אנימציות המייצגות השקפות על מצבי חומר סיפקו כלי שבאמצעותו ניתן לחקור למידה בסדרת שיעורים. המחקר יושם עם תלמידי תיכון בכיתה י"א. לאחר שתלמידים בכיתה י"א יצרו, הציגו ודנו באנימציות שמציגות את תפישתם על מצבי חומר, הם צפו באנימציות שיצרו מומחים וביקרו אותן. לאחר מכן הם רואיינו על תהליך ההוראה-למידה. רוב התלמידים (91%) דיברו בחיוב על שיעורי דיון המשך, ואמרו שהתפיסות הקודמות שלהם והבנתם את מצבי החומר השתפרו. הם הסבירו שהם זיהו כמה תפיסות חלופיות, שבהן החזיקו לגבי מצבי חומר והסבירו כיצד השתנו תפיסותיהם. הם דיווחו שתהליך ההוראה/למידה עזר להם לפתח הבנה עמוקה יותר של מצבי החומר המשתנים.

סימולציית מחשב התגלתה במחקר זה כמתודה מתאימה להוראת כימיה לא פחות מאשר ניסויים במעבדה – בנוגע לחלק מתחומי הלימוד במקצוע. עורכי המחקר, שנערך בכיתות ח', בחנו את תוצאות הלמידה של תגובת מתכות, ולפי ממצאיהם הוראה בשיטה של סימולציית מחשב הגיעה לתוצאות למידה דומות לאלה של הוראה בשיטה של ניסויים במעבדה.

מאמר זה שואל מהי המטרה של חינוך למדעים? מה אנו רוצים שהסטודנטים יידעו ויהיו מסוגלים לעשות, וכיצד אנו משיגים מטרות אלה? מחברת המאמר טוענת שמטרה מקיפה אחת היא לסייע לסטודנטים להבנות הסברים מכניסטיים סיבתיים של תופעות. המשמעות לכך בכימיה היא שאנו פועלים כדי לסייע לסטודנטים להשתמש בהבנה שלהם את האינטראקציות ברמה המולקולרית כדי להסביר ולחזות אירועים מקרוסקופיים. יתר על כן, בעוד שהבניית הסברים היא מטרה חשובה לכשעצמה, הפעולה של הבניית הסברים מסייעת לסטודנטים לפתח הבנה עמוקה יותר, ומספקת סוג של שביעות רצון אינטלקטואלית ששינון עובדות אינו יכול לספק Cooper, Melanie M. , 2015).

מחקר זה בחן את האפקטיביות של עבודת המעבדה בחינוך למדעים עם מערך מחקר של מבחן מקדים ומבחן שאחרי כן. שישים ושמונה כיתות ט', שכללו 1773 משתתפים, הוקצו רנדומלית לשלוש קבוצות ניסוי ולקבוצת ביקורת. בקבוצת הניסוי הראשונה נלמד נושא הכימיה של העמילן בבית הספר בלבד, בקבוצת הניסוי השנייה נלמד נושא זה רק במעבדה המספקת שירותים למרכז למדעים (Science Center Outreach Lab), קבוצת הניסוי השלישית הייתה מסגרת משולבת שכללה הן ביקור במעבדה והן למידה בכיתה, והקבוצה הרביעית הייתה קבוצת ביקורת (Itzek-Greulich, Heike; Flunger, Barbara; Vollmer, Christian; Nagengast, Benjamin; Rehm, Markus; Trautwein, Ulrich, 2015).

הלמידה בעזרת רשת מחשבים ואמצעי מולטימדיה אחרים, הביאו לרמות גבוהות יותר של הבנה. מספר מסגרות למידה משותפת שכמעט אינן ניתנות ללמידה בדרך המסורתית יכולות להילמד ולהטמע באופן טוב יותר בסביבה מקוונת. כימיה כקורס בסיסי כפי שהוא נלמד היום, במוסד בו עובד החוקר, לוקה בחסר בשיטת ההוראה. החוקר התכוון במאמר למצב כזה ומראה איך הביא וקידם את החלק המעשי שלוקח קדימה את התיאוריה של למידה מקוונת משותפת בקורסי כימיה בסיסיים כמו, כימיה אנליטית וניסיונות כימיים (Bin Jiang).

הוראת מדעים באמצעות סימולציות מחשב היא משימה מורכבת. חקר מקרה זה בוחן כיצד מורה מנוסה למדעים לימד כימיה תוך שימוש בסימולציות מחשב ואת ההשפעה של ההוראה שלו על תלמידיו. הנתונים נאספו תוך שימוש בתצפיות בכיתה על-פני שלושה סמסטרים, ראיונות עם המורה, וסקרים שנערכו בקרב התלמידים. המורה השתמש בדפוס של "צור-הערך-התאם" (generate-evaluate-modify) (ראשי תיבות GEM) כדי ללמד כימיה, וטכנולוגיית סימולציה (T) ששולבה בכל שלב של GEM (או T-GEM). ניתוח של הסקרים שעליהם ענו התלמידים הציע ששילוב של T-GEM הגביר בקרב התלמידים את ההבנה הקונספטואלית של כימיה. המחבר מציע ש-T-GEM ואמצעי העזר שלו מהווים פדגוגיה קיימת ואפקטיבית להוראת מדעים בעזרת הטכנולוגיה ( Khan, Samia).

אחת ממטרותיה של תוכנית הלימודים החדשה בכימיה לבית ספר תיכון בישראל מיומנויות חשיבה ברמה גבוהה היחידה "אנרגיה בקצב הכימיה" אשר פותחה בטכניון היוותה את הבסיס למחקר העוסק בלמידת אנרגיה ודינאמיקה בתהליכים כימיים. חלקו של המחקר הדן בפיתוח מיומנות ההנמקה ויוצג כאן עוסק בשאלות הבאות: 1. כיצד תופסים המורים לכימיה את הדרישה להנמקה ביחידת הלימוד? 2. האם וכיצד לימוד של יחידה משולבת מגוון ייצוגים, בנושא אנרגיה ודינאמיקה בתהליכים כימיים, משפיע על פיתוח מיומנות הנמקה, בהשוואה ללמידת אותם הנושאים על פי תכנית הלימודים המסורתית? 3. באיזה אופן באות לידי ביטוי רמות ההבנה בכימיה בפתרון משימות הדורשות הנמקה. משתתפי המחקר כללו 19 מורים, 140 תלמידים שהיוו את קבוצת הניסוי ולמדו על פי היחידה החדשה ו-50 תלמידים אשר למדו על פי תכנית הלימודים הקודמת והיוו קבוצת השוואה ( אדית וייסלברג , יהודית דורי ).

מורים רבים, במיוחד בתחום הוראת המדעים, שואלים את עצמם את השאלה הבאה: מדוע התלמידים, אף המוכשרים שבהם, אינם מצליחים לשאול שאלות רבות, מגוונות ומקוריות? אחת התשובות לכך היא, שהתלמיד חושב באופן אוטומטי ומציע פתרונות מוכנים המאוחסנים בזיכרונו.לכן, אם התלמיד ילמד לחשוב באופן יצירתי, אזי יוכל בעת הצורך לנטוש את דפוסי החשיבה הקיימים ולשאול שאלות באופן מסתעף. במחקר זה נעשה שימוש בכלי חשיבה שפותחו על ידי חוקרים מתחום החשיבה: Robert J.Swartz , David Perkins. Edward de Bono. הייחודיות של מחקר זה הוא שימוש בכלי חשיבה גנריים להשבחת מיומנות החקר שאלת שאלות בניסוי חקר בכימיה. המחקר נערך בקרב כ – 100 תלמידות במהלך שנתיים. הקניית הכלים לחשיבה יצירתית נעשתה בזמן קצר ( צילה ארן).

התכנית "חושבים כימיה" פותחה בעבודת צוות של מרצים דיסציפלינריים לכימיה ושל מרצה להוראת המדעים. התכנית נוסתה ע"י המחברים בקורס דיסציפלינרי במכללת סמינר הקיבוצים. תכנית ההוראה מיועדת להיות חלק מהתכנית להכשרת סטודנטים להוראת מדע בבית הספר העל יסודי. התכנית משלבת בין מטרות שנועדו לביסוס ולהעמקה של ידע מדעי לבין מטרות שנועדו לפיתוח תפקודי חשיבה גבוהים, תוך הבניית ידע פדגוגי תלוי תוכן בהוראת הכימיה. (יהודית וינברג, אילנה אבישר, יוסי צפדיה)