др. 2024 – Байсултанова К. Ш., Горбулева М. С., Мелик-Гайказян И. В., Первушина Н. А. Мысленный эксперимент для конструирования семиотического оптимума в аудитории (на примере занятия на тему «Этика» в курсе «Философия») // ΠΡΑΞΗMΑ. Проблемы визуальной семиотики. 2024. № 3. С. 37–57. doi: 10.23951/2312-7899-2024-3-37-57
  2. Горбулева, Мелик-Гайказян, Первушина 2024 – Горбулева М. С., Мелик-Гайказян И. В., Первушина Н. А. Конструирование семиотического оптимума в студенческом конспекте (на примере открытой лекции Этика» в курсе «Философия») // ΠΡΑΞΗMΑ. Проблемы визуальной семиотики. 2024. № 2. С. 120–144.doi: 10.23951/2312-7899-2024-2-120-144
  3. Дружинин 2024 – Дружинин А. С. Язык в эпистемологии радикального конструктивизма // Языки и культуры в эпоху глобализации: особенности функционирования, перспективы развития и взаимодействия. М.: РУДН, 2024. С. 106–111.
  4. Жакпаев 2023 – Жакпаев К. Современная физика для учеников средней школы // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 4. С. 76–78. doi: 10.18411/trnio-07-2023-24
  5. Инишев 2020 – Инишев И. Спекулятивный медиум: материальное измерение интерпретативного опыта в герменевтической философии Гадамера // Horizon. 2020. № 9 (1). С. 44–68. doi: 10.21638/2226-5260-2020-9-1-44-68
  6. Lotman 1990 –Lotman, Yu. M. (1990). Universe of the mind: A semiotic theory of culture (The Second World). ‎Indiana University Press, 1990.
  7. Мелик-Гайказян 2014 – Мелик-Гайказян И. В. Семиотика образования или «ключи» и «отмычки» к моделированию образовательных систем // Идеи и идеалы. 2014. Т. 6, № 4 (22). С. 14–27.
  8. Мелик-Гайказян 2022 – Мелик-Гайказян И. В. Семиотическая диагностика расщепления траекторий мечты о прошлом и мечты о будущем // Электронный научно-образовательный журнал «История». 2022. Т. 13, вып. 4 (114). doi: 10.18254/S207987840021199-7. URL: https://history.jes.su/s207987840021199-7-1
  9. Монастырский, Джужук 2020 – Монастырский Л. М., Джужук И. И. Условия формирования естественнонаучных смыслов в рамках обучения по программам среднего профессионального образования (на примере курса физики) // Современные проблемы науки и образования. 2020. № 2. С. 2–8.
  10. Паршина 2021 – Паршина М. М. Интеграция общеобразовательной и профессиональной подготовки на примере феномено-ориентированного обучения // Вестник Московского университета. Сер. 20. Педагогическое образование. 2021. № 2. С. 115–122.
  11. Себаева 2021 – Себаева З. Современные инновационные технологии преподавания курса физики в области образования // Вестник вузов Кыргыстана. 2021. № 2. С. 125–139.
  12. Чалмерс 2013 – Чалмерс Д. Сознающий ум: в поисках фундаментальной теории. М.: УРСС: Либроком, 2013.
  13. Barthes 1964 – Barthes R. Rhetorique de l'image // Communications. 1964. Vol. 4. Р. 40–51.
  14. Chervonnyy 2022 – Chervonnyy M. A. Semiotic potential of teacher education // Education & Pedagogy Journal. 2022. № 1. P. 13–22.
  15. Grusche 2019 – Grusche S. Phenomenon-based learning and model-based teaching: Do they match? // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1287, № 1. Art. 012066.
  16. Eco 1976 – Eco U. Peirce's notion of interpretant // MLN. 1976. Vol. 91, № 6. P. 1457–1472.
  17. Kress, Van Leeuwen 2020 – Kress G., Van Leeuwen T. Reading images: The grammar of visual design. Routledge, 2020. 123 р.
  18. Mayer et al. 2009 – Mayer F. St., McPherson F. C., Bruehlman-Senecal E., Dolliver K. Why is nature beneficial? The role of connectedness to nature // Environment and Behavior. 2009. Vol. 41, № 5. Р. 607–643.
  19. Milinskij 2024 – Milinskij A. The importance of the ability to transform formulas in the study of physics // Bulletin of Pedagogical Sciences. 2024. № 5 (3). Р. 78–84.
  20. Piaget 1952 – Piaget J. The origins of intelligence in children // International University. 1952. Vol. 8. Р. 59–64.
  21. Russell, Kozma2005 – Russell J., Kozma R. Assessing learning from the use of multimedia chemical visualiztion software // Visualization in Science Education. Dordrecht: Springer Netherlands, 2005. Р. 299–332.
  22. Saurov 2021 – Saurov Y. Questions of the content, methods and techniques of forming a physical worldview // Physics in School. 2021. Vol. 14 (8). Р. 196–215.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».