Investigating prospective elementary teachers' understanding of analogical cases in Newton's third law

Öğretmen adaylarının Newton'un üçüncü kanunundaki benzeşimsel örnekleri anlayışlarının incelenmesi

Özet

Problem Durumu: Günümüzde en fazla dikkat çeken yaklaşımlardan biri olan yapılandırmacı eğitim, bireylerin sahip oldukları ön bilgilerin öğrenme sürecindeki önemli etmenlerden biri olduğunu ortaya koymaktadır. Sınıf içerisine taşınan bu ön bilgiler, öğrenilecek bilimsel bilgilerin Öğrenilmesini ve öğretilmesini iyice zorlaştırabilmektedir. Özellikle günlük yaşamdan edinilen kişisel deneyimler, mekanik konularının ve Newton'un üçüncü kanununun öğrenilmesini bu bağlamda güçleştirebilmekte ve bu konularda öğrencilerde kavram yanılgıları oluşmasına sebep olabilmektedir. Öğrenme zorluklarıyla baş edebilmek ve bu kavram yanılgılarını giderebilmek için çok çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir. Analoji kullanarak kavramsal değişimi amaçlamak bunlardan biridir.Aslında analojiler, günümüze kadar birçok eğitimcinin yararlanıp sıklıkla kullandığı etkili bir iletişim aracıdır. Somut ve idrak edilmesi kolay olmayan kavramları basit ve anlaşılır örneklerle anlatmaya çalışarak istenilen bilimsel bilgiye ulaşmada etkili olabilen, eğitimde sıkça kullanılmış yardımcı araçlardır. Yararlanılan analojiler arasındaki özelliklerin kolayca idrak edilip transfer edilebilmesi analojilerin kavramsal değişimi oluşturabilmesindeki başarısını belirler. Anlatılmak istenen kavram açısından başvurulan analojiler birbirine ne kadar benzerse transfer edilecek özellik ve yapılacak muhakeme o kadar kolay başarılır. Eğitimsel analojileri kullanarak çeşitli yaklaşımlar geliştiren ve bunların kavramları öğretmedeki etkilerini inceleyen fen ve fizik eğitiminde birçok çalışma yapılmıştır.Araştırmanın Amacı: Bu çalışmada, öğrenilmesi ve öğretilmesi genel olarak zor olan Newton'un üçüncü kanunu irdelenmiştir. Çalışmanın amacı öğretmen adaylarının bu kanunu bilimsel açıdan nasıl algıladıklarını benzeşim örnekleri üzerinden özellikle cinsiyet ve sınıf düzeyleri değişkenleri açısından incelemektir.Yöntem: Çalışmanın katılımcılarını, Ankara'daki bir devlet üniversitesindeki ilköğretim sınıf öğretmenliği bölümü öğrencisi olan 244 öğretmen adayı oluşturmuştur. Toplam yedi farklı şubedeki %40,9'u birinci sınıf, %35,3'ü ikinci sınıf ve diğerleri üçüncü sınıf olan bu öğrencilerin Newton'un üçüncü kanunu nasıl anladıklarını incelemek için araştırmacı tarafından daha önceden geliştirilen analoji testi adapte edilmiştir. Yedi kavram yanılgısına yönelik analoji örneklerinden oluşan bu ölçme aracından örnek sayıları benzer olan dört tanesi seçilmiştir. Ayrıca, her benzeşim örneğine verilen cevaba kısa açıklama yapılabilecek şekilde test yeniden düzenlenerek Newton'un üçüncü kanunu analoji testi (NÜKAT) oluşturulmuştur. NÜKAT'ı oluşturan benzeşim örneklerinin büyük kısmı ilgili alanyazındaki araştırmalardan alınmıştır. Alandan toplam 5 kişi testin oluşturulması ve incelenmesine dönütleriyle katkıda bulunmuş ve ayrıca analojiler önererek yardımcı olmuşlardır. NÜKAT'ın son hali araştırmacı tarafından aynı dönemde tüm öğretmen adaylarına uygulanmıştır. Test için 15-30 dakika arası bir süre yeterli olmuştur. Teste giren her üç sınıf düzeyinden ikişer kız ve erkek olmak üzere toplam 12 öğrenci rasgele seçilmiştir. Bu öğrencilerle 15-20 dakikalık mülakatlar yapılmıştır. Verilerin analizinde betimsel istatistik teknikleri, sayıtlıları test edilerek 3x2 MANOVA ve devamında ANOVA kullanılmıştır.Bulgular: Çalışmanın betimsel sonuçları, erkek öğrencilerin NÜKAT puanı ortalamalarının kızlarınkinden tüm kavram yanılgılarında daha yüksek olduğunu göstermiştir. Tüm öğrencilerin NÜKAT puanları incelendiğinde, dört kavram yanılgısı içerisinden "iki cisim çarpıştığında kütlesi büyük olan daha fazla kuvvet uygular" kavram yanılgısı için hem kızların hem erkeklerin ortalamaları en düşük olarak bulunmuştur. Sınıf düzeylerine göre kızliar ve erkeklerin ortalamaları incelendiğinde ise kızların sınıf düzeylerine göre ortalamaları belirgin bir eğilim göstermeyip yaklaşık aynı kalmıştır. Fakat erkeklerin ortalamaları açısından bakıldığında birinci sınıfla ikinci sınıf arasında ciddi artış sonra ikinci sınıfla üçüncü sınıf arasında ciddi azalış şeklinde bir ortalama farkı eğilimi göze çarpmıştır. Genel bir fikir edinme amaçlı yapılan mülakatlara göre ise 12 öğretmen adayından 11 'i genel fizik dersini kariyerleri açısından çok önemli görmemiş ve bu dersin alanlarına ve öğretmenlik yetilerine çok katkısı olmadığını ifade etmişlerdir. Özellikle kız öğrenciler mekanik konularıyla ilgili sınıfta verilen örneklerin kendilerine çok hitap etmediğini veya ilgilerini çekmediğini belirtirken erkekler genel olarak verilen örneklerden memnun olmakla birlikte bazı örneklerin ilgilerini daha çok çektiğini belirtmişlerdir.Bulguların istatistiksel olarak anlamlılığını test etmek için MANOVA ve devamında ANOVA yapılmıştır. MANOVA sonuçlarına göre sınıf düzeyi ana etkisi ve etkileşim etkisi istatistiksel olarak anlamlı çıkmıştır. Takip eden ANOVA analizleri, sınıf düzeyinde tüm kavram yanılgıları için, etkileşim etkisi içinse farklı hasar, farklı sertlik ve farklı kütle durumlarında uygulanan kuvvetlerin eşitliği ile ilgili olan birinci, üçüncü ve dördüncü kavram yanılgılarında istatistiksel olarak anlamlı fark olduğunu ortaya koymuştur.Sonuçlar ve Öneriler: Bu çalışmada, öğretmen adaylarının Newton'un üçüncü kanunu nasıl anladıkları benzeşim örnekleri spektrumundan oluşan bir ölçüm aracı (NÜKAT) ile incelenmiştir. Çoğu kavram yanılgısı çalışmasında incelenen konu, sadece bu analoji örnekleri zincirinin bir ucundaki kısmında bulunan üretken olmayan örnekler kullanılarak yani sadece kavram yanılgısı örneği olan hedef analojiler üzerinden incelenmektedir. NÜKAT ise bu spektrumun bir ucunda bulunan kavram yanılgısı (problemli bilgiyi gösteren-olumsuz uç) ^örneklerinden spektrumun diğer ucunda yer alan temel analojilere (bilimsel bilgiyle uyumlu olan-olumlu uç) kadar olan bütün aralıklardan örnekler kullanılarak oluşturulmuştur. Böylece, NÜKAT ve çalışmanın içerisinde belirtilen şekliyle kullanılan kodlama sayesinde öğrencilerin doğru veya yanlış tüm cevapları ve verdikleri cevapla

Abstract

Problem Statement: Analogies are cognitive tools widely used in literature. Many instructors and educators point out the power of analogies to teach physics in science classrooms. Newton’s third law is one of the key concepts of physics education which is difficult to learn and teach.Purpose: The aim of this study was to analyze prospective teachers’ understanding of analogical cases in Newton’s third law. In addition, the focus of this analysis was concentrated mainly on the variables of gender and class level.Methods: The participants of the study were 244 prospective elementary teachers at a public university in Ankara. Newton’s third law analogy test (NTLAT) was adapted and used as a measuring tool in this study. The NTLAT was composed of four main questions including similar numbers of analogical cases to analyze four different misconceptions in Newton’s third law. The final version of the NTLAT was applied to seven sections of students in three different class levels in the same term by the researcher. Two males and two females from each class level were randomly selected and interviewed. These semi-structured 12 interviews nearly lasted 15-20 minutes.Results: The statistical data obtained from the NTLAT were analyzed by using MANOVA and folloew up ANOVA techniques. The main effect of the class level and interaction effect were statistically significant according to the Pillai-Bartlett Trace Test. Follow up ANOVAs indicated that class level univariate main effect on all dependent variables and interaction effect on three misconceptions (M1, M3, and M4) were statistically significant. In addition, the descriptive results showed that males had fewer misconceptions than females. The mean scores across class level were different for males and females. There was a drastic increase or decrease of male mean scores according to class level whereas the mean scores were nearly equal for females.Conclusions/Recommendations: With its unusual nature, the NTLAT was itself an asset and contribution to this field. Educators may use the NTLAT as a quiz, assignment, measuring tool or an activity in their research or classes. In the light of the interviews, all descriptive results such as males had fewer misconceptions than females, males’ mean scores changed drastically according to class level unlike females, and inferential results related to MANOVA and ANOVAs were discussed and accordingly some suggestions were offered.