طرح یادگیری با رویکرد stem با روش برون‌یابی در فیزیک محاسباتی: پژوهشی بر پایه نظریه تابعی چگالی

این مقاله با هدف آشنایی دانش‌آموزان دبیرستانی با مفهوم برون‌یابی در فیزیک، به بررسی خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر سزیم و فرانسیم از طریق تحلیل داده‌های پنج عنصر اول گروه یک می‌پردازد. این طرح به مباحث مربوط به آشنایی با عناصر سنگین در فیزیک دوازدهم و شیمی دهم مربوط می­شود. با استفاده از رویکرد آموزش مبتنی بر پژوهش (ibse) و چارچوب stem، دانش‌آموزان در قالب فعالیت‌های گروهی و تحلیل نمودارهای روند، ویژگی‌های شیمیایی چون مقادیر هومو ، لومو و اختلاف انرژی آنها، الکترونگاتیوی، سختی‌شیمیایی، میل‌الکترونی و پتانسیل یونش و همچنین ویژگی‌های فیزیکی همانند چگالی و نقطه ذوب و جوش را بررسی کرده و با روش برون‌یابی، مقادیر تخمینی برای سزیم و فرانسیم را استخراج می‌کنند. در این تحقیق از سه نرم افزار گوسین برای محاسبات، گوس ویو برای مدل سازی گرافیکی و اکسل برای برون یابی داده­ها استفاده شده­است. در این پژوهش با بدست آوردن ویژگی الکترونی عناصر فلزات قلیایی تا دوره­ی پنجم، ویژگی­های عناصر کمیاب سزیم و فرانسیم را پیش بینی می­کنیم. نتایج نشان می‌دهد که این روش آموزشی، ضمن افزایش درک مفاهیم علمی، موجب ارتقاء تفکر تحلیلی و علاقه‌مندی دانش‌آموزان به علوم پایه می‌شود.

learning plan with stem approach with the extrapolation method in computational physics: research based on density functional theory

this study aims to introduce high school students to the concept of extrapolation in physics by investigating the chemical and physical properties of cesium and francium through the analysis of data from the first five alkali metals. the design is aligned with topics on heavy elements in 12th grade physics and 10th grade chemistry. employing the inquiry-based science education (ibse) approach within the stem framework, students engage in group activities and trend analysis to examine chemical properties such as homo and lumo energies and h-l gap, electronegativity, chemical hardness, electron affinity, and ionization potential, as well as physical properties including density, melting point, and boiling point. using extrapolation methods, estimated values for cesium and francium are derived. three software tools were utilized: gaussian for quantum chemical computations, gaussview for graphical molecular modeling, and excel for data extrapolation. by determining the electronic properties of alkali metals up to the fifth period, the study predicts the characteristics of the rare elements cesium and francium. the results indicate that this educational approach not only enhances the understanding of scientific concepts but also fosters analytical thinking and increases students’ interest in the fundamental sciences.