منظور از پیشرفت تحصیلی دانش‌آموزان سنجش میزان تسلط دانش آموزان بر محتوای درسی علوم یا آموخته‌های وی در درس علوم می باشد که با بهره گرفتن از آزمون سه ماهه اول و آزمون سه ماهه دوم تحصیلی ۹۴-۹۳ اندازه‌گیری می شود.
سؤال‌های هر دو آزمون بر اساس بخش‌های تدریس شده علوم تجربی پایه سوم ابتدایی تهیه شد. سؤال‌ها توسط محقق تنظیم و توسط معلمین بررسی و نهایی گردید. این آزمون از تمام دانش‌آموزان گروه کنترل و آزمایش در شرایط یکسان گرفته شد. نمره هر آزمون از ۲۰ محاسبه شده‌است. از هر دو گروه کنترل و آزمایش در سه ماهه اول امتحان علوم از دروس تدریس شده گرفته شد. در سه ماهه دوم که برای گروه آزمایش روش حل مسئله و کار گروهی اجرا شده بود و گروه کنترل با همان شیوه قبلی تدریس شده بود، نیز آزمون مجدد از بخش های تدریس شده گرفته شد. میانگین نمرات گروه کنترل و آزمایش در آزمون اول و آزمون دوم با یکدیگر مقایسه گردید.

تفکر انتقادی
آزمون مهارت‌های تفکر انتقادی محقق ساخته که میزان مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان را قبل و بعد از اجرای روش حل مسئله به‌صورت فعالیت گروهی و گروه‌های کوچک سنجیده شد. آزمون اول برای هر دو گروه کنترل و آزمایش بدون دخالت روش تدریس حل مسئله و کارگروهی با شرایط یکسان گرفته شد.آزمون دوم از گروه کنترل و گروه آزمایش ( که به روش حل مسئله تدریس شده بود) تهیه و گرفته شد. نمونه‌ سؤالات براساس سه ویژگی را که بر اساس ویژگی های تفکر انتقادی (مقایسه، تشخیص و قضاوت ) از نظر بیر انتخاب‌شده‌ است، گروه کنترل و آزمایش بر اساس میانگین نمره ای که از اجرای آزمون تفکر انتقادی محقق ساخته در پایان سه‌ماهه اول و دوم سال تحصیلی ۹۴-۹۳ کسب می‌کنند، مقایسه شدند.در مجموع از ۲۱ سؤال که از سوال ۱ تا ۶ مربوط به قدرت تشخیص، از سوال ۷تا ۱۴ مربوط به مقایسه،از سوال ۱۵ تا ۲۱ مربوط به قضاوت
می باشد.(پیوست ۱)
فصل دوم
مطالعه مبانی نظری و پیشینه مربوط به موضوع موردتحقیق
الف- مطالعه مبانی نظری مربوط به موضوع موردتحقیق
۲-۱–مبانی نظری حل مسئله
۲-۱-۱- تعریف مسئله^[۸]
مسئله امری است که حتماً و با رعایت شرایط معینی باید انجام شود و در مورد آن اطلاعات محدودی در اختیار است. مسئله حاوی یک مضمون است، گرچه ممکن است عوامل مربوطی که آن مضمون معین را می‌سازند، به‌هیچ‌وجه مشخص نباشند، فرد در رویارویی با آن، متمایل یا نیازمند به پیدا کردن راه‌حل است. سؤالی که طرح آن در هر موقعیتی مفید است این است که ((چه کسی با مسئله مواجه است؟)) یا ((چه کسی می‌خواهد راه‌حل را پیدا کند؟)). اگر هیچ هدف یا پایان مطلوبی وجود نداشته باشد، مسئله‌ای هم وجود نخواهد داشت. اگر فردی با مسئله‌ای مواجه باشد، این بدان معناست که راز دست‌یابی به یک‌راه حل ازلحاظی بر روی او بسته‌شده است. چنانچه مانع یا موانعی درراه باشند، نمی‌توان از راه مستقیم به هدف رسید. احتمال دارد این مانع خیلی سریع مشخص نشود امّا چیزی در راه وجود دارد و اگر قرار است راه‌حل را پیدا کنیم و به هدف خود برسیم باید تلاشی آگاهانه انجام شود. (فیشر^[۹]،۱۳۸۵: ۱۷۳)
۲-۱-۲-تعریف حل مسئله
این روش بیشترین کنش و واکنش را میان فراگیران، معلم و موضوع درسی فراهم می‌سازد و بنابراین، مثلث پویای یادگیری را شکل می‌دهد. از ویژگی‌های مهم این روش، آن است که یاد دهنده، یادگیرنده، سؤال‌کننده، پوینده، پژوهنده، یابنده، در کل، طرح کننده سؤالی هستند که برندگان جایزه نوبل آن را مطرح کرده‌اند.
روش حل مسئله روشی است که فراگیر را در موقعیتی قرار می‌دهیم که تا از راه پژوهش و کاوش؛ فرضیه‌های خود را به مدد شواهد گردآوری‌شده، بیازماید و از آن‌ها شخصاً نتیجه‌گیری کند؛ و ضمن رسیدن به این هدف، از نحوه دانش‌اندوزی و گردآوری اطلاعات نیز آگاه شود؛ بنابراین وقتی مسئله‌ای به وجود می ­آید که بین مفهوم مطرح‌شده در موقعیت مسئله با طرح‌واره مفهومی یادگیرنده، حالت عدم تعادل ایجاد می‌شود. چنین خلأ یا احساس عدم تعادل فکری، انگیزه‌ای برای حل مسئله و یافتن جواب عدم تعادل فکری، انگیزه‌ای برای حل مسئله و یافتن جواب در انسان می‌شود یا به قول مولوی:
هرکجا مشکل، جواب آنجا رود هرکجا کشتی است، آب آنجا رود
گانیه^[۱۰] (۱۹۷۷) معتقد است که حل مسئله مستلزم ترکیب دانش پیشین به‌صورت نظامی نوین و برتر است و همین امر حل مسئله را ممکن می‌سازد. حل مسئله به سازمان‌دهی مجدد اطلاعات موجود در حافظه، برای رسیدن به هدف خاص و جدید (مسئله حل‌شده) نیاز دارد و اگر مسئله اطلاعات جدید بیشتری را طلب کند، در این صورت فرایند کاوش و پویندگی در آن ضروری خواهد بود. موفقیت در حل مسئله به میزان توانایی ارتباط دانش و معلومات پیشین به مفاهیم مسئله بستگی دارد. طبق نظریه یادگیری شناختی آزوبل، یادگیری معنی‌دار دربرگیرنده ارتباط کارآمد و مؤثر بین دانش جدید و ساخت شناختی موجود است. (آزوبل، نواک، هنیسین، ۱۹۷۸)^[۱۱] سه نوع ارتباط در فرایند یادگیری مؤثرند که عبارت‌اند از:
ارتباط درونی در ساخت شناختی
فعال‌سازی بخشی از ساخت شناختی در یادگیری
ارتباط بیرونی بین ساخت شناختی موجود و محتوای جدید یادگیری
ارتباط نوع اول به چه گونگی ساخت شناختی یعنی قوی یا ضعیف بودن مربوط می‌شود. فعال‌سازی به میزان درستی ساخت شناختی بازیافت شده و درباره موضوع، ارتباط بیرونی به مربوط بودن موضوع جدید به زمینه پیشین وابستگی دارد. در مورد ارتباط دانش موجود به دانش پیشین، دو نوع دانش موردنیاز در حل مسئله به‌عنوان عوامل اثرگذار شناخته‌شده‌اند (گابل و بونس ۱۹۹۴)^[۱۲] یکی دانش خاص است که به‌طور مستقیم به مسئله ارتباط دارد و دیگری دانش غیر خاص است که به مسئله ارتباط دارد. هر دو دانش، به‌عنوان متغیر پیشین (ساخت شناختی) تلقی می‌شوند که در حل مسئله نقش عمده‌ای را ایفا می‌کنند.
در مواردی از بررسی عامیانه و عقل سلیم^[۱۳] چنین برمی‌آید از آن به‌عنوان یک مانع، مشکل، یا موضوع پیچیده یاد می‌شود. درحالی‌که مسئله به‌منزله چالشی است که فرد، به‌طور فعال، بدان می‌پردازد و راه‌حل جدیدی را پیدا می‌کند. تکرار کنیم که مسئله عبارت از هدفی که فرد می‌خواهد به آن برسد، در حال حاضر نمی‌داند که چگونه به آن برسد. ملاحظه می‌شود که روش حل مسئله حالت کلی‌تر از روش پژوهشی است. روش‌های پژوهشی ممکن است دربرگیرنده بسیاری از روش‌های تدریس چون پرسش و پاسخ، مباحثه، روش استقرایی و مکاشفه‌ای باشد. (فتحی آذر، ۱۳۸۲: ۳۰۷ تا ۳۱۱)
همه‌ی ما با مسائل مختلفی مواجه هستیم. نوع مسائلی که به‌طور روزمره با آن‌ها سروکار داریم از این قبیل هستند، پیدا کردن راهی برای پرداختن صورت‌حساب‌ها، فراموش کردن نام فردی که در حال معرفی او به دوستتان هستید، تعیین وقت برای خرید آنچه احتیاج داریم، متوجه پنچری یکی از چرخ‌های ماشین شدن و بررسی طریقه‌ی عوض کردن آن. ما همه میدانیم که مشکلاتی داریم و موقعیت مشکل موقعیتی است پیچیده، اما واقعیت این است که آنچه برای یک نفر مشکل محسوب می‌شود شاید برای فرد دیگری مشکل نباشد. تفکر امری اساسی در حل مسئله محسوب می‌شود. درواقع حل مسئله‌یک نوع تفکر کاربردی است و می‌توان آن را با دو نوع دیگر تفکریعنی تفکر خلاق (واگرا) و تفکر انتقادی (تحلیلی) مقایسه کرد. این سه نوع تفکر رابطه‌ی درونی نزدیکی با یکدیگر دارند. تفکر خلاق و تفکر انتقادی در اصل صورت‌های مختلف تفکر پژوهشی هستند که ممکن است به دو صورت ((پژوهش برای پژوهش))، یا ((پژوهش به‌منظور کاربرد در حل مسئله)) انجام شوند. (فیشر،۱۳۸۵: ۱۷۱)
۲-۱-۳- اهمیت حل مسئله^[۱۴]
بسیاری از مردم حل مسئله را یک نوع راه‌حل خارجی^[۱۵] می‌دانند؛ یعنی مسئله‌ای رخ خواهد داد و شما سراغ مسئله می‌روید و شیوه‌ای برای حل آن می‌یابید و در این صورت مشکل حل خواهد شد. درصورتی‌که چنین چیزی واقعیت ندارد.
بسیاری از مدیران حل مسئله را همانند کار آتش‌نشانی می‌دانند و البته به این دلیل هم موردانتقاد قرار می‌گیرند زیرا این موضوع بدان معناست که آن‌ها نتوانسته‌اند علت واقعی مسئله را مشخص نمایند. ناتوانی در حل‌مسئله سال‌هاست که به‌عنوان علت عدم‌پیشرفت کارکنان تلقی‌ می‌شود.
انسان‌ همواره خود را اشرف مخلوقات و بهتر از سایر موجودات می‌داند. نویسندگان داستان‌های علمی، تخیلی، همواره با ذکر این نکته که موجودات سایر کُرات بهتر از ما هستند، موجب ترس ما می‌گردند. مسلماً یک حلزون نمی‌تواند از بانک‌های اطلاعاتی استفاده کند، یا یک مدار الکترونیکی را طراحی کند. این‌ها برخی از مهارت‌های حل مسئله در انسان می‌باشند، اما اگر در زمینه یافتن غذا در یک مسیر پیچ در پیچ و سه بعدی، این موجودات را بررسی کنید با کمال تعجب متوجه خواهید شد که قدرت هدایت و عملکرد حلزون، همانند انسان است. می‌توان بسیاری از مسائل را به طبقات ساده، تقسیم کرد. توانایی ما انسان‌ها استثنایی نیست، ما نیز همانند حیوانات از یک فن‌آوری یکسان مغز و منبع یکسان اطلاعات حواس استفاده می‌کنیم. ما می‌توانیم با درک برخی شیوه‌های حل مسائل توسط حیوانات، راه‌هایی را برای بهبود عملکرد خودمان بیابیم.
بخش اعظم حل‌مسئله دربرگیرنده درک موقعیت‌های خاص در شرایطی خاص می‌باشد. اغلب، توانایی پرداختن به یک مسئله و حل آن، نیازمند تغییر درروش تفکر و نگریستن به آن مسئله از زاویه شرایطی متفاوت می‌باشد. حل مسئله صرفاً یک خصیصه انسانی نیست. عده بسیاری بر این عقیده‌اند که پستانداران لزوماً دارای چنین خصیصه‌ای می‌باشند. اگرچه توانایی حیوانات در پرداختن به مسائل تفاوت‌های عمده‌ای با انسان‌ها دارد اما این امر بدان معنا نیست که می‌تواند از توانایی حل مسئله به‌عنوان ابزاری برای سنجش میزان هوش استفاده کرد.
استراتژی موردنظر آن است که حل مسائل باید همواره به دنبال یافتن ساده‌ترین راه ‌حل ‌ها باشد و کمترین واکنش‌های پیچیده را در پی داشته باشد. اگر متوجه می‌شویم که افراد به علامتی واکنش نشان نمی‌دهند نباید فرض کنیم که رفتار آن‌ها خصمانه است، بلکه ممکن است آن‌ها چنین علامتی را دریافت نکرده باشند. نمونه‌های بسیاری وجود دارد که راه‌حل پیچیده‌ای پیشنهادشده، درحالی‌که راه‌ حل ‌های به‌مراتب آسان‌تری هم وجود داشته داشته‌اند. (گراهام،۱۳۷۸ :۳و ۵۵ تا ۵۷)
توانایی کودک در به‌کارگیری تفکر برای حل مسئله‌ها، کلید موفقیت در زندگی او خواهد بود. منافع زودرس بسیاری نیز وجود دارد که در گروه این هستند تا کودکان را مسئله گشا تربیت کنیم. فعالیت‌های ناظر به حل مسئله باعث تحریک و توسعه‌ی مهارت‌های مربوط به تفکر و استدلال می‌شود. این فعالیت‌ها دانش کودک درباره ارتباط‌ها و امور واقع را متناسب کرده، آن را کاربردی می‌کنند. کسب نتیجه‌های خوب به پرورش اعتمادبه‌نفس و قابلیت‌های کودک کمک می‌کند و نگرش ((من خودم به‌تنهایی می‌توانم این مسئله را، موردبررسی قرار دهم» را در او به وجود آورد. این فعالیت‌ها فرصت‌هایی را هم برای کودکان ایجاد می‌کنند تا ایده‌های خود را با دیگران در میان بگذارند و همکاری ثمربخش با دیگران، یا به عبارت دیگر رویکرد ((بیا باهم این مسئله را حل کنیم)) را فرا‌گیرند.
فعالیت‌های ناظر به حل مسئله نه‌تنها سطح اطلاعات، مهارت‌ها و نگرش‌ها را بالا می‌برد بلکه فرصت‌هایی را هم برای معلمین یا بزرگ‌سالان فراهم می‌کند تا چه گونگی یادگیری، نحوه‌ی برقراری ارتباط و برخورد کودکان با مشکلات را مورد ملاحظه قرار دهند. برای بررسی این‌که آیا کودک یک فرایند علمی یا مفهوم اصلی یکی از حوزه‌های دانش را درک کرده است، هیچ روشی بهتر از این نیست که ببینیم آیا او می‌تواند از آن آموخته‌ها در حل مسئله استفاده کند یا خیر. از طریق به کار گرفتن مهارت‌ها و دانسته‌ها توسط کودک، یک بازخورد حاصل می‌شود. کار کردن بر روی مسئله‌های عمومی و متعارف می‌تواند راهی باشد برای اینکه سوار بر قایق شده، تجربه‌های مختلف را که چون جزیره‌هایی پراکنده و غیر مرتبط هستند، به هم مرتبط کنیم و از این طریق شبکه تفکر را توسعه دهیم. (فیشر، ۱۳۸۵: ۱۷۱ تا ۱۷۲)
۲-۱-۵- راهبردهای حل مسئله
تعاریف و الگوهای مختلفی از راهبرد حل مسئله ارائه‌شده است. در الگوی حل مسئله فرد نخست از وجود مسئله آگاه می‌شود. این مرحله ازآنچه بدان نسبت داده‌شده بسیار پیچیده‌تر است. تشخیص یک مسئله معنایی بسیار فراتر از جستجوی کلمات اصلی ساده یا حل مسئله ریاضی دارد. مسئله عموماً در موقعیتی نامعین متناقض و متضاد ایجاد می‌شود. مسئله تعیین‌کننده فاصله‌ی وضعیت موجود با موقعیت مطلوب است، هر مسئله باید به‌طور صریح، روشن و دقیق بیان و تعریف شود. بیان روشن مسئله برای تجزیه‌وتحلیل آن امری اساسی است. برای حل مسئله گاه لازم است آن را به اجزاء فرعی قابل‌فهم تجزیه کنیم. حتی فراتر از آن، حل‌کنندگان متخصص باید علل یا دلایل وجود آن مسئله را بررسی کنند. اجرای درست فعالیت‌ها در فرایند حل مسئله به عینی کردن اهداف، معرفی موقعیت، بیان عواملی که ممکن است شرایط را از وضعیت موجود به وضعیت مطلوب تغییر دهد و چیزهایی که کارکرد این عوامل را محدود می‌کند، نیازمند است.
پس از بیان یا تعریف مسئله به‌طور دقیق و روشن فرد باید نقشه یا طرحی را برای حل آن انتخاب یا تهیه کند. طرحی که وضعیت موجود را به وضعیت مطلوب نزدیک کند. برای حل هر مسئله‌ای نقشه یا طرح‌های متعددی وجود دارد که برخی از آن‌ها به سازمان‌دهی نیازمند دارد و برخی دیگر مانند فرضیه‌سازی و آزمایش فرضیه احتمالاً به پردازش نیازمند است. درهرصورت برای چنین کاری مهارت دانش و شناخت راه ‌حل ‌ها و تخصص در به‌کارگیری راه ‌حل ‌ها به‌منظور حل واقعی مسائل ضرورت دارد. پس از شناسایی و انتخاب راه‌حل مناسب باید راه ‌حل ‌ها و نتایج حاصل از آن‌ها به‌منظور مشاهده‌ی دقیق راه ‌حل ‌ها و نیز مشخص کردن منطقی و موجه بودن آن‌ها مجدداً بررسی و ارزشیابی شود و سرانجام چگونگی اجرای راه ‌حل ‌ها تحلیل و با دیگر مهارت‌های حل مسئله تلفیق و ترکیب گردد. (بیر،۱۹۸۷: ۲۸)
راهبردهای حل مسئله مجموعه‌ای از فعالیت‌های هدفمند در فرایند حل مسئله است. در فرایند اجرای حل مسئله دو راهبرد وجود دارد: راهبرد عمومی و راهبرد خصوصی.
راهبرد عمومی برای حل مسائل گوناگون مستقل از محتوا به کار می‌رود؛ درحالی‌که راهبرد خصوصی به زمینه یا محتوای خاصی اختصاص دارد. یکی از مجادله‌های موجود در مباحث مربوط به حل مسئله این است که باید به دانش‌آموزان راهبردهای خصوصی مسائل متعدد را آموزش داد یا راهبرد عمومی را که در بسیاری از انواع مسائل کاربرد دارد. معمولاً رویکر ((خصوصی)) قابلیت تعمیم را فدای توان حل مسئله می‌کند و رویکرد ((عمومی)) توان حل مسئله را فدای قابلیت. با توجه به این محدودیت به معلمان توصیه می‌شود دانش‌آموزان را با انواع مسائل و راهبردهای خصوصی و عمومی آن آشنا سازند.
از راهبردهای عمومی می‌توان در حل مسائل متنوع استفاده کرد. گاه ممکن است راه‌ حل ‌های متعددی برای مسئله وجود داشته باشد ولی برای انتخاب بهترین راه‌حل هیچ‌گونه حکم یا دلایلی وجود نداشته باشد. در چنین مواردی باید راهبردهایی را برای محدود کردن تحقیق به کار گرفت؛ اما گاهی بعضی از تحقیقات آن‌چنان مبهم است که از راه‌حل مشخصی نمی‌توان استفاده کرد. در چنین مواردی استفاده از راهبردهایی همچون راهبردهای ذیل توصیه می‌شود:
راهبردهای محدود کردن تحقیق. مسائل واقعی جهان اغلب راه‌ حل ‌های ممکن بسیاری دارد؛ در نتیجه باید به راهبردهایی متوسل شد که تحقیق را محدود کند تا بتوان به‌درستی مسئله را حل کرد. یکی از این راهبردها ((کار وارونه)) است که تجزیه‌وتحلیل ((ابزار – هدف)) از اشکال مفید آن و شامل مراحل ذیل است:
تعیین تفاوت وضعیت موجود باهدف نهایی محاسبه تفاوت وضعیت موجود با وضعیت مطلوب،
تعیین عملیات مربوط به تفاوت
انجام دادن عملیاتی به‌منظور کاهش تفاوت وضعیت موجود با وضعیت مطلوب
تکرار مراحل اول تا سوم تا حل نهایی مسئله
تجزیه‌وتحلیل ابزار – هدف مستلزم انتخاب فعالیت‌هایی برای کاهش تفاوت وضعیت موجود باهدف نهایی است. اگر فردی با این‌گونه فعالیت‌ها آشنایی نداشته باشد نمی‌تواند دانش خود را فعال و از تحلیل ابزار–اهداف استفاده کند. اگر فعالیت‌های عملکردی دانش بیانی در یک حیطه نقص و کمبود داشته باشد. در اجرای تجزیه‌وتحلیل ابزار- اهداف با مشکل مواجه خواهد شد .
راهبرد بسط تحقیق. تجزیه‌وتحلیل ابزار – اهداف راهبردی است که راه‌ حل ‌های تحقیق و کاوشگری را محدود می‌کند؛ اما گاه مسئله از طریق بسط تحقیق^[۱۶] بهتر حل می‌شود، به‌ویژه هنگامی‌که راه‌ حل ‌های ناشناخته و ناکافی باشد (مانند مسائل ملی و جهانی، مسائل فردی پیچیده و مسائل علمی و هنری) دو روش برای بسط تحقیق وجود دارد: تمثیل^[۱۷] و سیال سازی ذهنی^[۱۸].
الف تمثیل: زمانی که فرد دانش کمی در مورد مسئله‌دارد از تمثیل استفاده می‌شود. تمثیل شامل معرفی مسئله با بهره گرفتن از حوزه‌ی آشنا در دانش مربوط به مسئله و درنهایت ارزشیابی سودمندی دانش موجود است.
ب سیال سازی ذهن. راهبرد دیگر برای افزایش راه‌ حل ‌های کیفی یک مسئله سیال سازی ذهنی نام دارد که شامل مراحل ذیل است: