طراحی یک فعالیت پژوهش محور برای بهبود درک مفهومی میدان مغناطیسی در آموزش فیزیک

میدان مغناطیسی از مفاهیمی است که فراگیران درک درستی از ساختار فضایی، برداری بودن و تغییرات شدت آن با فاصله ندارند. پژوهش حاضر با هدف طراحی و اجرای یک فعالیت پژوهش‌محور برای ارتقای درک مفهومی فراگیران انجام شد. روش تحقیق از نوع طراحی آموزشی کیفی با مطالعه میدانی بوده و داده‌ها از طریق مشاهده مستقیم، تحلیل پاسخ‌های نوشتاری، ترسیم نمودارها و تحلیل محتوای کیفی جمع‌آوری شد. نمونه شامل 12 دانشجو از درس فیزیک عمومی بود. نتایج نشان می‌دهد فعالیت پژوهش‌محور باعث بهبود چشمگیر در فهم ساختار خطوط میدان، تحلیل جهت برداری، درک رابطه شدت–فاصله و فهم تولید میدان توسط جریان الکتریکی شده است. تحلیل کیفی با استفاده از کدگذاری باز، محوری و انتخابی انجام شد و سه مضمون اصلی استخراج گردید: «درک ساختار فضایی میدان»، «یکپارچه‌سازی الکتریسیته–مغناطیس»، «توانایی مدل‌سازی و تحلیل داده». یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از فعالیت‌های مبتنی بر پژوهش، همراه با ابزارهای ساده، به شکل معناداری بر فهم مفاهیم انتزاعی فیزیک اثرگذار است.

design and analysis of an inquiry-based activity to enhance conceptual understanding of magnetic fields in physics education

magnetic fields are among the most abstract and conceptually challenging topics in introductory physics. many learners struggle to understand the spatial structure of magnetic field lines, the vector nature of the field, and the relationship between field strength and distance from the source. this study aims to design and analyze an inquiry-based learning activity intended to improve conceptual understanding of magnetic fields using simple, accessible laboratory tools. the activity consists of five investigative stages, including observation of field-line patterns using iron filings, determination of field direction with a compass, examination of field strength as a function of distance, exploration of magnetic fields generated by electric currents, and analysis of power-law relationships based on sample data. the research follows an educational design approach, employing qualitative data collected through observations, learner responses, and drawn representations. findings indicate that the inquiry-based activity effectively supports the transition from naïve models to scientifically accurate mental representations by facilitating cognitive engagement, hands-on exploration, and evidence-based reasoning. the approach enhances students’ ability to visualize magnetic fields, interpret vector directions, and apply quantitative reasoning. overall, this study demonstrates that research-based, student-centered activities can significantly improve conceptual understanding of complex and invisible physical phenomena such as magnetic fields.