The Impact of a Web-Based Virtual Lab on the Development of Students' Conceptual Understanding and Science Process Skills

• Main Author: El-Sabagh, Hassan A.
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Fakultät Erziehungwissenschaften
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2011
• Subjects: Virtual Lab; Web-basiertes Lernen; 3D-Animationen; Simulationen; wissenschaftliche Bildung; E-Learning; Wissenschaft Prozess Fähigkeiten im Primarbereich; web-based learning; 3D animations; simulation; science education; E-learning; science process skills; primary education.; ddc:370; rvk:DP 1960
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-64897; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-64897; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/6489/Dissertation_Hassan_28_01_2011.pdf

Over the last few years, the use of the web and simulation technologies in school education has become widespread. The purpose of this study was to compare the impact of a web-based Virtual Lab (WVL) environment with that of traditional educational experience in relation to conceptual understanding and science process skills in natural science for fourth grade primary school students. Using an instructional design model, the author developed a WVL; the design consisted of 3D animations and interactive experimental activities. The research instruments for the study were also developed; two online pre/post tests on conceptual understanding and science process skills were used to collect data. The sample used in the study consisted of 70 students from two primary language schools in Mansoura city, Dakahlyia Governorate, Egypt. The sample was divided into an experimental group and a control group. The author used an experimental design wherein the experimental group was exposed to the WVL, while the control group studied in a traditional setting and performed related activities. The pre-test results indicated that the entry-level for conceptual understanding in science and science process skills of both groups of students were equal, which guaranteed the reliability of the research. The findings of the post-test highlighted the following points: (a) Students in the experimental group had significantly higher mean scores in conceptual understanding especially in two of cognitive levels. (b) The experimental group performed better in science process skills, especially in five of these skills. (c) There was no significant difference in the performance of boys and girls within the experimental group for science process skills. (d) The estimation of the effect sizes (indication of the level of difference between the post-test scores of the experimental and control group) revealed that, the effect size was large for two skills, medium for three skills, and small for only one skill. In conclusions, the WVL provided considerable support for fourth grade students and helped them to improve their conceptual understanding in science and science process skills. These results go beyond previous research results, which did not focus on very young learners. The use of WVL contributed considerably in elevating learning outcomes; the results provided an empirical evidence of the advantages of web-based learning (WBL) for education policy makers. === In den letzten Jahren hat sich die Verwendung der Web-und Simulations-Technologien in der Schulbildung weit verbreitet. Der Zweck dieser Studie ist es, die Auswirkungen einer web-basierten Virtual Lab (WVL) Umgebung mit der traditionellen Lehr-Erfahrung in Bezug auf das konzeptuelle Verständnis und wissenschaftliche Prozessfähigkeiten in den Naturwissenschaften der vierten Klasse der Grundschulstudenten zu vergleichen. Mit einem didaktischen Design-Modell entwickelt der Autor ein WVL, gestaltet 3D Animationen und interaktive experimentelle Aktivitäten. Die Forschungsinstrumente für die Untersuchungen wurden auch entwickelt, zwei Online-Pre/Post-Tests zum konzeptionellen Verständnis und wissenschaftlichen Prozessfähigkeiten wurden verwendet um Daten zu sammeln. Die Uuntersuchungs besteht aus 70 Studenten aus zwei primären Sprachschulen in Mansoura Stadt, Dakahlyia Governorate, Ägypten. Diese wurden in eine experimentelle Gruppe und eine Kontrollgruppe aufgeteilt. Der Autor verwendet ein experimentelles Untersuchungsdesign, wobei bei der experimentellen Gruppe die WVL eingesetzt wurde, während die Kontrollgruppe in einem traditionellen Rahmen studierte. Die Pre-Test Ergebnisse zeigten, dass des Anfangsstadium des konzeptuelles Verständnisses von Wissenschaft und wissenschaftlichen Prozessfähigkeiten beider Gruppen von Studenten gleich sind. Die Ergebnisse nach dem WVL-Einsatz haben folgende Punkte hervorgehoben: (A) Studierende in der experimentellen Gruppe haben signifikant höhere Mittelwerte im konzeptionellen Verständnis vor allem in zwei der kognitiven Ebenen erreicht. (B) Die experimentelle Gruppe hat in den wissenschaftlichen Prozessfähigkeiten besser abgeschnitten, vor allem in fünf von diesen Fähigkeiten. (C) Es gab keinen signifikanten Unterschiede in den wissenschaftlichen Prozessfähigkeiten von Männern und Frauen innerhalb der experimentellen Gruppe. (D) Die Abschätzung der Wirkung des WVL-Einsatzes durch die Höhe der Differenz zwischen dem Pre- und Post-Test-Noten hat ergeben, dass die Wirkung für drei der Fähigkeiten mittelmäßig ist, für zwei Fähigkeiten sehr groß und nur für eine Fähigkeit klein ist. Die Schlussfolgerung ist, dass die WVL beträchtliche Unterstützung gewährt und hilft den Studenten der Klasse vier, ihr Verständnis für die Begriffe der Wissenschaft und der Prozessfähigkeiten zu entwickeln. Dieses Ergebnis geht weit über die bekannten Veröffentlichungen auf diesem Gebiet hinaus. Die Ergebnisse dieser Studie vertiefen das Verständnis über Lernergebnisse des Virtual Lab und sind eine Evidenz für die Vorteile von Web-Basiertem Lernens (WBL) mit Relevanz für politische Entscheidungsträger, auf diesen Ausbildungsgebiet.