LİSE ÖĞRENCİLERİNİN KİMYASAL BAĞLARLA İLGİLİ ANLAMA DÜZEYLERİNİN VE YANILGILARININ BELİRLENMESİNE YÖNELİK BİR ÇALIŞMA

Transkript

1 LİSE ÖĞRENCİLERİNİN KİMYASAL BAĞLARLA İLGİLİ ANLAMA DÜZEYLERİNİN VE YANILGILARININ BELİRLENMESİNE YÖNELİK BİR ÇALIŞMA Suat ÜNAL, Haluk ÖZMEN, Gökhan DEMİRCİOĞLU, Alipaşa AYAS KTÜ, Fatih Eğitim Fakültesi, OFMA Eğitimi Böl., Söğütlü-TRABZON ÖZET: Lise öğrencilerinin kimyasal bağlarla ilgili anlama düzeylerinin ve yanılgılarının belirlenmesinin amaçlandığı bu çalışmada, veri toplamak amacıyla 25 sorudan ve iki bölümden oluşan bir test hazırlanmıştır. Testteki soruların 20 tanesi çoktan seçmeli, geriye kalanlar ise yazılı cevap gerektiren türdendir. Testin çoktan seçmeli kısmı için güvenirlik katsayısı r x =0.72 olarak hesaplanmıştır. Testin her iki bölümüne pilot uygulama yapılarak son hali verilmiştir. Hazırlanan test 120 lise 3. sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Testteki çoktan seçmeli sorulara verilen doğru, yanlış ve boş cevapların yüzde oranları hesaplanırken, yazılı cevap gerektiren sorular anlama, kısmen anlama, spesifik kavram yanılgılı kısmen anlama, kavram yanılgısı ve anlamama/boş kategorilerinde toplanmış ve yüzdelikleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlarda, öğrencilerin genel olarak bağlarla ilgili yetersiz anlamalara sahip oldukları, özellikle bağ polarlığı, iyonik ve kovalent bağ, elektronların paylaşımı ve bağların mikroskobik gösterimi ile ilgili yanılgılar taşıdıkları tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara dayalı olarak bazı önerilerde bulunulmuştur. 1. GİRİŞ Kimya, başlıca amacı kimyasal değişmelerin tanımlanması ve açıklanması olan bir bilim dalıdır. Maddelerin yapısında meydana gelen değişmeler var olan bağların kopması ve yeni bağların oluşması şeklinde gerçekleşen olaylardır. Bu nedenle kimyasal değişmelerin anlaşılabilmesi atomları bir arada tutan bağların özelliklerinin bilinmesi ile yakından ilgilidir. Kimyasal bağlanma soyut bir konu olup, genellikle öğrenciler kimyayı ilk defa öğrenmeye başladıklarında öğretilmektedir. Bu nedenle pek çok öğrenci kimyasal bağlanma kavramını anlamada güçlük çekmekte ve çeşitli yanılgılar oluşturmaktadır. Literatürde öğrencilerin konuyla ilgili yanılgılarını ve anlama düzeylerini belirlemeye yönelik bir çok çalışma mevcuttur (Peterson, Treagust & Garnett, 1986; Butts & Smith, 1987; Peterson & Treagust, 1989; Taber, 1994; Taber, 1997; Boo, 1998; Tan & Treagust, 1999; Nicoll, 2001). Peterson, Treagust ve Garnett (1986) kimyasal bağlarla ilgili öğrencilerin sahip oldukları çeşitli yanılgılar rapor etmişlerdir. Bu yanılgılardan biri, bir madde faz değiştirdiği zaman moleküller arası kovalent bağlar kırılır şeklinde idi. Butts ve Smith (1987) 12. sınıf öğrencileri ile yaptıkları mülakatlarda öğrencilerin çoğunun sodyum klorürdeki bağın iyonik olduğunu ve elektron transferinin sodyumdan klora doğru olduğunu belirttiklerini, fakat pek çoğunun katı sodyum klorürdeki iyonik bağın üç boyutlu doğasını anlamadığını tespit etmişlerdir. Öğrencilerin kimyasal bağı anlamaları ile ilgili olarak Taber (1994) tarafından yapılan bir başka çalışmada, öğrencilerin bağlanma konusunda çeşitli yanılgılara sahip oldukları belirlenmiştir. Peterson ve Treagust (1989) kovalent bağlanma ve yapı hakkındaki görüşlerini tespit etmek amacıyla 84 tane 12. sınıf öğrencisi ile gerçekleştirdikleri bir araştırmada, öğrencilerin bağ polarlığı, molekül şekli, molekül polarlığı, molekül içi kuvvetler ve oktet kuralı konusunda çeşitli yanılgılara sahip olduklarını ortaya çıkarmışlardır. Boo (1998) 12. sınıf öğrencilerinin kimyasal bağı anlamalarını belirlemek için 48 kişilik bir öğrenci grubu üzerinde yaptığı bir araştırmada, öğrencilerin iyonik ve kovalent bağları ve diğer bağ çeşitlerini birbirleriyle karıştırdıklarını ortaya çıkarmıştır. Tan ve Treagust (1999) tarafından öğrencilerin kimyasal bağı anlamalarını değerlendirmek amacıyla yaş grubundaki 119 öğrenci üzerinde yapılan bir başka çalışmada, öğrencilerin bağlanma, kristal yapısı, moleküller arası ve molekül içi kuvvetler ve grafitin elektriksel iletkenliği konularında çeşitli yanılgılara sahip oldukları belirlenmiştir. Literatürde belirtilen çalışmalar öğrencilerin kimyanın en temel konularından olan kimyasal bağlanma konusunda çeşitli yanılgılara sahip olduklarını göstermektedir. Bu konuyla ilgili çalışmalar uluslararası literatürde oldukça fazla sayıda yer almasına rağmen, ulusal düzeyde öğrencilerin konuyla ilgili anlama düzeyleri ve yanılgılarını belirlemeye yönelik çalışmaların sayısı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada lise düzeyindeki öğrencilerin kimyasal bağlanma konusundaki anlama seviyeleri ve yanılgıları belirlenmeye çalışılmıştır. 2. YÖNTEM VE ÖRNEKLEM Çalışmada veri toplamak amacıyla 20 si çoktan seçmeli ve 5 i açık uçlu olmak üzere iki bölümden ve toplam 25 sorudan oluşan bir test geliştirilmiştir. Testin her iki kısmına 40 öğrenci grubu 1

2 üzerinde yapılan pilot çalışma sonrasında son şekli verilmiştir. Testin çoktan seçmeli bölümü için Kuder-Richardson güvenirlik katsayısı 0.72 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca testin her iki bölümü KTÜ Fatih Eğitim Fakültesi Kimya Eğitimi Anabilim Dalında görev yapan 8 öğretim elemanı ve Trabzon da çeşitli okullarda görev yapan 12 kimya öğretmenine incelettirilerek soruların geçerliliği sağlanmıştır. Testin yazılı cevap gerektiren kısmında yer alan sorular Ek de verilmiştir. Test öğretim yılı bahar döneminde Trabzon da çeşitli okullarda öğrenim gören 120 lise 3. sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Uygulamalar birer ders arayla ve bütün okullarda aynı anda tek bir oturum halinde yapılmıştır. Elde edilen verilerin değerlendirilmesi aşamasında testin birinci bölümündeki sorular için doğru, yanlış ve boş cevap yüzdeleri hesaplanırken, testin ikinci bölümünde yer alan yazılı cevap gerektiren sorular anlama, kısmen anlama, spesifik kavram yanılgılı kısmen anlama kavram yanılgısı, anlamama/boş şeklinde beş kategoride toplanmış ve her bir kategori için yüzde oranlar hesaplanmıştır. Bu kategoriler literatürde pek çok çalışmada da kullanılmıştır (Abraham, Grzybowski, Renner & Marek, 1992; Ayas, 2002). 3. BULGULAR Testin her iki bölümüne öğrencilerin verdikleri cevaplar ayrı ayrı analiz edilerek aşağıda verilmiştir Testin Çoktan Seçmeli Bölümünden Elde Edilen Bulgular Testin çoktan seçmeli kısmına öğrencilerin verdikleri cevaplar doğru, yanlış ve boş olarak sınıflandırılmış ve yüzdeleri hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Testin çoktan seçmeli kısmına öğrencilerin verdikleri cevapların yüzdeleri Sorular Doğru Yanlış Boş Sorular Doğru Yanlış Boş Tablo 1 e bakıldığında öğrencilerin sorulara verdikleri doğru cevap oranlarının %18 ile %73 arasında, yanlış cevap oranlarının ise %25 ile %69 arasında değiştiği görülmektedir. Soruları boş bırakan öğrencilerin oranları ise, testin ve 16. soruları hariç, diğer sorular için %3 ile %9 arasında değişmektedir Testin Yazılı Cevap Gerektiren Kısmından Elde Edilen Bulgular Testin yazılı cevap gerektiren kısmında beş tane soru yer almaktadır. Öğrencilerin bu sorulara verdikleri cevaplar anlama, kısmen anlama, spesifik kavram yanılgılı kısmen anlama, kavram yanılgısı ve anlamama/boş şeklinde beş kategoriye ayrılmış ve yüzde oranları hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Testin yazılı cevap gerektiren kısmına öğrencilerin verdikleri cevapların yüzdeleri Spesifik Kavram Sorular Anlama Kısmen Anlama Yanılgılı Kısmen Anlama Kavram Yanılgısı Anlamama/Boş 1. soru soru soru soru soru

3 Tablo 2 incelendiğinde öğrencilerin anlama seviyesindeki cevaplarının oranlarının %8 ile %49 arasında, kısmen anlama seviyesindeki cevaplarının oranlarının %19 ile %39 arasında değiştiği, spesifik kavram yanılgılı kısmen anlama ve kavram yanılgısı kategorilerine giren cevaplarının oranlarının ise sırasıyla %15 - %23 ve %5 - %36 arasında değiştiği görülmektedir. Anlamama/boş kategorisindeki cevapların oranları ise %6 ile %16 arasında değişmektedir. Testin yazılı cevap gerektiren kısmında yer alan beş soruyla ilgili öğrencilerde tespit edilen bazı kavram yanılgıları Tablo 3 de toplu halde verilmiştir. Tablo 3. Testin yazılı cevap gerektiren kısmında öğrencilerde belirlenen yanılgılar Soru No Kavram Yanılgıları Amonyağı üçgen düzlem şeklinde gösterme ve sebep olarak üç hidrojen ile bağ yapıldığı için bağ açılarının 120 ve hidrojenlerin birbirine eşit uzaklıkta olacağını belirtme. Amonyağı T şeklinde çizme. 1. Soru Suyun şeklini doğrusal olarak çizme ve sebep olarak oksijenin iki bağ yapması nedeniyle hidrojenlerin birbirinden en uzakta olacağını belirtme. Suyun şeklini açısal olarak gösterme ve buna sebep olarak; 1. Oksijenin hidrojenden büyük olmasını gösterme, 2. Hidrojenlerin aynı cins olması nedeniyle birbirlerini çektiklerini gösterme. Karbon dioksit (CO 2 ) molekülünün polar olduğunu belirtme ve buna sebep olarak; 1.1. Vektörel toplamın sıfır olmasını gösterme, 1.2. Vektörel toplamın sıfır olmamasını gösterme, 1.3. Molekülün farklı tür atomlardan oluşmasını gösterme, 1.4. Molekülde çift bağların olmasını gösterme, 1.5. Elektronların oksijen üzerinde daha çok birikmesini gösterme, Karbon dioksit (CO 2 ) molekülünün apolar olduğunu belirtme ve buna sebep olarak; 2. Soru Oksijenlerin karbon atomuna eşit uzaklıkta olmasını gösterme, Karbon atomuna bağlı iki oksijenin birbirinin etkisini yok ettiğini gösterme, Metan (CH 4 ) molekülünün polar olduğunu belirtme ve buna sebep olarak; Molekülün farklı tür atomlardan oluşmasını gösterme, Hidrojenlerin karbona eşit uzaklıkta olmasını gösterme, Hidrojen florür (HF) molekülünün apolar olduğunu belirtme ve buna sebep olarak molekülün tek bağlardan oluşmasını gösterme. Hidrojen atomu ile kükürt atomu arasında hidrojen bağının meydana gelmeyeceğini sebep gösterme, 3. Soru Su molekülündeki oksijen ile hidrojen arasındaki molekül içi bağın, hidrojen sülfür molekülündeki hidrojen ile kükürt arasındaki bağdan daha kuvvetli olduğunu belirtme. Hidrojen klorürde molekül içi bağın iyonik bağ veya hidrojen bağı olduğunu ifade etme, Magnezyum klorürde molekül içi bağların metalik bağ veya kovalent bağ olduğunu ifade etme, 4. Soru Amonyakta molekül içi bağların iyonik bağ, hidrojen bağı veya van der Waals bağı olduğunu ifade etme, Oksijen molekülünde molekül içi bağların metalik bağ veya van der Waals bağı olduğunu ifade etme, Polarlığı veya apolarlığı bir bağ türü olarak kabul edip, bütün moleküllerde molekül içi veya moleküller arası bağlar için sadece polar bağ veya apolar bağ ifadesini kullanma. Sıcaklık arttıkça moleküller birbirinden uzaklaşacağından bağ açısı ve bağ uzunluğu artar, 5. Soru Gaz hale doğru gidildikçe moleküller birbirinden uzaklaşacağından bağ açısı ve bağ uzunluğu artar, Basınç arttıkça moleküller sıkışacağından bağ açısı ve bağ uzunluğu artar, Sıcaklık arttıkça bağlar zayıflayacağından bağ uzunluğu artar. 5. TARTIŞMA, SONUÇ VE ÖNERİLER Testin çoktan seçmeli kısmından elde edilen veriler incelendiğinde öğrencilerin testteki sekiz soruya %50 nin üzerindeki oranlarda doğru cevap verdiği, on iki soruya verilen doğru cevapların oranlarının ise %50 nin altında olduğu görülmektedir (Tablo 1). Öğrenciler testteki dokuz soruya ise %50 nin üzerinde oranlarda yanlış cevap vermişlerdir. Testin geliştirilmesi aşamasında soruların seçeneklerine doğru cevabı içeren seçenekler dışında kavram yanılgılarını içeren cevaplar da yerleştirilmiştir. Öğrencilerin testteki dokuz soruya %50 nin üzerindeki oranlarda yanlış cevaplar vermeleri, sahip oldukları kavram yanılgılarının da bir göstergesidir. Tablo 3 incelendiğinde testin yazılı cevap gerektiren ilk sorusu ile ilgili öğrencilerin değişik yanılgılar gösterdikleri anlaşılmaktadır. Bu soruda öğrenciler genellikle amonyağı üçgen düzlem, suyu ise çizgisel olarak göstermişlerdir. Buradan öğrencilerin amonyaktaki azot ile sudaki oksijen üzerindeki bağ yapmamış elektron çiftlerini dikkate almadıkları söylenebilir. Bununla birlikte bazı 3

4 öğrenciler suyu açısal olarak göstermekle birlikte bunun nedenini doğru olarak açıklayamamışlardır. Buradan bazı öğrencilerin bağ yapmamış elektron çiftlerinin molekül şekli üzerinde herhangi bir etkisi olmadığını düşündükleri yorumu yapılabilir. Bu soruya anlama kategorisinde cevap veren öğrencilerin oranları %22, kısmen anlama kategorisinde cevap veren öğrencilerin oranları ise %39 dur (Tablo 2). Kısmen anlama düzeyinde cevap veren öğrenciler genellikle molekül şekillerini doğru çizmekle birlikte açıklamasını yapamamışlardır. Molekül şekilleri ile ilgili benzer yanılgılar literatürde de mevcuttur (Peterson & Treagust, 1989). Testin ikinci sorusu ile ilgili öğrencilerin sahip oldukları yanılgılar incelendiğinde öğrencilerin bir kısmının polar kavramı ile apolar kavramlarını birbirlerinin yerinde kullandıkları görülmektedir. Bunu polar bir molekül için öğrencilerin vektörel toplam sıfırdır ya da vektörel toplam sıfır değildir ifadelerinden anlayabiliriz (Tablo 3). Ayrıca öğrencilerin bir kısmı bir molekülün polar ya da apolar bir yapıya sahip olduğunu göstermek için ilginç ifadeler kullandıkları Tablo 3 den görülmektedir. Bu tür yanılgılar Peterson ve Treagust (1989) tarafından belirlenen yanılgılarla benzerlik göstermektedir. Testin üçüncü sorusu, benzer kimyasal formül ve moleküller şekle sahip iki maddenin (H 2 O, H 2 S) oda sıcaklığında biri sıvı halde iken diğerinin neden gaz halde olduğu ile ilgili olup öğrencilerin yaptıkları açıklamalarda çeşitli yanılgılara sahip oldukları görülmektedir (Tablo 3). Öğrenciler verdikleri cevaplarda hidrojen bağlarının sadece hidrojen ile flor, oksijen ve azot atomları arasında meydana geldiğini, diğer atomlarla hidrojen bağı meydana gelmeyeceğini ifade etmişlerdir. Ayrıca öğrenciler molekül içi bağlarla moleküller arası kuvvetleri anlamada ve birbirinden ayırt etmede zorluk çektikleri anlaşılmaktadır. Peterson ve Treagust (1989) ve Tan ve Treagust (1999) tarafından yapılan çalışmalarda da öğrencilerin benzer yanılgıları ortaya çıkarılmıştır. Testin dördüncü sorusu ile ilgili öğrencilerin pek çoğu açıklamalarında iyonik bağ ve kovalent bağı birbirine karıştırmıştır. Ayrıca öğrencilerde görülen en önemli yanılgılardan birisi de polarlık ve apolarlığı bir bağ türü olarak kabul etmeleri ve bu moleküllerin hemen hemen tümünde hem molekül içi atomlar arası bağ, hem de moleküller arası bağ olarak ifade etmeleridir. Öğrencilerde tespit edilen bazı yanılgılar Tablo 3 de verilmiştir. Benzer yanılgılar literatürde de mevcuttur (Boo, 1998; Tan & Treagust, 1999). Testin beşinci sorusu ise hal değişimleri sırasında moleküllerin şekillerinde değişiklik olup olmadığı ile ilgilidir. Öğrencilerin bazıları açıklamalarında hal değişmeleri sırasında çeşitli sebeplerden dolayı molekül şekillerinin, bağ uzunluklarının ve bağ açılarının değişeceğini belirtmişlerdir (Tablo 3). Örneğin bazı öğrenciler sıcaklık arttıkça moleküllerin birbirinden uzaklaşacağını, bunun sonucu olarak da bağ uzunluklarının artacağını ifade etmişlerdir. Bu durum, aynı zamanda, öğrencilerin atom ve molekül kavramlarını karıştırdıklarını da göstermektedir. Bütün bu sonuçlar dikkate alındığında ve çalışmanın örnekleminin gerek lise 3. sınıf müfredatında, gerekse daha önceki yıllarda kimyasal bağlanma ile ilgili bilgileri aldıkları düşünüldüğünde elde edilen sonuçlar memnuniyet verici değildir. Kimyanın temelini oluşturan atom, molekül ve bileşiklerin yapısının anlaşılması için kimyasal bağlanma konusunun öğrenciler tarafından yeterli düzeyde öğrenilmesi şarttır. Bu çalışmadan elde edilen veriler öğrencilerin öğrenme düzeylerinin yeterli olmadığını göstermektedir. Bu konunun son derece soyut olması yetersiz öğrenmenin en önemli sebeplerinden birisidir. Bu nedenle bu konunun anlatımının daha somut bir şekilde modeller, örnekler ve bilgisayar simülasyonları ile zenginleştirilmesi konunun öğrenilmesini kolaylaştıracaktır. Ayrıca gerek sınırlı sayıdaki ulusal çalışmalarda, gerekse uluslararası çalışmalarda ortaya çıkarılan öğrenci güçlükleri, yanılgıları ve bunların giderilmesi konusunda öğretmen adayları lisans eğitimleri sırasında, görev yapan öğretmenler ise konuyla ilgili hizmet içi eğitim kursları ile bilgilendirilmelidir. Bunun yanı sıra yanılgıların nedenlerinden biri olarak gösterilen ders kitapları yeniden düzenlenmeli ve son zamanlarda çeşitli bireysel çalışmalarla başlanan (Özmen, 2002) ve rehber materyal olarak adlandırılan konular düzeyindeki program geliştirme çalışmalarına ağırlık verilmelidir. 5. KAYNAKLAR Abraham, M. R., Grzybowski, E. B., Renner, J. W. ve Marek, E. A. (1992). Understandings and misunderstandings of eight graders of five chemistry concepts found in textbooks. Journal of Research in Science Teaching, 29(2), Ayas, A. (2001). Students level of understanding of five basic chemistry concepts. Boğaziçi University Journal of Education, 18,

5 Boo, H. K. (1998). Students understandings of chemical bonds and the energetic of chemical reactions. Journal of Research in Science Teaching, 3 (5), Butts, B. ve Smith, R. (1987). HSC chemistry students understanding of the structure and properties of molecular and ionic compounds. Research in Science Education, 1, Nicoll, G. (2001). A report of undergraduates bonding misconceptions. International Journal of Science Education, 23(7), Özmen, H. (2002). Kimyasal reaksiyonlar ünitesindeki kavramların öğretimine yönelik rehber materyallerin geliştirilmesi ve uygulanması, Doktora Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Peterson, R., Treagust, D. ve Garnett, P. (1986). Identification of secondary students misconceptions of covalent bonding and structure concepts using a diagnostic instrument. Research in Science Education, 16, Peterson, R. ve Treagust, D. (1989). Grade 12 students misconceptions of covalent bonding and structure. Journal of Chemical Education, 66(6), Taber, K. S., (1994), Misunderstanding the ionic bond. Education in Chemistry, 31(4), Taber, K. S. (1997). Students understanding of ionic bonding: Molecular versus electrostatic framework? School Science Review, 78, Tan, K. C. D. ve Treagust, D. F. (1999). Evaluating students understanding of chemical bonding. School Science Review, 81(294), EK: 1. Su (H 2 O) ve amonyak (NH 3 ) moleküllerinin şekillerini çizerek neden bu şekilde çizdiğinizi kısaca açıklayınız. 2. CO 2, CH 4, HF moleküllerinden hangisi ya da hangileri polardır? Neden? 3. Su (H 2 O) ve hidrojen sülfür (H 2 S) benzer kimyasal formülleri olan ve molekül yapıları V şeklinde olan moleküllerdir. Oda sıcaklığında suyun sıvı, hidrojen sülfürün ise gaz olmasının nedeni nedir? 4. HCl, MgCl 2, NH 3 ve O 2 moleküllerinde atomlar ve moleküller arasındaki bağlanmaların isimlerini nedenlerini kısaca açıklayarak yazınız. 5. Sıcaklık, basınç ve hal değişimleri durumlarında bir maddeyi oluşturan tek bir molekülün şeklinde bir değişme olur mu? Verdiğiniz cevabın nedenini açıklayınız. 5