طراحی واحد یادگیری با رویکرد stem: از چگالی الکترونی تا ویژگی‌های تاکسیکولوژیکال

آموزش مفاهیم بنیادین مکانیک کوانتوم همواره با چالشِ انتزاعی بودن و فقدان پیوند ملموس با کاربردهای جهان واقعی روبرو بوده است. این پژوهش با هدف غلبه بر این چالش، با به کارگیری رویکرد یکپارچه‌ساز استم (علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات)، به طراحی و اجرای یک فعالیت آموزشی تجربی-محاسباتی پرداخته است. در این فعالیت، روشی را معرفی می کنیم که دانش‌آموزان با استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی گوسین و گوس‌ویو، به بررسی ارتباط بین پارامترهای الکترونی میکروسکوپی مولکول‌های گازی (همچون اوربیتال‌های مرزی هومو و لومو، انرژی یونش، الکترون‌خواهی و الکتروندوستی) و خاصیت ماکروسکوپی سمیت آن‌ها بپردازند. بر پایه تحلیل داده‌های کوانتومی استخراج‌شده، ما موفق به ارائه و آزمون یک شاخص ترکیبی جدید برای پیش‌بینی سمیت به شکل (شاخص سمیت ≈ ea × ip × ω) شدیم. این طرح آموزشی نه تنها درک شهودی دانش‌آموزان از شیمی کوانتومی را به‌طور معناداری تقویت کرده، بلکه مهارت‌های ضروری سده بیست‌ویکم از جمله تفکر نقادانه، مدل‌سازی ریاضی و نوآوری را در آنان پرورش داده است. این مطالعه گامی موثر در راستای تحول در آموزش فیزیک و همسو با اهداف سند تحول بنیادین آموزش و پرورش محسوب می‌شود.

designing a learning unit with a stem approach: from electron density to­taxological characteristics

teaching the fundamental concepts of quantum mechanics has always faced the challenge of abstraction and lack of tangible connection with real-world applications. this research aims to overcome this challenge, by applying the integrative approach of stem (science, technology, engineering, and mathematics), designing and implementing an experimental-computational educational activity. in this activity, we introduce a method that using gaussin and gus-wave simulation software, the students investigated the relationship between the microscopic electron parameters of gas molecules (such as homo and lomo boundary orbitals, ionization energy, electron seeking, and electrodescent) and their macroscopic toxicity. based on the analysis of the extracted quantum data, we were able to present and test a a new composite index for predicting toxicity is in the form of an ea ≈ toxicity index × ip × ω). this educational program has not only significantly enhanced students intuitive understanding of quantum chemistry, but has also developed essential 21st-century skills, including critical thinking, mathematical modeling, and innovation. this study is an effective step in the direction of transformation in physics education and in line with the goals of the fundamental transformation document of education.