Learning with computer simulations: A case study on reservoir temperatures in carnot cycles

Abstract

Computer simulations have played a significant role in the development of physics, and in physics education as well. Researchers have addressed whether simulations promote learning, but few studies have investigated how simulations actually participate in learning processes. This study seeks to describe how simulations participate in conceptual learning. A case study is carried out using videotaped interviews with three groups of undergraduate students as they address a problem-solving task on thermodynamics (Carnot cycles). Students use a specifically developed simulation for support. The analysis is based on Coordination Class Theory (CCT). Results indicate that students not only use the simulation to think; it is actually a part of what they think. Students were found to engage in three different interaction dynamics with the simulation. Attuned with CCT, these were coded as either Extractive/Inferential/Articulative interactions. In each case, the substance of how these interactions input conceptual learning is described. Implications for future research and for teaching are given.

As simulações computacionais desempenharam um papel significativo no desenvolvimento da física e também na educação em física. Pesquisadores têm se perguntado se as simulações promovem a aprendizagem, mas poucos estudos investigaram como as simulações realmente participam dos processos de aprendizagem. Este estudo busca descrever como as simulações participam da aprendizagem conceitual. Foi realizado um estudo de caso utilizando entrevistas gravadas em vídeo com três grupos de estudantes de graduação enquanto eles resolvem uma tarefa sobre termodinâmica (ciclos de Carnot). Os estudantes utilizam uma simulação especificamente desenvolvida para dar suporte à tarefa. A análise é baseada na Teoria das Classes de Coordenação (TCC). Os resultados indicam que os estudantes não apenas utilizam a simulação para pensar; ela é, na verdade, parte do que eles pensam. Foi observado que os estudantes se engajam em três dinâmicas diferentes de interação com a simulação. De acordo com a TCC, essas interações foram codificadas como interações Extrativa/Inferencial/Articulada. Em cada caso, descreve-se como a substância dessas interações contribui para a aprendizagem conceitual. São apresentadas implicações para futuras pesquisas e para o ensino.