ORTAÖĞRETİM 11. SINIF FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI

Transkript

1 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI TALİM ve TERBİYE KURULU BAŞKANLIĞI ORTAÖĞRETİM 11. SINIF FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI Ağustos 2011 Ankara

2 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI TALİM ve TERBİYE KURULU BAŞKANLIĞI FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI Ortaöğretim 11. Sınıf Fizik Dersi Özel İhtisas Komisyonu Öğretim Elemanları Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi, Fizik Eğitimi Ana Bilim Dalı Komisyon Başkanı Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Komisyon Üyeleri Öğretmenler Ayşe ARSLAN Uzman Öğretmen Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Prof. Dr. Ömür AKYÜZ Boğaziçi Üniversitesi Emekli Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ömer Asım SAÇLI İstanbul Arel Üniversitesi Rektörü Prof. Dr. Haşim MUTUŞ İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü Doç. Dr. Salih ATEŞ Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi, Fen Bilgisi Eğitimi Ana Bilim Dalı Yard. Doç. Dr. Ali ERYILMAZ Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Fizik Eğitimi Ana Bilim Dalı Yard. Doç. Dr. Uygar KANLI Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi, Fizik Eğitimi Ana Bilim Dalı Türkkan GÜLYURDU Uzman Öğretmen Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Bülent DAYI Uzman Öğretmen Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Mesut KARAÖMER Öğretmen Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Mehmet Akif SÜTCÜ Program Geliştirme Uzmanı Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Seher ULUTAŞ Ölçme-Değerlendirme Uzmanı Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı Dr. Gökhan SERİN Anadolu Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü

3 İÇİNDEKİLER Sayfa Nu. 1. Fizik Dersi Öğretim Programının Temelleri Fizik Dersi Öğretim Programı nın Felsefesi ve Vizyonu Fizik Dersi Öğretim Programı nın Gerekçesi ve İhtiyaç Analizi Çalışmaları Fizik Dersi Öğretim Programları Uygulamalarının Tarihsel Gelişimi TTKB-Ortaöğretim Fizik Dersi Öğretim Programı Hakkındaki Raporların Değerlendirilmesi EARGED-Ortaöğretim Fizik Dersi Öğretim Programı İhtiyaç Belirleme Analiz Raporu Dünya Ülkelerinde Fizik Dersi Öğretim Programları Fizik Dersi Öğretim Programı nın Temel Yapısı Fizik Dersi Öğretim Programı nın Temel Yaklaşımı Programın Öğrenme Yaklaşımı Programın Ölçme ve Değerlendirme Yaklaşımı Fizik Dersi Öğretim Programı nın Öğrenme Alanları Fizik Dersi Öğretim Programı nda Beceri Kazanımları Problem Çözme Becerileri (PÇB) Fizik-Teknoloji-Toplum-Çevre (FTTÇ) Kazanımları Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB) Tutum ve Değerler (TD) Fizik Dersi Öğretim Programında Bilgi Kazanımları Öğretmen ve Kitap Yazarlarından Beklentiler Akademik Paylaşım Fizik Öğretim Programında Yapılan Değişiklikler Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programının Ünite Organizasyonu Ünite: Madde ve Özelikleri Ünite: Kuvvet ve Hareket Ünite: Manyetizma Ünite: Modern Fizik Ünite: Dalgalar Ünite: Yıldızlardan Yıldızsılara 92 Kaynakça.. İletişim Bilgileri

4 Türkiye nin çocukları, Batı nın teknolojisinin haraçgüzarı olarak değil, kendi icat ettikleri tekniklerle değerlerimizi yeryüzüne çıkarmalı, dünyaya duyurmalıdır. Mustafa Kemal ATATÜRK 1. FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMININ TEMELLERİ Günümüz dünyasında bilim ve teknolojide yaşanan hızlı gelişmeler, dünyamızı sanki küçük bir yerleşim birimi hâline getirmiştir. Bilim ve teknolojideki yeniliklerin birbirini tetiklemesi sonucunda baş döndürücü gelişmeler meydana gelmiştir. Bilim ve teknolojideki bu hızlı değişim, günümüz toplumunun ihtiyaç duyduğu nitelikli insan tanımındaki değişimi de beraberinde getirmiştir. Bu değişim, nitelikli insan yetiştirmede fizik dersine düşen görevin ve dersin içeriğinin yeniden belirlenmesini zorunlu kılmıştır. Bilişim Çağı da denilen günümüzde gelişen teknolojinin etkisiyle büyük bir bilgi patlaması gerçekleşmiş, her yıl katlanarak artan bilginin büyük bir güç olduğu anlaşılmış ve bunun yanı sıra bilgiye erişim de kolaylaşmıştır. Yapılan bir araştırmaya göre 2007 yılı için bir yılda üretilen bilgi büyüklüğünün 10 exabyte (1 exabyte 1024 petabyte, 1 petabyte=1024 terabyte, 1 terabyte=1024 gigabyte) civarında olduğu tahmin edilmektedir. Bu bilginin büyüklüğünü göstermek için dünyanın en büyük kütüphanesi ile kıyaslama yapabiliriz: ABD nin Washington D.C. kentinde bulunan Kongre Kütüphanesi nde 128 milyonun üzerinde basılı materyal bulunmaktadır. Bu materyaller yan yana dizilmiş olsa idi 850 km uzunluğa erişecek raflarda saklanması gerekecekti. Eğer bu materyaller, dijital ortama aktarılmış olsa idi dünyanın en büyük kütüphanesindeki bilgi büyüklüğü yaklaşık 10 terabyte yer tutacaktı. Bu noktadan hareketle bir yılda üretilen bilgiyi kütüphanelerdeki gibi basılı materyallerde saklamamız gerekse idi her yıl Kongre Kütüphanesi gibi bir milyon yeni kütüphane kurmamız gerekecekti. Üretilen bilginin her yıl bir önceki yıla göre ortalama %30 arttığı gerçeği de göz önüne alınırsa dünyada üretilen bilginin kütüphane gibi ortamlarda saklanmasının mümkün olamayacağı ortadır. Bu bilgilerin tamamına yakını (~%92) hard diskler gibi manyetik ve optik ortamlarda saklanmaktadır. Dünya nüfusunun yaklaşık 6,5 milyar ve her bireyin de okur-yazar olduğunu kabul edersek sadece bir günde kişi başına üretilen bilgi miktarı yaklaşık 1,5 gigabyte olmaktadır. Bu bilgileri zihinde tutmak için her bireyin günde binlerce sayfalık kitabı okuması gerekecekti. Bu durumda dahi her bir birey, üretilen bilginin sadece 6,5 milyarda birine sahip olacaktı. Bu çarpıcı gerçekten de anlaşılacağı gibi günümüzde üretilen 2

5 bilgilerin tamamını öğrenciye aktarma olanağı bulunmamaktadır. Önemli olan, anahtar kavramları öğrencilere vererek bilgiye ulaşma yollarını öğretmektir. Bilgiye ulaşmak için de İnternet ve bilgisayar gibi teknolojik ürünleri kullanmak kaçınılmaz hâle gelmiştir. Bu nedenle bilişim çağının en önemli ihtiyaçlarından olan temel bilgi teknolojilerini ve iletişim becerilerini öğrencilere kazandırmak için bilişim ve iletişim becerilerine özel önem verilmiştir. Bu becerilere sahip öğrenci, ihtiyaç duyduğu her konuda teknolojinin tüm olanaklarını kullanmak suretiyle sistematik bir hazırlık evresinden geçerek istediği bilgiye ulaşacak, bu bilgileri en etkin şekilde işleyerek yorumlayacak ve sunacaktır. Diğer taraftan öğrenme ve öğretme alanlarındaki bilimsel çalışmaların bulguları, öğrenme sürecinde her bireyin karşımıza hazır bulunuşluk düzeyinde ve zihninde bir kavramsal yapıya sahip olarak geldiğini göstermektedir. Öğrencinin öğrenme ortamına getirdiği bu kavramsal yapının bireyin öğrenmesine etki eden en önemli faktörlerden biri olduğu bilinmektedir. Ayrıca bu kavramsal yapının bireyin özelliklerinden, deneyimlerinden, çevresinden, öğretmenlerinden ve ders kitaplarından kaynaklanan eksik ve yanlış bilgiler ile kavram yanılgıları içerebildiği tespit edilmiştir. Özellikle kavram yanılgılarının giderilmesinin çok kolay olmadığı ve kavram yanılgılarının öğrenmenin önündeki en büyük engellerden biri olduğu olgusu artık çoğu araştırmacı tarafından kabul görmektedir. Fizik dersinde anlamlı bir öğrenme; öğrencilerin ön bilgilerinin geçerliğinin kontrol edildiği, gerçek yaşamda karşılaştıkları bağlamların temel alındığı, öğrencinin her zaman zihinsel, çoğunlukla da fiziksel olarak etkin olduğu ve kavramsal değişmenin sağlandığı öğrenme ortamlarında gerçekleşmelidir. Ayrıca bu öğrenme ortamlarının öğrenciye yeni öğrenilen kavramı pekiştirebilmesi için fırsatlar sunması gerekmektedir. Ölçme ve değerlendirme yapılırken de dönem ortası ve sonunda uygulanan, sadece bilgiyi ve genelde sonucu ölçen geleneksel yaklaşım yerine bir hafta/bir dönem/bir yıl boyunca süren, öğrenmenin bir parçası olarak düşünülen, bilgiyi ölçerken beceriyi de ölçebilen bir yaklaşımın benimsenmesi zorunluluk hâlini almıştır. Ölçme ve değerlendirmedeki amaç sadece not vermek değil; hazır bulunuşluk düzeyini belirlemek, öğrenmenin gerçekleşip gerçekleşmediğini kontrol etmek ve öğrenme zorluklarının sebeplerini teşhis etmek olmalıdır. Bireysel farklılıkların belirginleştiği günümüzde öğrenmeyi ve bilgiye ulaşmayı öğrenmiş, üretken ve yaratıcı bireyler yetiştirmek başlıca hedef hâline gelmiştir. Bütün bu hızlı değişimler toplumsal yaşantımızı da büyük ölçüde etkilemiş, toplumumuzdaki değer 3

6 yargıları, toplumun bireyden ve bireyin toplumdan beklentileri büyük bir ivmeyle değişmeye başlamıştır. Bu değişimler okullardaki derslerin öğretim programlarının da değişimini, çağa uygun bir hâle getirilmesini ve geleceğe yönelik olmasını zorunlu kılmıştır. Gelişmiş ülkelerde öğretim programları ortalama her beş yılda bir günün ihtiyaçları doğrultusunda değiştirilmekte veya geliştirilmektedir. Bilindiği gibi ülkemizde Ortaöğretim Fizik Dersi Öğretim Programı yirmi yılı aşkın bir süreden beri önemli bir değişikliğe uğramadan uygulanmaktadır. Buna ilave olarak öğrencilere hangi düzeyde, hangi bilgi ve becerilere sahip olacağı konusunda amaç-hedefler ile kazanımların yer aldığı bir doküman hazırlanmamıştır. Hızlı değişimlere ayak uydurabilecek, esnek ve dinamik bir fizik dersi öğretim programı hazırlamak kaçınılmaz olmuştur. Hâlen uygulanmakta olan lise Fizik Dersi Öğretim Programı nın değerlendirilmesi amacıyla Millî Eğitim Bakanlığı, Eğitimi Araştırma ve Geliştirme Dairesi (EARGED) tarafından hazırlanan ihtiyaç belirleme çalışması ile Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı aracılığıyla illerde kurulmuş çalışma komisyonlarının göndermiş oldukları raporların sonucunda, uygulanmakta olan Fizik Dersi Öğretim Programında değişiklik yapılmasının zorunlu olduğu ortaya konulmuştur. Bu gerçekler ışığında ulusal ve evrensel gelişmeler, çağdaş öğrenme, ölçme ve değerlendirme yaklaşımları ile ülkemizde ve dünyada fizik dersi öğretim programlarına ilişkin alan taraması yapılarak Fizik Dersi Öğretim Programı hazırlanmaya başlanmıştır. 4

7 1.1. Fizik Dersi Öğretim Programının Felsefesi ve Vizyonu Giriş Öncelikle ülkemizde fizik dersi öğretim programı geliştirme süreci irdelenmiştir. Bu amaçla cumhuriyetten sonra yılları arasında yapılmış olan tüm fizik dersi öğretim programları incelenerek programın tarihsel gelişimi ortaya konmuştur. Bu da fizik dersi öğretim programına daha geniş bir çerçeveden bakma olanağı vermiştir. Ülkemizde ve dünyada fizik dersi öğretim programlarına ilişkin makale taraması yapılarak bilimsel çalışmalarda ortaya konulan ulusal ve evrensel düzeydeki tespit ve öneriler, ilgili komisyon tarafından incelenmiş, elde edilen sonuçlar yeni öğretim programına önemli yansımalarda bulunmuştur yılında uygulanmaya başlayan ilköğretim birinci kademe (4 ve 5. sınıf) ve 2005 yılında uygulanmaya başlayan ikinci kademe (6, 7 ve 8. sınıf) Fen ve Teknoloji Dersi Öğretim Programları gözden geçirilmiştir. Bu programlarda öğrenilen anahtar kavramlar öğrencilerin ön bilgilerine önemli bir temel oluşturduğundan, Fizik Dersi Öğretim Programındaki bilgi kazanımları, bu kavramları dikkate alarak işlenmeye başlanacak şekilde tasarlanmıştır. Fen ve Teknoloji dersi öğretim programındaki sarmal yaklaşımın yanı sıra Bilimsel Süreç Becerileri, Fen-Teknoloji-Toplum-Çevre kazanımları, Tutum ve Değerler yeni Fizik Öğretim Programına önemli yansımalarda bulunmuştur. Millî Eğitim Bakanlığına bağlı Eğitimi Araştırma Geliştirme Dairesi (EARGED) tarafından yapılmış olan fizik dersi ihtiyaç analiz çalışması irdelenmiştir. Bu çalışmada yer alan öğretmen, öğrenci ve veli görüşleri yeni öğretim programına önemli katkılar sağlamıştır. Tüm illerde müfettiş ve fizik öğretmenlerinden oluşan komisyonlar tarafından hazırlanan raporlar, çeşitli betimsel istatistik yöntemleriyle düzenlenmiştir. Bu raporlarda yer alan yüksek sıklıklı öneriler, programın hazırlanması esnasında dikkate alınmıştır. 30 farklı ülkede (İngiltere, İrlanda, Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çekoslovakya, Ekvator, Finlandiya, Yunanistan, Almanya, Macaristan, İtalya, Hollanda, Norveç, Polonya, Portekiz, Güney Afrika, Slovakya, İspanya, İsviçre, ABD, Yeni Zelanda, Avustralya, Singapur, Malezya, Hong Kong, Kore, Japonya, Kanada ve Fransa) uygulanmakta olan fizik öğretim programları çeşitli kriterler açısından incelenmiştir. Özellikle uluslararası sınavlarda fizik ve fen alanlarında başarılı olan ülkelerin öğretim programlarında ortak olan bilgi ve beceri kazanımları, yaklaşım ve stratejiler programa yansıtılmaya özen gösterilmiştir. 5

8 Fizik Dersi Öğretim Programında sarmal yapı esas alınmıştır. Dört yıllık lise boyunca 9. sınıfta tüm öğrencilerin fizik dersi alması öngörülürken; 10, 11 ve 12. sınıflarda ise sadece uygun alanları seçen öğrenciler fizik dersi alacaklardır. Dolayısıyla 9. sınıf fizik dersi diğer sınıflardan farklı bir yaklaşımla ele alınmıştır. Bu sınıfta tüm bireylerin yaşamları boyunca karşılaşması olası fizik olay ve olgularına ağırlık verilmiştir. Herkes için gerekli olan fizik konuları, yaşam bağlantıları kurularak bu sınıfta verilmeye çalışılmıştır. 10, 11 ve 12. sınıflarda ise sarmal bir yaklaşımla ve yine yaşamla bağlantısı kurularak gerekli olduğu düşünülen tüm fizik konuları mümkün olduğunca kavramsal düzeyde verilmeye çalışılacaktır. Temelde Fizik Dersi Öğretim Programı nın iki katmanı bulunmaktadır: Bunlardan birincisi bilgi kazanımları, ikincisi ise beceri kazanımlarıdır. 11. sınıftaki bilgi kazanımları Madde ve Özelikleri, Kuvvet ve Hareket, Manyetizma, Modern Fizik, Dalgalar ile Yıldızlardan Yıldızsılara ünitelerinde yer almaktadır. Bu ünitelerde bilgi kazanımlarının yanı sıra Problem Çözme Becerileri (PÇB), Fizik-Teknoloji-Toplum-Çevre (FTTÇ) kazanımları; Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB), Tutum ve Değerler (TD) ile ilgili beceri kazanımları da bulunmaktadır. Bu beceri kazanımları yukarıda sıralanan bilgi kazanımlarına çapraz olarak yedirilmiştir. Fizik Dersi Öğretim Programı nda yaşam temelli yaklaşım (real life context-based) esas alınmıştır yılının ortalarında Jan Amos Comenius, öğretime her birey tarafından gerçek yaşamda karşılaşılan ve mümkün olduğunca çok sayıda duyu organımıza hitap eden cisimlerle başlanması gerektiğini vurgulanmasına ve aradan geçen yaklaşık 400 yıllık sürede yapılmış olan birçok bilimsel çalışmada güncel yaşam bağlantılı öğretimin etkililiği ortaya konulmuş olmasına rağmen, yakın zamana kadar yaşam temelli yaklaşım öğretim programlarına yansıtılmamıştı. Yaşam temelli öğretim yaklaşımı; İngiltere (the Salters Approach ve SLIP :Supported Learning in Physics Project), Almanya, Finlandiya (ROSE: The Relevance of Science Education), İsrail (STEMS: Science, Technology Environment in Modern Society), ABD (ChemCom: American Chemical Society) ve Hollanda (PLON: Dutch Physics Curriculum Development Project ve NiNa) da yapılan büyük proje ve bilimsel çalışmalarda ayrıntıları ile incelenmiştir. Bu çalışmalarda, yaşam temelli öğretim yaklaşımının öğrencilerin derse karşı ilgi ve motivasyonunu arttırdığı 6

9 ortaya konmuştur. Yaşam temelli yaklaşımın fizik ve fen öğretim programına yansımasında özellikle Avustralya ve Yeni Zelanda öncülük etmiştir. Yaşam temelli yaklaşım ve Fizik- Teknoloji-Toplum-Çevre (FTTÇ) kazanımları birbiri ile iç içe geçmiş durumdadır. Her iki yaklaşım da soyut gibi algılanabilen fizik kavramları ile gerçek yaşam arasında bağ kurmaktadır. Yapılan çalışmalar sonucunda Avrupa ülkeleri daha çok yaşam temelli yaklaşıma ağırlık verirken Amerikalıların Bilim-Teknoloji-Toplum-Çevre kazanımlarına özel önem verdikleri sonucuna ulaşılmıştır. Bu öğretim programında yaşam temelli yaklaşım ile FTTÇ kazanımları birbirini tamamlayacak şekilde verilmiştir. Fizik dersinde karşılaşılan sorunların başında bilimsel hatalar ve kavram yanılgıları yer almaktadır. Yeni öğretim programına uygun yazılacak ders kitaplarında bilimsel hata ve kavram yanılgılarının en aza indirgenmesi için önlemler alınmıştır. Bu amaçla gerek ülkemizde gerekse yurt dışında yapılan bilimsel çalışmalar sonucu belirlenen ve yaygın olan kavram yanılgıları öğretim programında belirtilmiştir. Kavram yanılgıları öğrencilerin zihninde kolayca giderilememektedir. Kavram yanılgılarının giderilebilmesi öğrencilerin zihinsel ve fiziksel olarak aktif katılımını gerektiren kavramsal değişim süreci gerektirir. Öğrencilerin düşeceği olası kavram yanılgıları için öğretmenler ve kitap yazarları yeni öğretim programında belirgin şekilde uyarılmaktadır. Fizik Dersi Öğretim Programının Vizyonu Fiziğin yaşamın kendisi olduğunu özümsemiş, karşılaşacağı problemleri bilimsel yöntemleri kullanarak çözebilen, Fizik-Teknoloji-Toplum ve Çevre arasındaki etkileşimleri analiz edebilen, kendisi ve çevresi için olumlu tutum ve davranışlar geliştiren, bilişim toplumunun gerektirdiği bilişim okuryazarlığı becerilerine sahip, düşüncelerini yansız olarak ve en etkin şekilde ifade edebilen, kendisi ve çevresi ile barışık, üretken bireyler yetiştirmektir. Fiziği yaşamın her alanında görebilen, fiziği vizyonda bahsedilen becerilerle öğrenen ve becerilerini de fizik bilgisi ile geliştirebilen yaratıcı bireylerin yetiştirilmesi hedeflenmektedir. Bu vizyona ulaşmak için yaşam temelli yaklaşım ile bilgi ve beceri kazanımlarımız Fizik Dersi Öğretim Programının misyonunu oluşturmaktadır. Fizik Dersi Öğretim Programının misyonunu ayrıntılı olarak incelemek için Fizik Dersi Öğretim Programının Öğrenme Alanları bölümü okunabilir. 7

10 1.2. FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMININ GEREKÇESİ ve İHTİYAÇ ANALİZİ ÇALIŞMALARI Fizik dersi öğretim programı geliştirme komisyonu, her öğretim programının geliştirilmesinin ilk basamağını oluşturan ihtiyaç belirleme çalışmasına özel bir önem vermiştir. Bu anlamda bundan önce yapılan çalışmalar ihtiyaç analizi kapsamını oluşturacak şekilde toplanmıştır Fizik Dersi Programları Uygulamalarının Tarihsel Gelişimi Ülkemizde uygulanmış olan fizik dersi öğretim programları incelendiğinde görülecektir ki ilk çalışma 1934 yılında yapılmıştır. Takip eden 1935, 1938 ve 1940 yıllarında da fizik dersi öğretim programları hazırlanmıştır. Ancak bu programlar, yalnızca konu başlıklarını içeren bir liste biçimindedir lerden itibaren başta Amerika olmak üzere bazı gelişmiş ülkelerdeki öğretim programlarını çağın gereklerine uygun hâle getirme çalışmaları başlamıştır. Bu gelişmeleri Milli Eğitim Bakanlığı da yakından takip etmiş ve 1960 lı yıllarda fen eğitimini geliştirme çalışmalarını başlatmıştır. Buradan hareketle çağdaş eğitim felsefesine uygun, bilimsel yöntemlerle fen eğitiminin yapılmasına ve lise bazındaki fen programlarının uygulanmasına Ankara Fen Lisesi nin 1964 te açılmasıyla başlanmıştır öğretim yılında ise bu programın dokuz pilot lisede daha uygulamasına geçilmiştir. Bu liselerde uygulanan fen programlarının değerlendirilmesi sonucunda, öğretim yılında, 100 lise ve 89 öğretmen okulunda söz konusu programlar uygulanmıştır. Yeni fen öğretim programları modern fen, eski programlar ise klasik fen olarak anılmaya başlanmıştır. Zamanla modern fen uygulayan lise ve mesleki liselerin sayısı 843 e yükselmiştir. Bu aşamada klasik fen programı uygulayan liselerimizin sayısı ise 1445 idi öğretim yılına kadar liselerimizde biri modern fen, diğeri klasik fen olmak üzere iki farklı fen programı (dolayısıyla iki farklı fizik öğretim programı) uygulanmıştır yılında bu ayrıma son verilerek tüm liselerimizde öğretim yılından itibaren tek tip fen öğretim programlarının uygulanmasına geçilmiştir. Talim ve Terbiye Kurulunun tarih ve 173 sayılı, Eğitim ve Öğretim Yüksek Kurulunun tarih ve 19 sayılı kararlarıyla lise ve dengi okullarda okutulan klasik ve modern fen dersleri öğretim programlarındaki farkın kaldırılması amacı ile fizik, kimya ve biyoloji 8

11 programlarının öğretim yılında orta öğretim kurumlarında uygulanması kararlaştırılmıştır. Talim ve Terbiye Kurulunun tarih ve 128 sayılı kararıyla sınıf geçme sistemi kaldırılıp yerine ders geçme ve kredi sistemi getirilmiştir. Bu sistemle birlikte 9. sınıflara zorunlu Fen Bilimleri dersi konulmuş, Fizik dersi 1985 programının konuları da Fizik-1, Fizik-2 ve Fizik-3 adları ile alan dersi hâline getirilmiştir öğretim yılında kredili sisteme geçilirken lise 1. sınıflar için fen bilimleri dersinin içinde yer alan konular yeniden belirlenmiştir. Sadece bu öğretim programı hedefli ve davranışlı olarak yapılmıştır. Lise 2. sınıfta yer alan Işık konusu lise 3. sınıfa kaydırılmıştır. Lise 3.sınıftaki Yarı İletkenler ve Atom Çekirdeği (alfa, beta, gamma ışınları, Rutherford saçılma yasası, çekirdeğin yapısı) konuları programdan çıkarılmıştır. Talim ve Terbiye Kurulunun tarih 260 sayılı kararıyla ders geçme ve kredi sistemi de kaldırılıp yerine sınıf geçme sistemi getirilmiştir. Bu sistemde lise 1 ortak sınıftır, tüm lise 1 öğrencileri aynı dersleri okumaktadır. Ders geçme ve kredili sistemde zorunlu olarak okutulan lise 1. sınıftaki fen bilimleri dersi kaldırılıp bu dersin müfredatında yer alan fizik konuları Fizik-1 adı altında programa alınmıştır Programı nda okutulan tüm fizik konuları da lise 2 ve lise 3 ün alan sınıflarına dağıtılmıştır. Talim ve Terbiye Kurulunun tarih ve 184 sayılı kararı ile ortaöğretimin yeniden yapılandırılması çalışmaları çerçevesinde liseler dört yıla çıkarılmıştır. Bu değişiklikten dolayı uygulanmakta olan Lise Fizik Dersi Öğretim Programı, içerik açısından hiçbir değişiklik yapılmadan belirli bir mantık çerçevesinde dört yıla yayılarak yeniden düzenlenmiştir. Talim ve Terbiye Kurulunun tarih ve 193 sayılı kararıyla da okullarda uygulamaya konulmuştur yılı ve sonrasında yapılan program değişikliklerinin hemen hemen hepsi, lise fizik dersi 1985 müfredatını esas alan, sadece konuların sınıflara dağılımını değiştiren biçimsel değişikliklerdir. Cumhuriyet tarihi boyunca yapılan hiçbir fizik dersi öğretim programı (Sadece 1992 yılında yapılan lise 1. sınıf fen bilimleri dersindeki fizik konuları hedef ve davranışlar içermesine ve bazılarında genel amaçlar ve açıklamalar yer almasına rağmen) konu başlıkları listesinden öteye geçememiştir. Günümüzde amaçları, kazanımları, etkinlikleri, teknoloji ile ilişkisi, ölçme ve değerlendirme boyutları tanımlanmış çağdaş bir fizik programı hazırlanmasına ihtiyaç duyulmuştur. 9

12 TTKB-Ortaöğretim Fizik Dersi Öğretim Programı Hakkındaki Raporların Değerlendirilmesi Hazırlanacak öğretim programından yararlanacak olanların memnuniyeti yani beklenti ve ihtiyaçlarının karşılanma düzeyi, hazırlanmış olan programın kalitesiyle başarısını belirleyecektir. Bu bağlamda yeni ders programının hazırlanma aşamasında sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı ile ilgili olarak 24 Ekim 2003 tarih ve sayılı TTKB tarafından ülkemiz genelinde illerde oluşturulan komisyonlardan, kamu kuruluşları ile sivil toplum örgütlerinden raporlar gelmiştir. 78 il ile resmî ve sivil 10 kuruluştan gelen ve açık uçlu olan bu raporlar inceleme sonucunda, ilave edilmesi istenen konular, çıkarılması istenen konular, hafifletilmesi istenen konular, yer değiştirilmesi istenen konular, ders saatinin yeterliliği. gibi vurgular öne çıkmış ve bu kriterler ışığında raporlar değerlendirilmiştir. Elde edilen veriler çalışmalarımızda kullanılmıştır. Bu verilerden en göze çarpanları şu şekilde özetlenebilir (Bu veriler, çalışmanın yapıldığı 2004 yılına ait olması nedeniyle üç yıl olan Lise Fizik Dersi Öğretim Programı ile ilgilidir öğretim yılında dört yıla çıkarılan programdaki konu dağılımlarını kapsamamaktadır.): Lise 1. sınıfa Sıvıların Basıncı ve Kaldırma Kuvveti eklenmeli (%65,9); Lise 2. sınıf Kuvvet konusunun sonuna Basit Makineler eklenmeli (%26,1); Lise 3. sınıftaki Işık Teorileri, Atom Teorisi ve Yüklerin Elektriksel Alanda Hareketi programdan çıkarılmalı (%21,6). Madde ve Elektrik konusu Lise 1. sınıftan çıkarılıp Lise 2. sınıfa konulmalı (%30,7); Lise 1. sınıfın haftalık ders saati artırılmalı (%60,2); Lise 2. sınıf programı hafifletilmeli (%38,6); Lise 2. sınıf haftalık ders saati artırılmalı (%23,9); Lise 3. sınıf ÖSS ye uyumlu olmalı (%42); Fizik ve matematik dersi konuları birbiriyle uyumlu ve eş zamanlı olmalı (%28,4); Lise 2. sınıf konuları ÖSS ye uyumlu olmalı (%18,2). 10

13 EARGED Ortaöğretim Kurumları Fizik Programı İhtiyaç Belirleme Analiz Raporu Millî Eğitim Bakanlığı, Eğitimi Araştırma ve Geliştirme Dairesi (EARGED) Başkanlığının tarih ve sayılı Bakan Onayı ile Fizik Dersi Öğretim Programı nı Geliştirme Komisyonu kurulmuştur. İhtiyaç belirleme çalışmalarına, Ankara da belirlenen bazı okulların öğretmenlerine anket uygulanması ve zümre öğretmenlerinin belirlediği görüş ve önerilerin değerlendirilmesi ile başlanmıştır. Türkiye nin 7 coğrafi bölgesinden ikişer ilde belirlenen liselerdeki öğretmen, öğrenci ve velilere anket uygulaması yapılmıştır. Bu çalışmalarda 342 öğretmen, 7541 öğrenci, 1500 öğrenci velisine ulaşılmıştır. Kapsam alanı içinde MEB e bağlı 61 lise yer almıştır. Bu görüşlerden ön plana çıkan hususlar şunlardır: Öğretmenler; programdaki tüm konuların ele alınıp işlenişleriyle öğretmen kılavuzunda verilmesini (%77) ve öğretmen kılavuzunda ölçme-değerlendirme çalışmasına ünite/konu sonunda yer verilmesini (%52) istemekte; fizik derslerinin laboratuarlarda, deneylerle işlenmemesinin en önemli nedeni olarak mekân ve araç-gereç yetersizliğini belirterek (%52), lise fizik derslerinin haftalık ders saatini yetersiz (%70) bulmaktadırlar. Öğrenciler; konular ilgi çekici, günlük yaşamla bağlantılı, öğrencinin seçeceği mesleklere katkısı olduğunda ve konuları deney yaparak öğrendiklerinde fizik dersini sevdiklerini (%49); deneylerden yeteri kadar yararlanamama nedenlerinin; deneylerin öğretmenler tarafından yapılması olarak belirtmişlerdir (%41). Veliler; fizik dersinin gözlem ve deneyle yapılmasını (%53) istemiş; çocuklarının fizik dersine karşı az ilgili olduğunu ifade etmiş (%49) ve çocuklarının çevresindeki araçgereçlerin yapısı ve çalışma ilkelerini kısmen açıklayabildiğini belirtmiştir (%55). 11

14 Dünya Ülkelerinde Fizik Dersi Öğretim Programları Ulusal boyutta ihtiyaç analizi çalışması; EARGED tarafından yapılan ulusal ölçekli ihtiyaç belirleme çalışmasını, TTKB tarafından illerde oluşturulan komisyonlardan, resmî ve sivil kuruluşlardan alınan raporları ve ulusal boyutta yapılan literatür taramasını içermektedir. Uluslararası boyutta ihtiyaç analiz çalışması ise; uluslararası boyutta yapılan literatür taraması ile farklı ülkelerin uygulamakta olduğu fizik öğretim programlarını kapsamaktadır. Farklı ülkelerin uygulamakta oldukları fizik öğretim programları incelendiğinde 30 farklı ülkenin (İngiltere, İrlanda, ABD, Kanada, Avustralya, Yeni Zelanda, Singapur, Hong Kong, Malezya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, İspanya, Hollanda, Finlandiya, Slovakya, Avusturya, Ekvator, Macaristan, Güney Afrika, Norveç, Almanya, Yunanistan, Polonya, İtalya, Portekiz, İsviçre, Japonya, Kore ve Fransa) programına ulaşılmıştır. Bu ülkelerin bir kısmının öğretim programına İngilizce olarak doğrudan ulaşılmış, bir kısmının ise fizik dersi öğretim programı ile ilgili açıklama ya da tanıtım yazıları incelenmiştir. Fizik dersi öğretim programını ayrıntıları ile incelediğimiz bazı ülkelerin fizik dersini uygulama ile ilgili ortak özelikleri tablo hâlinde verilmiştir yılından beri Kanada, Avustralya, İrlanda ve Almanya nın birçok eyaletinde öğretim programları yenilenirken, Malezya da ise hâlen devam etmekte olan köklü bir reform hareketi göze çarpmaktadır. Aşağıdaki tabloda bu değişimleri yaşayan ülkelerin yanı sıra dünyanın farklı coğrafi bölgelerinden (ABD, Kore vb.), TIMMS ya da PISA sınavlarında son yıllarda yüksek performans gösteren ülkelerin (Singapur vb.) ulaşılabilen ölçüde fizik öğretim programları çeşitli kriterler açısından değerlendirilmiştir. Tablonun sonunda ise programlarda dikkat çeken bazı önemli yanlar vurgulanmıştır. Tablodaki veriler, ülkelerin programla ilgili dokümanlarında ve İnternet sayfalarında yer alan bilgilere ulaşabildiği ölçüde hazırlanmıştır. 12

15 İncelenen Kriterler Ülke Düzey İrlanda Avustralya ABD Kore Singapur Hong Kong Yeni Zelanda Malezya Öğrenciler fizik dersini almaya ne zaman başlıyor? Seçmeli fizik dersi ne zaman başlıyor? Haftalık/yıllık ders saati sayısı Sarmal yaklaşım Herkes için fen/isteyen öğrenciler için fen ayrımı 9. sınıf 10. sınıf Fiziksel bilimler dersi adı X (14 yaş) 11. sınıf X X altında 9. sınıfta fizik X X dersi konularını 12. sınıf X X okumaya başlıyorlar. X X 9. sınıf fen (fiziksel bilimler, yeryüzü bilimi, yaşam X 10. sınıf bilimi) 11. sınıf X X X X X 12. sınıf X X X X X 9. sınıf 4 4/192 4/? 10. sınıf 4 4/192 4/? 11. sınıf 6 / / sınıf 6 / /102 Var X X X Kısmen X X X Yok Var X Temel ve genişletilmiş olmak üzere Yok X X X iki bileşenden oluşuyor. X 15 yaş

16 1.3. FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI NIN TEMEL YAPISI Programı geliştirirken bu başlık altında temel alınan kavram, görüş ve yaklaşımlardan bahsedilecektir. Program, öğrencilerin hepsinin eğitilebileceğini yani eğitilemeyecek öğrencilerin olmadığını varsayar. Öğrenciyi öğrenmekten zevk alan, bazen sahip olduğu becerileri ile bilgilere erişebilirken bazen de sahip olduğu bilgiler ile becerilerini geliştirebilen, meraklı, yaratıcı ve kritik düşünebilen, öğreniminden en fazla kendisini sorumlu tutan bir birey olarak tanımlar. Fizik konularının, bilim ve teknolojinin en temel konularından biri olduğunu ve fizik dersini, fen ve teknoloji dersinin bir devamı olarak görür. Fizik alanının içeriği kadar becerilerin de önemli olduğunu vurgulamak için öğrenme alanları, bilgi ve beceri kazanımları olarak ayrılır ve bunlar birbirinin içerisine çapraz olarak yedirilir. Program sarmal bir yapıya sahiptir. Bu nedenle her bilgi kazanımı 9. sınıftan itibaren üst sınıflara doğru gidildikçe basitten karmaşığa, kolaydan zora, somuttan soyuta, yakından uzağa genişletilerek ve derinleştirilerek verilmiştir. Ancak matematik öğretim programıyla eşgüdümlü bir çalışma olanağı yaratılamadığından bu süreç olması gerektiği kadar sağlıklı gerçekleşememiştir. Öğrenmenin doğal ortamlarda ve ihtiyaç olduğunda daha kolay, anlamlı ve kalıcı olarak gerçekleşeceğini varsayar. Bundan dolayı öğrenciler klasik yaklaşımla fizik kavram ve yasalarını öğrendikten sonra bunlara yaşamından örnekler aramak yerine direkt yaşamdaki olaylardan başlayıp fizik kavram ve yasalarını öğrenmeyi ihtiyaç hâline getirir yani yaşam temelli bir yaklaşımı benimser. Bu yaklaşım, fizik programının en temel anlayışıdır. Öğrenme yöntem ve yaklaşımlarından herhangi birini merkeze almaz. Hepsinin içerik, öğrenci, zaman ve olanaklara göre kullanılabileceğini varsayar. Anlamlı ve kalıcı öğrenmenin olması için öğrencinin zihinsel ve fiziksel olarak aktif olması, hızlı geri bildirimlerin önemini ve kavramsal gelişimi amaçlayan yaklaşımların kullanılması gerektiğini vurgular. Ölçme ve değerlendirmenin öğrenme sürecinin ayrılmaz bir parçası olduğunu bilir. Dolayısıyla otantik ölçümlerin yaygın olarak kullanılmasına çalışır. Ölçme ve değerlendirmenin yalnızca not verme amaçlı değil; aynı zamanda gruplama, tanılama ve dönüt verme amaçlı yapılması gerektiğini vurgular. 14

17 Sınıflarımızda özel becerili ve özel ihtiyacı olan öğrencilerin de bulunabileceğini varsayıp öğrencilerin sıkılmaması ve dersten kopmaması için denge gözetilmiştir. Bu öğrencilerin sınıfın bir parçası olarak öğrenimlerine devam etmeleri hem kendilerinin hem de sınıfın genel başarısı için önemlidir. Bilgi kazanımlarına beceri kazanımları çapraz olarak yedirilerek öğrencilerin bilgiyi edinmeden önceki deneyim eksikliklerinin beceri kazanımları ile giderilmesi hedeflenmektedir. Bu yolla cinsiyetleri ve sosyo-ekonomik seviyeleri farklı olan öğrencilerin fizik başarılarındaki farkın ortadan kaldırılması beklenmektedir. Eğitimde kullanılan dilin ve teknoloji kullanımının önemine vurgu yapmak için bilişim ve iletişim beceri kazanımları oluşturulmuştur. Bu becerilerin gelişmesi sağlanırken aynı zamanda da bu beceriler ile fizik öğrenimi zenginleştirilmiştir. 15

18 1.4. FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMININ TEMEL YAKLAŞIMI Program ın Öğrenme Yaklaşımı Son yıllarda öğretim programlarında yapılan değişikliklerin ve yenilik hareketlerinin en önemli gerekçelerinden birisi de öğrenme ve öğretme süreçlerinde teknolojik ve bilimsel gelişmelere dayalı anlayış değişiklikleridir. Bireylerin öğrenmesi ile ilgili alanlarda yapılan araştırmaların sonuçları, anlamlı ve verimli öğrenme süreçleri hakkındaki bilimsel görüşlerin değişmesini sağlamıştır. Bu değişim, öğrenme kavramına yüklenen anlamın da değişmesine yol açmıştır. Öğrenmeyi, öğrencilerin disiplinli talim ve uygulamaları sonucunda elde edilen fayda olarak görme anlayışından; öğrenmeyi zihinsel bir süreç olarak algılayan, anlama ve bilgileri değişik alanlara uygulayabilmenin önem kazandığı bir anlayışa geçilmiştir. Bu anlayış değişikliğine rağmen öğrenme kuramları, bireyin nasıl öğrendiği sorusuna tam olarak cevap bulabilmiş değildir. Fakat gelişim psikolojisi, bilişsel psikoloji ve fen bilimleri eğitimi alanlarındaki bilimsel çalışmaların bulguları, bazı alanların örneğin tarih, matematik ve fen bilimlerinin öğrencilere nasıl daha verimli bir şekilde öğretilebileceği konusunda ipuçları vermektedir. Öğrenmenin pasif bir süreç olmadığı ve bireyin öğrenme ortamına getirdiği ön bilgi düzeyinin zihinsel bir süreç olan öğrenme üzerindeki en önemli faktörlerden biri olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca öğrenme, bireye özgü bir süreç olmakla birlikte her bireyin bilişsel, duyuşsal ve fiziksel olarak etkin katılımını gerektirmektedir. Bireyin çevresi ile etkileşimi ve aktif katılımı sonucunda sosyal olarak oluşturduğu bilgiyi benzer durumlarda uygulaması ve kullanması öğrenmeyi pekiştirmektedir. Hangi alanların daha verimli bir şekilde nasıl öğretilebileceği birçok faktöre bağlı olmakla birlikte; öğretilecek alanın doğası, öğrencilerin hazır bulunuşluk düzeyi, kullanılacak öğretim yöntemleri ve öğretmen yeterlikleri bu süreci çok yakından etkilemektedir. Genel olarak fen bilimleri özel olarak fizik dersinin verimli bir şekilde nasıl öğretilebileceği konusu son yıllarda en çok araştırılan konulardan biridir. Bu konudaki çalışmaların bulguları yeni Fizik Dersi Öğretim Programı nın öğrenme ve öğretme yaklaşımının belirlenmesinde esas teşkil etmektedir. Fizik dersi öğretilirken ve öğrenilirken ilk olarak öğrenmenin pasif bir süreç olmadığının, öğrenme ve öğretme ortamına bireylerin boş zihinlerle gelmediğinin, bilginin 16

19 öğretmenden öğrenciye doğrudan olduğu gibi aktarılmadığının bilinmesi ve kabul edilmesi gerekmektedir. Öğrenme sürecinde karşımızdaki her bireyin zihninde bir kavramsal yapıya sahip olduğu ve bu kavramsal yapının bireyin kendisinden, çevreden, öğretmenden ve ders kitaplarından kaynaklanan eksik ya da yanlış bilgiler veya kavram yanılgılarına sahip olabileceği bilinmektedir. Özellikle kavram yanılgılarının giderilmesinin çok kolay olmadığı ve kavram yanılgılarının öğrenmenin önündeki en büyük engellerden biri olabileceği bilgisi fizik dersinin öğretilmesi ve öğrenilmesi sürecinde dikkate alınması gereken en önemli unsurdur. Fizik dersinde öğrenme; öğrencilerin ön bilgilerinin geçerliğini kontrol edebileceği, gerçek yaşamda karşılaştıkları bağlamların temel alındığı ve öğrencinin etkin olarak katılabileceği etkinliklerden oluşan öğrenme ortamlarında gerçekleştirilmelidir. Ayrıca bu öğrenme ortamlarının öğrenciye yeni öğrenilen kavramı pekiştirebilmesi için fırsatlar sunması gerekmektedir. Bu bağlamda öğrencilerin Fizik Dersi Öğretim Programı nda belirlenmiş olan kazanımları anlamlı bir şekilde yapılandırmaları ve bu kazanımları gerekli ortamlarda kullanabilmelerini sağlayacak en uygun öğretim yöntem veya yöntemlerini seçmek çok önemlidir. Bir konuda ne öğretileceği, nasıl öğretileceği ve nasıl ölçülüp değerlendirileceği birlikte düşünülmesi gereken konulardır. Fizik dersinde neyin öğretileceği öğretim programının bilgi ve beceri kazanımlarında belirtilmiştir. Bunların nasıl öğretilmesi gerektiği ise bu bölümde, nasıl ölçülüp değerlendirilmesi gerektiği ise bir sonraki bölümde tartışılacaktır. Öğretim Yöntemleri Değişik öğrenme kuramlarının ana hatlarını temel alarak geliştirilen birçok öğretim yöntemi bulunmaktadır. Genel olarak öğrenci ve öğretmen merkezli olarak sınıflandırılabilecek bu yöntemlerin her birinin olumlu ve olumsuz yanları bulunmaktadır. Bu yöntemlerin içerisinde bir konunun en verimli şekilde hangi öğretim yönteminin kullanılarak öğretilebileceği, dersin ve konunun doğasına, öğrencilerin hazır bulunuşluk düzeyine, öğretmen yeterliliklerine ve ortamın fiziksel şartlarına bağlıdır. Öğrenme, öğretme ve fen bilimleri eğitimi alanlarındaki araştırmaların yanında fiziğin ve fizik konularının doğası bu dersin öğretiminde bazı yöntemlerin kullanımını ön plana çıkarmaktadır. Bu yöntemler öğrenme ve öğretme konusunda yukarıda belirtilen yaklaşımları dikkate alan, bireysel farklılıkları ön plana çıkaran, laboratuar ortamında yapılan deneylere ve sınıf etkinliklerinde grup çalışmalarına yer veren yöntemlerdir. Bilimsel araştırma sürecinde izlenen basamakları dikkate alarak geliştirilen sorgulama ve araştırmaya dayalı öğretim yöntemleri (buluş, keşif ve sorgulayıcı araştırma yöntemi) ve kavramsal değişimi temel alan 17

20 öğretim yöntemleri (kavramsal değişim metinleri, analojiler, 5E ve 7E) diğerlerine göre biraz daha öne çıkan öğretim yöntemlerdir. Bu yöntemlerin diğerlerine göre biraz daha fazla kullanılması fizik dersine ait kazanımların daha iyi öğrenilmesine, öğrencilerin daha düzenli kavramsal yapılara ve becerilere sahip olmasına neden olacaktır. 18

21 Program ın Ölçme ve Değerlendirme Yaklaşımı Öğrenme sürecinde olduğu gibi ölçme ve değerlendirme sürecinde de kullanılmak için birçok teknik bulunmaktadır. Bu tekniklerin her birinin olumlu yönleri ve sınırlılıkları vardır. Öğrenme ve öğretme sürecinde en uygun ölçme tekniğinin hangisi olduğuna karar vermek ölçmenin ne amaçla yapılacağına, dersin ve konunun doğasına, ne öğretileceğine ve nasıl öğretileceğine bağlı olarak değişmektedir. Fizik Dersi Öğretim Programı nın ölçme ve değerlendirme yaklaşımı; ölçme ve değerlendirme yapılırken dönem ortası ve sonunda uygulanan, sadece bilgiyi ve sonucu ölçen bir yaklaşımdan ziyade bir süreci ölçen, öğrenmenin bir parçası olarak düşünülen, bilgiyi ölçerken beceriyi de ölçebilen tekniklerin yoğun kullanılmasını gerektiren bir yaklaşımdır. Bu bağlamda not verme dışında ölçme ve değerlendirme üç amaçla yapılmalıdır. Bunlardan ilki ön bilgileri belirleme, planlama, gruplama ve rehberlik amacıyla yapılan tanıma amaçlı ölçme ve değerlendirmedir. Burada amaç öğrencilerin bu derste başarılı olması için gerekli bilgi ve beceriler niteliğindeki ön koşullara sahip olup olmadıklarını belirlemektir. İkincisi öğrenme sürecinde düşünmeyi ve öğrenmeyi izleme amaçlı bilgilendirici ölçme ve değerlendirmedir. Buradaki amaç eksikliklerin yeni konu ya da üniteye geçmeden önce giderilmesidir. Son olarak da öğrencinin öğrenme zorluklarını teşhis etmek için yapılan tanılayıcı ölçme ve değerlendirmedir. Bu ölçme ve değerlendirmeler mümkün olduğunca otantik ortamlarda (öğrenirken) ve performansa dayalı olarak gerçekleştirilmelidir. Ölçme ve değerlendirme tekniklerinin seçimi konusunda da öğrenilecek konunun yapısı, öğrenme ve öğretme sürecinde kullanılan yöntemin özelikleri, ölçme ve değerlendirmenin yapılış amacı bazı teknikleri diğerlerine göre biraz daha ön plana çıkarmaktadır. Ölçme ve değerlendirme farklı amaçlar için yapılırken bilgiyi ölçmek için farklı, beceriyi ölçmek için farklı, hem bilgiyi hem beceriyi aynı anda ölçmek için de farklı teknikler kullanılabilir. Genel olarak seçme (doğru-yanlış, çoktan seçmeli, eşleştirme vb.) ve tamamlama (boşluk doldurma, açık uçlu sorular vb.) tipi olarak iki grupta toplanabilen tekniklerin uygun amaç için uygun olanını seçebilme ve uygulayabilme konusunda öğretmenler karar verebilmelidir. Ayrıca öğrenmede bireysel farklılıkların dikkate alındığı, bireyin kendine has özeliklerinin ortaya çıkarılarak ön bilgiler ile yeni bilgilerin kendine özgü biçimde yapılandırıldığı kabul edilmektedir. Bu nedenle öğretim yöntemlerinin çeşitlendirilmesinin gerekliliğine inanarak ölçme ve değerlendirme sürecinde de öğrencilere bilgi, beceri ve tutumlarını sergileyebilecekleri çoklu ölçme ve değerlendirme fırsatlarının sunulması Fizik Dersi Öğretim Programı nın ölçme ve değerlendirme yaklaşımını yansıtmaktadır. 19

22 2. FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI NIN ÖĞRENME ALANLARI 11. sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nın temel yapısı aşağıdaki modelde gösterilmiştir. Bu modelde; öğrenci beceri kazanımları ve bilgi kazanımları sırası ile ağaç, kök ve meyve ile temsil edilmektedir. Bilgi ve beceri kazanımlarının dönüşümlü olarak birbirini desteklediğini göstermek için ise su damlası kullanılmıştır. Şekil 1: 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nın Temel Yapısı 20

23 2.1. Fizik Dersi Öğretim Programı nda Beceri Kazanımları Program da, beceriler de içeriğin bir parçası olup Fen ve Teknoloji Programı nda olduğu gibi kazanımların yanına kodlanmıştır. Farklı öğretim programlarındaki beceriler, farklı başlıklar altında verilmektedir. Bu programda ise beceriler aşağıda gösterildiği gibi dört alanda toplanmıştır: Problem Çözme Becerileri (PÇB) Fizik-Toplum-Teknoloji-Çevre (FTTÇ) Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB) Tutum ve Değerler (TD) Ayrıntıları aşağıda listelenen kazanımlar ünitelerdeki ilgili kazanımlara çapraz olarak yedirilmiştir. Örneğin; Modern Fizik ünitesi ile ilgili olan, Atomun çekirdekten ve elektronlardan oluştuğunu gösteren ilk atom modelini açıklar (FTTÇ-1.b-g; BİB- 1.a-d,3.a-c). kazanımında amaçlanan bilgi kazanımının yanında FTTÇ kazanımlarından 1.b-g ile BİB becerilerinden 1.a-d ve 3.a.-c nin de öğrencilere kazandırılması amaçlanmıştır. Bu öğretim programına uygun yazılması beklenen kitaplarda bu minimum kazanımlar verilmelidir, yazarlar bunun dışında uygun gördüğü beceri kazanımlarını ek süre gerektirmeyecek şekilde kitaplara yansıtabilirler. 21

24 Problem Çözme Becerileri (PÇB) Bilimsel süreç becerileri, yaratıcı düşünme becerileri, eleştirel düşünme becerileri, analitik ve uzamsal düşünme becerileri, veri işleme ve sayısal işlem becerileri ve üst düzey düşünme becerileri bu başlık altında toplanmıştır. Problem Çözme Becerileri 1. Araştırılacak bir problem belirler ve bu problemi çözmek için plan yapar. a. Çözülecek problemi tanımlar. b. Ön bilgi ve deneyimlerini de kullanarak araştırmaya başlamak için çeşitli kaynaklardan bilgi toplar. c. Bilimsel bilgi ile görüş ve değerleri birbirinden ayırt eder. d. Belirlediği problem için sınanabilir bir hipotez kurar. e. Söz konusu problem veya araştırmadaki bağımlı, bağımsız ve kontrol edilen değişkenleri belirler. f. Değişkenlerin ölçüleceği uygun ölçüm aracını belirler. g. Problem için uygun bir çözüm tasarlar. 2. Belirlediği problemin çözümü için deney yapar ve veri toplar. a. Uygun deney malzemelerini veya araç-gereçlerini tanır ve güvenli bir şekilde kullanır. b. Gerektiğinde amacını gerçekleştirecek araçlar tasarlar. c. Kurduğu hipotezi sınamaya yönelik düzenekler kurar. d. Hipotez sınama sürecinde kontrol edilen değişkenleri sabit tutarken, bağımsız değişkenin bağımlı değişken üzerindeki etkisini ölçer. e. Ölçümlerindeki hata oranını azaltmak için uygun düzenekle yeterli sayıda ve gerekli özenle ölçüm yapar. f. Gözlem ve ölçümleri sonucunda elde edilen verileri düzenli bir biçimde birimleriyle kaydeder. 22

25 3. Problemin çözümü için elde ettiği verileri işler ve yorumlar. a. Deney ve gözlemlerden toplanan verileri tablo, grafik, istatistiksel yöntemler veya matematiksel işlemler kullanarak analiz eder. b. Analiz ve modelleme sürecinde sayısal işlem yaparken hesap makinesi, hesap çizelgesi, grafik programı vb. araçları kullanır. c. Verilerin analizi sonucunda ulaştığı bulguları matematiksel denklemler gibi modellerle ifade eder. d. Bulguları veya oluşturulan modeli yorumlar. e. Oluşturulan modeli değişik problemlerin çözümüne uyarlar. f. Problem çözümü esnasında yapılabilecek olası hata kaynaklarının farkına varır. g. Problem çözümlerinde gerekli matematiksel işlemleri kullanır. h. Araştırmanın sınırlılıklarını sonucu yorumlamada kullanır. i. Kendi bulgularını diğer bulgularla karşılaştırarak aralarında ilişki kurar. 23

26 Fizik-Teknoloji-Toplum-Çevre (FTTÇ) Kazanımları Bu beceriler; öğrencilerin, bilim ve teknolojinin doğasını, toplum ve çevreyle etkileşimini fizik bilimi çerçevesinde anlamalarını sağlayacak kazanımları içermektedir. Bu yaklaşım ile, bilim ile fiziğin ya da diğer bilim dallarının temelde birbirinden farklı olduğu düşünülmemelidir. Buradaki amaç; seçilen bağlamlardaki fiziğin doğrudan toplum, teknoloji ve çevre ile ilişkilerini vurgulamaktır. Sonuç olarak; FTTÇ kazanımları, Bilim-Teknoloji-Toplum-Çevre kazanımlarının fizik bilimi için uyarlanmış hali olarak algılanmalıdır. Fizik-Teknoloji-Toplum-Çevre Kazanımları 1. Fizik ve teknolojinin doğasını anlar. a. Fiziği tanımlar ve evrendeki olayları anlamaya yardımcı temel bilimlerden biri olduğunu kavrar. b. Fizik biliminin sınanabilir, sorgulanabilir, doğrulanabilir, yanlışlanabilir ve delillere dayandırılabilir bir yapısı olduğunu anlar. c. Fizik bilimindeki bilgilerin ivmeli bir şekilde arttığını fark eder. d. Fizik bilimindeki bilimsel bir bilginin her zaman mutlak doğru olmadığının, belli şartlar ve sınırlılıklar içinde geçerli olduğunun farkına varır. e. Fizik bilimindeki bilimsel bilginin değişiminde delillerin, kuramların ve/veya paradigmaların (bilim insanları tarafından ortaklaşa kabul edilen görüşlerin) rolünü açıklar. f. Fizik bilimindeki bilimsel bilginin değişiminin genellikle sürekli olduğunu fakat bazen de paradigma kayması şeklinde olabileceğini fark eder. g. Yeni bir delil ortaya çıktığında mevcut bilimsel bilginin sınanarak sınırlandığını, düzeltildiğini veya yenilendiğini fark eder. h. Anahtar fizik kavramlarının farkına varır (değişim, etkileşim, kuvvet, alan, korunum, ölçme, olasılık, kesinlik, ölçek, denge, madde-enerji ilişkisi, uzay-zaman yapısı, rezonans, entropi vb.). i. Fizik ile bilim felsefesi arasındaki ilişkiyi inceler. j. Teknolojiyi tanımlar ve teknolojik değişimin farkına varır. k. Teknolojik tasarımın bir süreç olduğunu ve çeşitli aşamalardan (tasarım özeliklerini 24

27 belirlemek, ön-tasarım yapmak, iş bölümü yapmak, model ve simülasyondan faydalanmak, deneme üretimi ve ürünün değerlendirilmesi vb.) oluştuğunu anlar. l. Teknolojinin kendi başına ne iyi ne de kötü olduğunu, ancak ürünlerin ve sistemlerin kullanımı hakkındaki kararların istendik veya istenmedik sonuçlara yol açabileceğini fark eder ve örneklerle açıklar. m. İşlev, güvenlik, maliyet, estetik ve çevresel etkiler vb. açılardan hiçbir teknolojik tasarımın mükemmel olmadığını; kullanılan materyallerin özelikleri ve doğa yasalarının teknoloji ürünlerini sınırlandırdığını anlar. n. Fizik ve teknolojiye farklı kültürlerden birçok kadın ve erkeğin katkıda bulunduğunu farkına varır. o. Fiziğin ve teknolojinin ilerlemesinde sürekli sınamanın, gözden geçirmenin ve eleştirmenin rolünü değerlendirir. p. Bilimsel ve teknolojik uygulamalar açısından fiziğin diğer bilim dallarıyla bağlantısını kurar. 2. Fizik ve teknolojinin birbirini nasıl etkilediğini analiz eder. a. Fizik ve teknoloji arasındaki etkileşimin tarihsel gelişimini inceler. b. Teknolojik bir yeniliğin, fizik bilimindeki bilimsel bilgilerin gelişmesine yaptığı katkıyı örneklerle belirler ve açıklar. c. Fizikteki, bilimsel bir bilginin teknolojinin gelişmesine yaptığı katkıyı örneklerle belirler ve açıklar. d. Günlük yaşamdaki problemlerin çözümünde fizik ve teknoloji arasındaki ilişkinin önemini kavrar. e. Günlük yaşamda kullanılan teknolojik ürünlerin çalışma prensiplerini ve/veya işlevini bilimsel bilgiyi kullanarak açıklar. f. Teknolojik bir tasarım yapar ve bu süreçte kullanılan bilimsel bilgiyi açıklar. 3. Fizik ve teknolojinin birey, toplum ve çevre ile etkileşimini analiz eder. a. Bireyin, toplumun ve çevrenin fizik ve teknolojiyi nasıl etkilediğini açıklar. b. Fizik ve teknolojinin birey, toplum ve çevre üzerindeki (sosyal, kültürel, ekonomik, politik, ahlaki vb. konularda) geçmiş, günümüz ve gelecekteki olumlu ve olumsuz 25

28 etkilerini inceler. c. Teknolojinin olumsuz etkilerine yine fizik ve teknolojideki gelişmelerle önlem alınabileceğini, bu etkilerin azaltılabileceğini veya giderilebileceğini anlar. d. Bireyin, toplumun ve çevrenin geleceğini etkileyebilecek fizik ve teknoloji temelli güncel tartışmalara katılır. e. Teknolojinin sağladığı faydaları; ekonomik ve sosyal maliyetlerle çevre maliyetlerini dengelemesi bakımından karşılaştırır. f. Fizik biliminin uygulamaları ile etik değerler arasındaki ilişkiyi inceler. g. Fizik bilimindeki bilimsel fikirlerin ve uygulamalarının benimsenmesinde toplum içinde farklı görüşlerin olabileceğini fark eder. h. Çevre sorunlarında karar verilirken fizik bilimi ve teknolojinin toplum tarafından nasıl kullanıldığını gözlemler. i. Fizik bilimi ve teknolojideki araştırma projelerine kaynak sağlanmasının öneminden ve koşullarından haberdar olur. j. Fizik ve teknoloji temelli meslekler ile öğrendikleri fizik konuları arasında bağlantı kurar. k. Birey, toplum ve çevre ihtiyaçlarını dikkate alarak daha iyi bir yaşam için ilgili sosyal sorunlara fizik bilimi ve teknolojiyi kullanarak çözüm önerir. l. Fizik ve teknolojinin; birey, toplum ve çevre ile ilgili problemlere çözüm ararken, ender durumlarda şu anki bilgilerle çözüm bulamadığına örnekler verir. m. Uygun iletişim ortamlarından (kongre, toplantı, seminer, İnternet, televizyon, radyo vb.) faydalanılarak bilimsel ya da teknolojik sonuçları paylaşmanın önemini açıklar. n. Fizik ve teknolojideki önemli bir buluş veya uygulamanın, bilim dünyasını ve toplumu nasıl değiştirdiğini açıklar. o. Toplumların fizik ve teknolojik gelişmelerde rekabet içinde olduğunu fark eder. p. Fizik ve teknolojiye ülkemizin katkısını açıklar. r. Alet ve cihazların güvenli kullanımı için gerekli temel ilkeleri bilir. s. Ulusal ve uluslararası kalite tescil kuruluşlarının görevlerini bilir ve bunların ürünler üzerinde kullanılan ilgili simgelerini tanır. 26

29 Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB) Bilişim (bilgi teknolojileri), iletişim ve temel bilgisayar becerileri bu başlık altında toplanmıştır. Bilişim ve İletişim Becerileri 1. Bilgiyi arar, bulur ve uygun olanı seçer. a. Farklı bilgi kaynaklarını kullanır. b. Bilgi kaynaklarının güvenilir ve geçerli olup olmadığını kontrol eder. c. Çoklu arama kriterleri kullanır. d. Amacına uygun bilgiyi arar, bulur ve seçer. e. Bilişim becerilerini kullanacağı bir strateji geliştirir. 2. Amacına uygun bilgi geliştirir. a. Bilgileri sentezler ve yeni bilgiler elde eder. b. Geliştirdiği stratejileri amaca uygun şekilde uyarlar. c. Geliştirdiği stratejinin uygulama sürecini değerlendirir. 3. Bilgiyi en etkin şekilde sunar. a. Doğru çıktılarla amaca uygun sunumlar hazırlar. b. Sunum hazırlarken metin, sayı, resim, grafik, şema veya tablo gibi mümkün olduğunca farklı formatları kullanır. c. Uygun teknolojik ortam ve ürünleri (İnternet, bilgisayar, projeksiyon, tepegöz, slayt, hologram, video vb.) kullanarak etkili bir sunum yapar. 27

30 4. İletişim becerileri geliştirir. a. Fizikle ilgili konuşmaları dikkatli bir şekilde ve ilgiyle dinler. b. Fizik kavram, terim ve yasalarını içeren makale veya diğer yazılı materyalleri okur ve anlar. c. Fizikle ilgili iletişimlerinde (sözlü, yazılı, görsel vb.) uygun terminolojileri kullanır. d. Karmaşık bilgileri açık, anlaşılır ve öz olarak ifade eder. e. İletişim sürecinin etkililiğini değerlendirir. 5. Temel bilgisayar becerileri geliştirir. a. Fizikle ilgili uygulamalar için gerekli olan donanım becerilerini geliştirir. b. Fizikle ilgili yazılımların etkin bir şekilde kullanımı için işletim sistemi becerilerini geliştirir. c. Fizikle ilgili verileri işlemek ve sunmak için uygun ofis uygulamalarını (kelime işlemci, hesap çizelgesi, sunumcu, veri tabanı vb.) kullanır. d. Fiziğin öğrenilmesi ve öğretilmesi amacıyla geliştirilmiş paket programları kullanır. e. Fizik alanında bilgiye ulaşma, geliştirme ve paylaşmada gerekli İnternet becerilerini geliştirir. f. Soyut kavramları somutlaştırmak; pahalı, tehlikeli ve zor olan fiziksel etkinlikleri canlandırmak için basit simülasyon ve animasyonlar hazırlar. 28

31 Tutum ve Değerler (TD) Kendini kontrol etme ve geliştirme becerileri, organizasyon ve çalışma becerileri ile bilimsel tutum ve değerler bu başlık altında toplanmıştır. Tutum ve Değerler 1. Kendine ve diğerlerine karşı olumlu tutum ve değerler geliştirir. a. İlgili, meraklı, içten, dürüst, açık fikirli ve girişimcidir/yaratıcıdır. b. Dışarıdan gelen yapıcı eleştirilere açıktır ve gerekeni yapar. c. Delillere göre karar verir. d. Kendisinin ve diğerlerinin yaptığı işi tarafsız ve eleştirel olarak değerlendirir. e. Uzun süreli hedeflere ulaşmak için kısa süreli hedefler belirler ve bu hedeflere ulaşıp ulaşmadığını kontrol eder. f. Verimli çalışma becerileri geliştirir. g. Toplu olarak nasıl çalışılacağını planlar, gelişmelerin plana uygun olup olmadığını kontrol eder ve gerekiyorsa planları değiştirir. h. Gerektiğinde başkalarına yardım önerir veya yardım talep eder. i. Başkalarının görüşlerini dinler ve bu görüşlere değer verir. j. Bilim insanlarının çalışmalarına değer verir. k. Bireysel olarak ve/veya diğerleri ile iş birliği içerisinde çalışır. l. Bireysel ve grup çalışmalarında kendi sorumluluklarını yerine getirir. m. Kendisinin ve diğerlerinin güvenliğine dikkat eder ve özen gösterir. 2. Fiziğe ve dünyaya karşı olumlu tutum ve değerler geliştirir. a. Fizikteki gelişmeleri izler ve değerini bilir. b. Fiziğin ve teknolojinin bugünkü sınırlılıklarını bilir ve ona göre davranır. c. Yaşamındaki olaylarla ilgili karar verirken gerektiğinde fizikte öğrendiklerini uygular. d. Fizikteki gelişmelerin günlük yaşamımızdaki uygulamalarından dolayı bu gelişmelerin çevresel, ekonomik ve sosyal sonuçlarından haberdar olur. 29

32 e. Birçok meslek dalının fizik bilgisi içerdiği gerçeğinden yola çıkarak fiziğe önem verir. f. Ülkemizin kalkınmasında bilim ve teknolojinin önemini fark ederek bunları geliştirmek için kendini sorumlu hisseder. g. Çevresindeki canlı ve cansız varlıkları korur. h. Kaynakları tasarruflu kullanır ve/veya bu konuda başkalarını uyarır. 3. Yaşam boyu öğrenmeye karşı olumlu tutum ve değerler geliştirir. a. Yaşam boyu öğrenmenin gerekliliğinin farkına vararak sürekli öğrenmeye istekli olur. b. Yaşam boyu öğrenmeye yönelik alışkanlıklar geliştirir. c. Bilimsel bilgininin sürekli geliştiğinin ve dolayısıyla kendi bilgilerini de sürekli geliştirmesi gerektiğinin farkına varır. d. Hedefine ulaşmak için yeni denemeler yapmakta ısrarcı olur. e. Öğrenme sürecinde karşılaştığı zorlukları karamsarlığa kapılmadan aşmaya çalışır. f. Öğrenmeyi öğrenir ve öğrenmekten zevk alır. g. Öğrenmekten veya öğrenmemiş olmaktan öncelikle kendisini sorumlu tutar. 30

33 2.1. Fizik Dersi Öğretim Programı nda Bilgi Kazanımları Liselerin dört yıla çıkarılması ile birlikte fizik dersinin liselerin birinci ve ikinci sınıflarında (9 ve 10. sınıflarda) haftada ikişer saat, üçüncü ve dördüncü sınıflarında (11 ve 12. sınıflarda) ise haftada üçer saat okutulması karara bağlanmıştır. Ayrıca 9. sınıftaki haftada iki saatlik fizik dersini bütün öğrencilerin alması; 10, 11 ve 12. sınıflardaki fizik derslerini ise ilgili alanı seçen öğrencilerin alması kararlaştırılmıştır. Dolayısıyla 9. sınıfta fizik dersini bütün öğrencilerin alması ve bu sınıftan sonra bazı öğrencilerin bir daha hiç fizik dersi almayacak olması, 9. sınıf fizik dersinin diğer sınıflardan biraz daha farklı bir yaklaşımla ele alınmasını zorunlu kılmıştır. 9. sınıfta tüm bireylerin yaşamları boyunca karşılaşması olası fizik konuları esas alınmıştır. Herkes için gerekli olan fizik konuları, yaşam bağlantıları kurularak bu sınıfta verilmeye çalışılmıştır. 10, 11 ve 12. sınıflarda ise sarmal bir yaklaşımla ve yine yaşam bağlantısı kurularak gerekli olduğu düşünülen tüm fizik konuları mümkün olduğunca kavramsal düzeyde verilmeye çalışılacaktır. Herkes için fizik yaklaşımının benimsendiği, gerçek yaşam bağlantılarının kurulduğu ve bu sınıfta verilmeye çalışılan konu içeriklerine ait bilgi kazanımlarına beceri kazanımlarının çapraz yedirildiği bir program oluşturulmuştur. 31

34 3. ÖĞRETMEN VE KİTAP YAZARLARINDAN BEKLENTİLER Öğretmenlerden Beklenenler Öğretim programı ne kadar iyi hazırlanmış olursa olsun, programın içerik ve felsefesi sınıf içerisine aktarılamadığı sürece öğrencilerin hedeflenen kazanımları edinmeleri mümkün değildir. Programın amaçlarının sınıf içerisine taşınmasında öğretmenler anahtar role sahiptir. Bu bağlamda öğretmenlerin programın felsefesine hakim olması son derece önemlidir. Program ve öğretmenler aynı halkanın parçalarıdır, bu parçaların her ikisinin de aynı anda güçlü olması gerekir. Program felsefesinin etkili bir şekilde sınıfa taşınması ancak güçlü bir program ve mükemmel bir donanıma sahip öğretmenler ile birlikte gerçekleşir. Öğretmenin program hakkındaki tereddütlerinin giderilmesi ve programın gerektirdiği bilgi güncelleştirmesinin sağlanması öğretmenin programı özümseyerek içselleştirmesi açısından son derece önemlidir. Başöğretmen Mustafa Kemal Atatürk ün ifade ettiği; Öğretmenler! Yeni nesli, cumhuriyetin fedakâr öğretmen ve eğitimcileri, sizler yetiştireceksiniz. Ve yeni nesil, sizin eseriniz olacaktır. Eserin kıymeti, sizin maharetiniz ve fedakârlığınız derecesiyle mütenasip (orantılı) bulunacaktır. sözünden yola çıkarak fedakar öğretmenlerimizin maharetlerini sergileyebilmeleri için çağdaş öğretim programlarının gerektirdiği bilgi,beceri ve yetkinlikler ile donatıldıklarından emin olması gerekmektedir. Türkiye nin geleceğini oluşturacak nesillerin yetiştirilmesinden sorumlu olan öğretmenlerimiz; kendilerini geliştirerek, içerisinde bulundukları şartları zorlamalı ve kazandıkları birikimi gelecek nesilleri yetiştirmekte sistematik olarak kullanmalıdırlar. Öğrencilerin fiziğe ve fizik dersine karşı motivasyonlarını en fazla etkileyen faktörlerin başında öğretmenlerinin fiziğe, fizik dersine, öğrencilere ve öğretime karşı motivasyonları olduğu akıldan çıkarılmamalıdır. Fizik dersi öğretim programının öğrenme ve öğretme yaklaşımında da öğretmen yeterliklerinin önemli bir yeri vardır. Yeni anlayışla fizik öğretmenlerinin pedagojik formasyon bilgisine sahip olmasının yanında pedagojik alan bilgisine sahip olması da gerekmektedir. Araştırmalar, bir konuda uzman olmakla o konunun birisine öğretilmesinde yardımcı olmanın ayrı ayrı şeyler olduğunu ortaya koymaktadır. Pedagojik alan bilgisi bir alanın diğer insanlara nasıl öğretilmesi gerektiği konusundaki bilgidir. Bu genel öğretim yöntemleri konusundaki bilgiden farklıdır. Pedagojik alan bilgisine sahip fizik öğretmeni bireylerin farklı motivasyon, öğrenme ve bilişsel stillere sahip olabileceklerini göz önünde bulundurmalıdır. Anlamlı öğrenmenin gerçekleşebileceği ve öğrencilerin öğrenilecek konu ile ilgili ön bilgi veya hazır bulunuşluk düzeylerini ortaya çıkarmalarını sağlayacak ortamlar oluşturmalıdır. Ayrıca 32

35 öğretmenler konunun doğasını, öğrencilerin hazır bulunuşluk düzeyleri ve özeliklerini dikkate alarak en verimli öğrenme ve ölçme değerlendirme yöntemini seçmeli ve öğrencilerin yeni kavramlarını farklı durumlara uygulamalarına fırsat vermelidir. Fizik öğretmenlerimize düşen yeni bir görev ise bundan önce öğrete-geldikleri fizik konularını yaşam temelli vermeleridir. Bu konuda ilk önce bazı zorluklar yaşanacağı açıktır. Fakat daha sonra hem öğrencilerimiz hem de öğretmenlerimiz bu yaklaşımın neden gerekli olduğunu kendilerindeki değişimle yaşayarak anlayacaklarını düşünmekteyiz. Aynı konu için farklı kitaplarda kullanılan yaşam temelli bağlamları inceleyerek kendi öğrencilerinin merak ettikleri bağlamlarla fizik konularına başlamalıdırlar. Bunlardan belki en önemlisi öğrencileri fiziği öğrenirken pasif (edilgen) olmaktan uzaklaştırıp aktif (etken) olmaya alıştırmaktır. Bilgiyi öğreten olmaktan uzaklaşıp öğrenmeyi öğreten olmaya çalışılmalıdır. Sahnedeki bilgin olmaktan uzaklaşıp kenardaki yardımcı (guide on the side) olmaya özen gösterilmelidir. Böylece öğrenmelerinden kendilerinin sorumlu olduğu bir nesil yetiştirmeye başlayabiliriz. Her bir sınıfın çekirdek öğretim programı haftada iki ders saatine göre yeniden düzenlenmiştir. Çekirdek öğretim programını oluşturan başta kazanımlar olmak üzere tüm bilgiler bu öğretim programında siyah yazı rengi ile yazılmıştır. Çekirdek öğretim programı dışında kalan kazanımlar ve diğer bilgiler ise bu öğretim programında mavi yazı rengi ile yazılmış ve ibare veya cümlenin önüne aynı renkli çıktılardan kolayca ayırt edilebilmesi amacıyla "*" işareti eklenmiştir. Kitap Yazarlarından Beklenenler Öğretim programının vitrini, ders kitaplarıdır. Bu bağlamda ders kitaplarının programın felsefesini (konu içeriği, yöntem, beceri) en iyi şekilde yansıtması anahtar role sahiptir. Kitap yazar(lar)ına bu bakımdan çok önemli bir görev düşmektedir. Ders kitabı yazarlarının öncelikle yapması gereken programı ayrıntıları ile inceleyip değerlendirmek, eğitim öğretim ve ölçmedeğerlendirme felsefesini tüm bileşenleri ile kavramaktır. Yeni yazılacak ders kitapları, bu programın eğitim-öğretim ve ölçme-değerlendirme felsefesini her boyutu ve bileşeni ile mutlaka yansıtmalıdır. Her ünitenin giriş kısmında öğrencilerin bugüne kadar konu ile ilgili olarak neler öğrendikleri, ünitenin amacı, öğrenilecek bilimsel kavramlar ve bu kavramları vermek için önerilen yaşam temelli konular programda açıkça belirtilmiştir. 33

36 Üniteler işlenirken konuların ve etkinliklerin yaşam temelli bir bağlam üzerinden verilmesi büyük bir öneme sahiptir. Yaşam temelli yaklaşım programın odağını oluşturmaktadır. Tüm kazanımlar kitapta işlenirken mutlaka yaşam temelli bir bağlamdan yola çıkılmalıdır. Program esnek bir yapıya sahip olduğundan, bu yaşam bağlantıları programda listelenen bağlamlar içinden seçilebileceği gibi farklı bağlamlar da seçilebilir. Ancak, programda kazanımların bağlamlardan yola çıkılarak kazandırılması esastır ve seçilecek bağlamlar ilgili kazanımları tam olarak kapsamalıdır. Bir ünitede olabildiğince az sayıda bağlam kullanılması esastır, kazanım sayısına bağlı olarak ortalama ünite başına iki bağlam önerilir. Hala bazı kazanım(lar), verilen bağlamlarla ilişkilendirilemiyorsa bu özel durumda bağlam sayısı arttırılabilir. Ancak, hiçbir zaman bağlam sayısı kazanım sayısı kadar da olmamalıdır. Bağlamsal yaklaşımda ders kitaplarında üniteler içerisinde konu başlıkları yerine bağlam isimleri kullanılmalıdır. Örneğin Elektrik Akımı, Direnç ve Gerilim kavramları verilecekse ve bu kavramlarla ilgili kazanımları ilişkilendirmek için bağlam olarak saç kurutma makinesi seçilmiş ise, Saç Kurutma Makinesi Nasıl Çalışır? gibi bir konu başlığı tercih edilebilir. Bağlamdan yola çıkılarak yukarıdaki kavramlar irdelenmelidir. Ancak bağlam yalnızca konu başlığında veya konu girişinde kalmamalıdır, konu işlenişi boyunca uygun yerlerde kavramlar mutlaka bağlam ile ilişkilendirilmelidir. Öğretmen kılavuz kitaplarının hazırlanması durumunda her ünite başında hangi kazanımların hangi bağlam(lar) ile ilişkilendirildiği mutlaka tablo halinde belirtilmelidir. Sayısal ve kavramsal örnekler verilirken yaşam temelli yaklaşıma bağlı kalınmalıdır. Örneğin, problemlerde cismin sürati, cismin kütlesi, cismin yönü vb. gibi ibareler yerine günlük yaşamdan örnekler verilerek; otomobilin hızı, kızağın kütlesi, rüzgârın yönü vb. gibi ibareler tercih edilmelidir. Fizik Dersi Öğretim Programı sarmal bir yapıya sahiptir. Bu nedenle fizik konuları üst sınıflara doğru gidildikçe basitten karmaşığa, kolaydan zora, somuttan soyuta, yakından uzağa, genişletilerek ve derinleştirilerek ilerlemektedir. Bu nedenle yalnızca söz konusu sınıfın içeriğine ve açıklamalar sütununda belirtilen sınırlılıklara değil, aynı zamanda alt ve üst sınıfların öğretim programlarının içeriği ile birlikte öğretim programın genel yaklaşımlarına da mutlaka uyulmalıdır. Kazanımlarla ilgili olası kavram yanılgılarına açıklamalar sütununda yer verilmiştir. Ders kitaplarında bu kavram yanılgılarını gidermek için konu anlatımlarında ve etkinliklerde gerekli önlemler mutlaka alınmalıdır. Bu amaçla özellikle öğrencilerin sahip olabileceği bilimsel hata ve kavram yanılgıları ile yüzleşmelerini sağlayacak etkinlik ve konu işlenişine yer verilmelidir. 34

37 Hiçbir kavram yanılgısı kendiliğinden veya öğrencinin uyarılması ile ortadan kaldırılamaz. Bundan dolayı, öğretim programında??? simgesi ile kavram yanılgısı olarak verilen önermeler kitaplarda etiket bilgi olarak -olduğu gibi- kullanılmamalıdır. Kitaplar özellikle kavramsal değişim metinleri ve çürütme metinleri başta olmak üzere kavramsal değişimi esas alan yaklaşımlarla zenginleştirilmelidir. Bunun yanında ders kitaplarının öğrencilerde bilimsel hata ve kavram yanılgılarına neden olmaması için özen gösterilmelidir. Ünitelerdeki kavramların öğrencilere kavratılabilmesinde yeri geldiğince animasyon ve simülasyonların kullanımına yönelik olarak öğretmenlere öneri ve yönlendirmelerde bulunulmalıdır. Her ünite de Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler başlığı altında ilgili ünite ile ilgili sabit, formül ve birimler belirtilmiştir. Öğretmenlerden ve kitap yazarlarından; bu düzeyde verilecek formüllerin amacı kavramlar arasındaki ilişkiyi vurgulamak olduğundan, kavramı pekiştirmek için verilen sayısal problemlerin gerçek yaşamdan uzak sadece birtakım sayısal işlemleri gerçekleştirme amaçlı olmamasına, günlük yaşamla bağlantılı olmasına dikkat etmeleri beklenmektedir. Her bir sınıfın çekirdek öğretim programı haftada iki ders saatine göre yeniden düzenlenmiştir. Çekirdek öğretim programını oluşturan başta kazanımlar olmak üzere tüm bilgiler bu öğretim programında siyah yazı rengi ile yazılmıştır. 10., 11. ve 12. sınıflarda çekirdek öğretim programı dışında kalan kazanımlar ve diğer bilgiler ise bu öğretim programında mavi yazı rengi ile yazılmış ve ibare veya cümlenin önüne aynı renkli çıktılardan kolayca ayırt edilebilmesi amacıyla "*" işareti eklenmiştir. 9. sınıf dışındaki 10., 11. ve 12. sınıflarda öğretim programı alternatif iki farklı ders saatine göre düzenlenmiş olmasına karşın sınıfların her biri için tek bir ders kitabı yazılacaktır. Hazırlanacak tüm ders kitapları ilgili sınıfın öğretim programındaki tüm kazanımları kapsayacak şekilde olacaktır. Ancak haftada 2 ders saati seçen ve dolayısı ile çekirdek öğretim programını takip eden öğrencilerin sorumlu olduğu alanlar diğer alanlardan kolaylıkla ayırt edilebilmelidir. Bu öğretim programında kullanıldığı gibi çekirdek öğretim programına ait kazanımlara yönelik bilgilerin yazı rengi siyah, bunun dışında kalan kazanımlara yönelik bilgiler ise önüne yıldız konularak mavi veya farklı renklerle yazılabilir. Yada kitap içerisinde çekirdek öğretim programına dair alanlar farklı bir fon kullanılarak diğer alanlardan ayrılabilir. Bu husus kitabın başında kolaylıkla farkedilecek şekilde uyarı olarak verilmelidir. 35

38 4. AKADEMİK PAYLAŞIM Yeni fizik öğretim programı geliştirme çalışmaları başladığı andan bitişine kadar olan süreçte ulusal ve uluslararası her türlü kongre, sempozyum gibi etkinliklere komisyon üyeleri olarak katılmaya özen gösterilmiş ve yeni fizik öğretim programı tüm akademisyenlerin ve araştırmacıların görüş, öneri ve eleştirilerine açılmıştır. Bu akademik etkinlikler aşağıda listelenmiştir. Bu etkinliklere ait referans listesi kaynakçada verilmiştir. GIREP 2006: Ağustos 2006, Hollanda, Bildiri 7. UFBMEK 2006: 7-9 Eylül 2006, Gazi Ü., Mini Sempozyum CASE 2008: Şubat 2008, Tayvan, Bildiri 5. Fen Eğitimi Sempozyumu: 10 Mayıs 2008, İTÜ, Sempozyum Fen ve Fizik Eğitimi Sempozyumu: Mayıs 2008, MEB-TFD, Mersin, Bildiri GIREP 2008: Ağustos 2008, Kıbrıs, Sempozyum 8. UFBMEK 2008: Ağustos 2008, Abant İzzet Baysal Ü., Mini Sempozyum Fen ve Fizik Eğitimi Sempozyumu: Kasım 2008, MEB-TFD, Elazığ, Bildiri 16. Uluslararası Öğrenme Konferansı:1-4 Temmuz 2009, İspanya, Bildiri ESERA 2009: 31 Ağustos-4 Eylül 2009, İstanbul, Bildiri. Fen ve Fizik Eğitimi Sempozyumu: 3-4 Mayıs 2010, MEB-TFD, Adıyaman, Bildiri 9. UFBMEK 2010: Eylül 2010, Dokuz Eylül Ü., Bildiri 27. Uluslararası Fizik Kongresi, Eylül 2010, İstanbul, Davetli Konuşma Program geliştirme çalışmaları tamamlandıktan sonra da akademik etkinliklerde yeni fizik öğretim programının bilimsel dayanakları ve sonuçları sorgulanmaya devam edilmektedir. 36

39 5. FİZİK ÖĞRETİM PROGRAMINDA YAPILAN DEĞİŞİKLİKLER Yılında Yapılan Değişiklik Fizik öğretim programı geliştirme süreci, programın uygulandığı zaman dilimine yayılan ve sonu olmayan bir süreci gerektirir. Program uygulanmaya başlandığı andan itibaren program ile ilgili içerik ve yaklaşımda yaşanan gelişmeler, paydaş görüşleri, bilimsel çalışmaların yeni bulguları, programın uygulama sonucu gibi birçok etkene bağlı olarak programın güncellenerek geliştirilmesi kaçınılmazdır. Fizik öğretim programı geliştirme komisyonu öğretim programını uygulayan başta fizik öğretmeni olmak üzere tüm paydaşlardan dönüt almaya özen göstermiştir. Yapılan bilimsel kongreler, hizmetiçi eğitim seminerleri ve düzenlenen diğer tüm etkinlikleri fırsat bilmiş ve sürekli yeni öğretim programı ile ilgili dönütleri sistematik olarak toplamıştır. Ayrıca internet üzerinde oluşturulan tartışma forumu aracılığı ile binin üzerinde öğretmen ile etkileşimde bulunulmuş ve bu ortamdan da çok anlamlı dönütler alınmıştır. Yeni fizik öğretim programı uygulanmaya başlandıktan sonra başta öğretmenlerimiz olmak üzere paydaşlardan gelen dönütler doğrultusunda programda geliştirmeler ve iyileştirmeler yapılmıştır. TTKB, 20 Temmuz 2010 itibari ile ortaöğretim kurumlarında okutulmakta olan derslerin haftalık ders çizelgesini değiştirmiştir. Bu değişikliğe göre fizik dersi; tüm lise türlerinin 9. sınıflarında haftada iki saat olarak okutulmaya devam edilirken fen liseleri dışındaki okulların sınıflarda, birçok ders için olduğu gibi, alternatifli ders saatlerinden biri seçmeli hale getirilmiştir. TTKB tarafından yapılan bu düzenleme sonucu fizik dersi sadece 9. sınıfta haftada 2 saat olarak zorunlu okutulacaktır. 10., 11. Ve 12. sınıflarda ise fizik dersi seçmelidir. Buna göre 10. sınıfta öğrenciler 2-3, 11. sınıfta 2-4 ve 12. sınıfta 2-3 saatlik fizik dersinden birini seçebileceklerdir. Bu nedenle 10., 11. ve 12. sınıf öğretim programının belirlenen ders saatlerine göre düzenlenmesi zorunluluğu doğmuştur. Yeni düzenlemeye göre başta kazanım tabloları olmak üzere öğretim programı 10., 11. ve 12. sınıfın her biri için iki alternatifli olarak yeniden hazırlanmıştır. Her sınıf için fizik dersini seçen bir öğrenci haftada en az iki saat fizik okuyabilecek iken 10 ve 12. sınıfta haftada üç saat, 11. sınıfta ise haftada dört saat fizik dersi okuyabilecektir. Her bir sınıfın çekirdek öğretim programı haftada iki ders saatine göre yeniden düzenlenmiştir. Çekirdek öğretim programını oluşturan başta kazanımlar olmak üzere tüm bilgiler bu öğretim programında siyah yazı rengi ile yazılmıştır. 10., 11. ve 12. sınıflarda 37

40 çekirdek öğretim programı dışında kalan kazanımlar ve diğer bilgiler ise bu öğretim programında mavi yazı rengi ile yazılmış ve ibare veya cümlenin önüne aynı renkli çıktılardan kolayca ayırt edilebilmesi amacıyla "*" işareti eklenmiştir. 10., 11. ve 12. sınıf öğretim programlarında mavi renkle yazılmış ve önüne "*" simgesi konulmuş olan tüm ibare ve cümleler çekirdek öğretim programının dışında kalanlardır, dolayısı ile bunlar haftada iki saat'in üzerinde ders seçen öğrencilere hitaben yazılmıştır. Bu ibare ve cümlelerden haftada iki ders saatlik fizik dersi seçen ve dolayısı ile çekirdek öğretim programını takip etmesi gereken öğrenciler muaftır. Ayrıca bazı kazanımların bir kısmından çekirdek öğretim programını takip edecek öğrenciler muaf tutulmuştur. Bu tür kazanımın açıklamasında "Haftada iki saatlik fizik dersini seçen öğrenciler için..." ibaresi ile başlayan uyarı ve sınırlamalar getirilmiştir. Sonuç olarak çekirdek öğretim programını takip edecek öğrenciler "*" simgesi ile işaretlenmiş ve mavi renkle yazılmış kazanım ve ibarelerden muaftır, ayrıca "Haftada iki saatlik fizik dersini seçen öğrenciler için..." ibaresi ile getirilen sınırlamalara tabidir. 10. ve 12. sınıflarda haftada 3 saat, 11. sınıfta haftada 4 saat fizik dersi seçen öğrenciler ise öğretim programının tamamından sorumludurlar. 38

41 SINIF FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI ÜNİTE ORGANİZASYONU 1. ÜNİTE: Madde ve Özelikleri 2. ÜNİTE: Kuvvet ve Hareket 3. ÜNİTE: Manyetizma 4. ÜNİTE: Modern Fizik 5. ÜNİTE: Dalgalar 6. ÜNİTE: Yıldızlardan Yıldızsılara (Kuasarlara) 39

42 FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI 11. SINIF ÜNİTELERİ ve SÜRELERİ ÜNİTELER Haftalık (2) Ders Saatine Göre Kazanım Ders Kazanım Sayısı/ Sayısı Saati Ders Saati oranı *Haftalık (4) Ders Saatine Göre Kazanım Ders Sayısı Saati Kazanım Sayısı/ Ders Saati oranı 1. ÜNİTE Madde ve Özelikleri 6 8 0, ,60 2. ÜNİTE Kuvvet ve Hareket , ,58 3. ÜNİTE Manyetizma , ,60 4. ÜNİTE Modern Fizik , ,59 5. ÜNİTE Dalgalar 5 7 0, ,57 6. ÜNİTE Yıldızlardan Yıldızsılara , ,60 Genel Toplam/Ortalama , ,59 KİTAP FORMA SAYILARI a) Ortaöğretim 12. sınıf fizik ders kitabının hacmi, 19,5 27,5 boyutlu kâğıda, forma olarak öngörülmüştür. b) Her üniteye tahsis edilecek sayfa sayısının kitap hacmine oranı, yukarıdaki tabloda önerilen Ders saati değerinin toplam ders saati oranına uygun olmalıdır. Ancak bu oranlar esas alınarak bulunan sayfa sayılarında, gerekli görüldüğü durumlarda ±%10 artırma/eksiltme yapılabilir. 40

43 Tablolarda Yer Alan Simgeler Tabloların Açıklama sütununda yer alan ifadeler aşağıdaki simgelerle ilgili konunun ya da kazanımların içeriği hakkında önemli bilgiler içermektedir. Bu simgeler aşağıdaki şekilde tanımlanabilir. :Ders İçi İlişkilendirme İlgili kazanım ya da konunun diğer fizik üniteleri ile olan ilişkisini ifade eder. Örnek: Sınıf Madde ve Özelikleri ünitesi (Yıldızlardan Yıldızsılara). Bu açıklamada Yıldızlardan Yıldızsılara ünitesinin 1.3 kazanımı ile Madde ve Özelikleri Ünitesindeki ilgili kazanım(lar) ilişkilendirilmektedir. : Diğer Derslerle İlişkilendirme İlgili kazanım ya da konunun diğer derslerle (kimya, biyoloji, coğrafya, matematik, 6-8. sınıf fen ve teknoloji üniteleri vb.) olan ilişkisini ifade eder. Örnek: ` Sınıf Fen ve Teknoloji dersi 2. Ünite: Kuvvet ve Hareket. (Madde ve Özelikleri).???:Kavram Yanılgısı Simgeler içerisinde özellikle öğrencilere hitap etmesi açısından önemli bir simgedir. Bu simge ilgili kazanım ya da konuda literatürde yer alan kavram yanılgılarını ifade eder.??? simgesini takip eden cümlelerin kavram yanılgısını içeren önermeler olduğu ve dolayısıyla bu önermelerin bilimsel olarak kabul edilemeyeceği unutulmamalıdır. Örnek:??? 1.2 Manyetik alan çizgileri bir kutuptan başlayıp diğerinde sona erer (Manyetizma). [!]: Uyarı: Bu simge, bir konu ya da kazanımla ilgili olarak yapılan bir etkinlikte dikkat edilmesi gereken noktaları (örneğin, elektrik deneyleri yapılırken güvenlik uyarısı vb.) ifade etmek ve konular işlenirken özelikle vurgulanması gereken noktalara dikkat etmek içindir. Örnek:[!] 2.2 İtme ile momentum değişimi arasındaki ilişki Newton un ikinci hareket yasasından yararlanılarak belirlenir. Yapışma ile sıçrama olduğu durumda momentum değişiklikleri (Pelton su değirmeni vb) konuşulur. Aynı itmenin kısa ve uzun zaman aralıklarında etkileri örnekler üzerinde tartışılır (Kuvvet ve Hareket Ünitesi). : Sınırlamalar İlgili konu ya da kazanım verilirken hangi noktalarının bu düzeyde ya da hangi noktalarının üst sınıflara aktarılması gerektiği; yani kazanımın sınırlarının çizilmesi açısından önemlidir. Örnek: 1.1 Wien yasasından bahsedilir, ancak Rayleigh-Jeans yasasına girilmez, sadece kara cisim ışımasında deneysel olarak elde edilen dalga boyu-ışıma gücü/şiddeti ilişkisini gösteren grafikten yararlanarak klasik yaklaşımla ciddi çelişki oluşturduğu vurgulanır. Deneysel sonuçlara göre eksik olan bir sabitin (Planck sabiti) olması gerektiği belirtilir (Modern Fizik).. * Seçimlik (ve mavi renkli yazılar) Çekirdek fizik öğretim programı dışında kalan seçimlik bilgi ve kazanımlardır. Bu bilgi ve kazanımlardan haftada iki saat fizik dersi alan öğrenciler muaftır. 41

44 1.Ünite : Madde ve Özelikleri Önerilen Süre A. Genel Bakış : (8) *(15) ders saati Fen ve Teknoloji dersi 8. sınıfta öğrenciler sıvıların ve gazların cisimlere yukarı doğru bir kaldırma kuvveti uyguladığını keşfettiler. Bu kaldırma kuvvetinin büyüklüğünü cismin batan kısmının hacmi ve sıvının özkütlesi ile ilişkilendirdiler. Yüzme-batma olaylarına cisimlerin özkütlesine bakarak karar verdiler. Cismin batması veya yüzmesi durumunda ağırlığı ile kaldırma kuvveti arasında ilişki kurdular. Bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin, cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşit büyüklükte ve yukarı yönde olduğunu keşfettiler. Katılarda basınç, kuvvet ve yüzey alanı arasındaki ilişkiyi matematiksel bağıntılar olmadan örneklerle açıkladılar. Kapalı kaplardaki sıvıların ve gazların, basıncı her yönde aynı büyüklükte ilettiğini keşfettiler. Maddelerin sıcaklıkları arttığında genleşebileceklerini ve sıcaklıkları düştüğünde de büzülebileceklerinin farkına vardılar. B. Ünitenin Amacı Bu ünitede öğrencilerin katılarda, durgun sıvı ve gazlarda basıncı ve basınç farkından kaynaklanan kaldırma kuvvetini hesaplayabilmeleri; akışkanlarda akışkanın hızı ile basıncı arasında ilişki kurabilmeleri; katı, sıvı ve gazların sıcaklık arttıkça veya azaldıkça nasıl genleştiklerini veya büzüldüklerini formülleri ile birlikte örneklerle açıklayabilmeleri beklenmektedir. C. Kavramları Vermek İçin Kullanılabilecek Yaşamdan Örnekler (Bağlamlar) Kazanımlar en az bir bağlamın parçası olarak verilecek yani bağlamda kavram anlam kazanacaktır. Fakat ideali aynı kavramın birden fazla bağlam içerisinde verilmesidir. Emme-basma tulumbaları Denizaltılar Tüplü dalış (SCUBA) Everest Dağı na ve Mariana Çukuru na yolculuk Elektronik tartılar Yıllık sıcaklık değişimleri Kışın su altında yaşam Tren rayları Elektrik tellerinin esnemesi ve gerilmesi Elektrik sigortaları: Isıl çiftlerin kullanılması Meteoroloji balonları D. Öğrenilecek Bilimsel Kavram ve Konular Katılarda basınç Durgun akışkanlarda basınç ve kaldırma kuvveti Hareketli akışkanlarda akışkan hızı ile basıncı arasındaki ilişki Sıcaklık artması ile katılarda, sıvılarda ve gazlarda genleşme ve büzülme 42

45 E. Öğrenci Kazanımları KAZANIMLAR Bu ünite sonunda öğrenciler; 1. Katı, sıvı ve gazlarda basınç ile ilgili olarak, 1.1. Katıların bir yüzeye uyguladığı basıncı hesaplar (PÇB- 1.b,f, 3.a-e,i) Durgun akışkanlarda basıncı, farklı derinliklerde hesaplar (PÇB-1.b, 3.d,e; FTTÇ-1.h, 2.c-e;TD-1.a-l, 2.a-f, 3.a-g) Atmosfer basıncının etkisi ile çalışan aletlerin çalışma ilkesini açıklar (PÇB-1.b,f, 2.a,e,f, 3.a-e; FTTÇ-2.c-e) Durgun akışkanlardaki cisimlere uygulanan kaldırma kuvvetini hesaplar (PÇB-1.b, 3.d,e; FTTÇ-1.b,h, 2.c-e) *Akışkanın hızı ile basıncı arasındaki ilişkiyi keşfeder (PÇB-1.b,d,g, 2.c,d, 3.d,h,i; FTTÇ-1.b,d,o, 2.c-e, 3.b,j,n,o;TD-1.a-m, 2.a-f, 3.a-g). 2. Katı, sıvı ve gazlardaki ısı alışverişi ile ilgili olarak, 2.1. Sıcaklık, ısı ve iç enerji kavramları arasındaki ilişkiyi örneklerle açıklar (PÇB-1.b, 3.i; BİB-1.a-e,2.a-c, 3.ac, 4.a-e; TD-1.a-l, 2.c, 3.a-g) Özgül ısı ve ısı sığası kavramlarını açıklar (PÇB-1.b, 3.i; BİB-1.a-e,2.a-c, 3.a-c, 4.a-e) *Katı, sıvı ve gazlarda genleşme ve büzülme olaylarını karşılaştırır (PÇB-1.b, 3.d,e; FTTÇ- 1.a,b,d,h, 2.c-e, 3.b,e; TD-1.a-m, 2.a-f,h, 3.a-g) *Suyun diğer maddelerden farklılık gösteren sıcaklıkgenleşme/özkütle grafiğini yorumlar (PÇB-3.a,d,e; FTTÇ-3.b,j; TD-1.a-l, 2.c, 3.a-g). 1. ÜNİTE: MADDE VE ÖZELİKLERİ AÇIKLAMALAR sınıf Fen ve Teknoloji dersi 2. Ünite: Kuvvet ve Hareket. [!] 1.1 Basınç ın tanımı hatırlatılır. Bu tanımın katı, sıvı ve gazlarda da geçerli olduğu vurgulanır. Skaler bir büyüklük olduğu ve katıların kendilerine uygulanan kuvveti aynı doğrultuda aynen ilettikleri halde, basıncı aynen iletmedikleri vurgulanır. Piezo elektrik olayı kısaca açıklanıp bununla çalışan basküllerin yapısı tanıtılır. [!] 1.2 Akışkan kavramının hem sıvıları hem de gazları içerdiği vurgulanır. SI birim sisteminde basınç birimi pascal (Pa) dır. Birimler arası (Pa, atm, Torr (mmhg), mmh 2O, bar) değişimler verilir. Su altında her 10,3 metre derinlikte basıncın 1 atm kadar artacağı belirtilir. Pascal ın patlak fıçı gösterisi açıklanır. Sıvıların çok az sıkışmasına rağmen sıkıştırılamaz olarak kabul edilebileceği hatırlatılır. Kapalı bir kaptaki sıvının herhangi bir noktasına uygulanan basıncın kabın iç yüzeylerinin her noktasına aynı büyüklükte iletildiği ve buna paskal ilkesi dendiği verilir. Birleşik kap ve su cenderelerinin çalışma ilkeleri anlatılır. Bu ilkelere göre çalışan araçlara örnekler verilir. Atmosferde, deniz seviyesine göre yükseklik değişiminin atmosferik basınç üzerindeki etkisi incelenir sınıf Fen ve Teknoloji dersi 2. Ünite: Kuvvet ve Hareket. 1.3 Toricelli deneyi açıklanarak, deney cıva yerine su ile yapılırsa kaç metrelik bir boru gerekeceği tartışılır. Yüzeydeki bir tulumba ile neden yaklaşık olarak en fazla 10 m derinlikten su çıkarılabildiği açıklanır. Barometre, manometre, altimetre ve batimetre tanıtılır. Magdeburg yarım küreleri ile yapılan deney anlatılır. [!] 1.4 Arşimet ilkesi Tamamen veya bir kısmı bir akışkana batan cisme akışkan tarafından uygulanan kaldırma kuvveti, cismin yer değiştirdiği akışkanın ağırlığına eşittir şeklinde verilir. Arşimet ilkesinin hem sıvılarda hem de gazlarda geçerli olduğu vurgulanır. Batma, yüzme ve askıda kalma olayları cisme uygulanan kaldırma kuvveti ile ilişkilendirilir. [!] 1.5 *Yalnızca düzgün akan ve türbülans yapmayan akışkanlarda konuşulur. Bernoulli ilkesi; akışkanın sürati artarsa akışkanın basıncı azalır olarak verilir fakat formüllere girilmez. Bunun sebebinin enerji korunumu olduğu da verilir. Akışkanının basıncı ile akışkanın akmasını engelleyen cisimlere uygulayacağı basınç değil, çepere yapılan basınç kast edilmektedir. Uçak kanadı, yan yana geçen iki araç arasında hızlanan havanın basıncı, kasırgalarda çatının uçması ve pencerelerin dışa patlaması vb. uygulamalar verilir. [!] 2.1 Isının sıcaklık farkından dolayı alınıp-verilen enerji olduğu ve bunun sonucunda maddenin iç enerjisinin değiştiği vurgulanır. Isının hangi yollarla yayıldığı hatırlatılır. Mutlak sıfır sıcaklığının teorik olarak doğada ulaşılabilecek minimum sıcaklık olduğu vurgulanır. Bunun yanı sıra mutlak sıfır sıcaklığına niçin ulaşılamayacağı da tartışılır. Evrende gözlemlenen minimum ve maksimum sıcaklık değerleri verilir. Güncel ve ilginç olaylarda gözlemlenen sıcaklık aralıklarına vurgu yapılır. Kelvin, Fahrenheit ve Celsius dereceleri ve dönüşümleri verilir. İç enerji kavramına ilk defa girileceğinden daha fazla vurgu yapılır. Isı ve sıcaklık ilişkisi hatırlatılır. Aynı sıcaklıkta iki farklı maddenin, dokunmayla soğuk ya da sıcak hissedilmesinin, maddelerin ısı iletim katsayıları ile ilgili olduğu farklı maddelerin ısıl iletkenlik değerleri verilerek tartışılır. Termometre kendi sıcaklığını ölçer ile ne kastedildiği tartışılır. [!] 2.2 Suyun özgül ısısının çok büyük olmasının etkileri verilir. Suyun ısıtma ve soğutma teknolojilerinde nasıl kullanıldığına örnekler verilir. Isı sığası kavramı ile ısının depolanamayacağı (bir cismin ısıya sahip olamayacağı) verilir. Farklı maddelerin özgül ısı değerleri verilir. [!] 2.3 *Genleşme ve büzülmenin katılarda boyca, alanca ve hacimce olacağı, sıvı ve gazlarda ise yalnızca hacimce olacağı verilir. Çeşitli katı ve sıvıların sıcaklığa göre genleşme katsayıları tablo halinde sunulur. Katsayılarına göre güncel yaşamda nerelerde kullanıldıkları karşılaştırılır. Genleşme katsayısının katılar ve sıvılar için ayırt edici bir özelik olduğu, fakat gazlar için ayırt edici bir özelik olmadığı vurgulanır. Bütün gazlarda genleşme katsayılarının aynı olduğu (1/273 o C -1 ) belirtilir. Metal çiftlerin ne olduğu ve günlük hayatta nerelerde kullanıldığı verilir. [!] 2.3 *Katı, sıvı ve gaz olma özelikleri ile genleşme ve büzülme arasındaki ilişki moleküler (yapısal) düzeyde açıklanır. Maddelerin genleşmesinden veya büzülmesinden yola çıkarak alınan veya verilen ısının Q=mc T bağıntısı ile hesaplanabileceği verilir. Hal değişimleri verilmez. 2.4 *5. sınıf Fen ve Teknoloji dersi 2. Ünite: Maddenin Değişimi ve Tanınması. [!] 2.4 *Buz ve suyun bu özeliklerinin, canlılar için önemi verilir. Bir grafik üzerinde -20 o C den 0 o C ye kadar buzun ve 0 o C den 20 o C ye kadar suyun sıcaklığa göre özkütlesinin nasıl değiştiği gösterilir. : Ders İçi İlişkilendirme, [N]: Nobel Fizik Ödülü, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 43

46 F. Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler Bu başlık altında verilenlerin amacı, ünitede hangi formüllerin kullanılacağını vurgulamak ve kavramları simgeleştirirken sembol birliği sağlamaktır. Buradaki formüller doğrudan verilmemeli, kavramlar arası ilişkilerin kazandırılması amacıyla, kazanımların gerektirdiği yerde öğrencileri ezbere yöneltmeyecek şekilde verilmelidir. Sabitler 1 Atm = 760 mmhg = 760 torr = mmh 2 O = 1.013x10 5 Pa = bar 1 Pa = 1 N/m 2 Formüller F P A P: Basınç F: Yüzeye uygulanan dik kuvvetin büyüklüğü A: Yüzey alanı P gh ρ: Sıvının özkütlesi g: Yerçekimi ivmesi h: Derinlik F1 A 1 F A 2 2 F: Yüzeye uygulanan dik kuvvetin büyüklüğü A: Yüzey alanı * c: Özgül ısı C: Isı sığası (mc) T: Sıcaklık * A 2 A T * 0 * L 0 : Cismin ilk boyu A 0 : Cismin ilk alanı V 0 : Cismin ilk hacmi α: Katıların boyca uzama katsayısı 2α: Katıların yüzeyce genleşme katsayısı 3α: Katıların hacimce genleşme katsayısı T: Sıcaklık V av T * 0 (Sıvı ve gazlar için) : Sıvı ve gazların hacimce genleşme katsayısı V 0 : Sıvı veya gazın ilk hacmi T: Sıcaklık Q mct a Birimler: P: pascal 0 L L T 0 V 3V T 44

47 G. Örnek Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik Numarası : 1 Etkinlik Adı : Everest Dağı na ve Mariana Çukuru na Yolculuk İlgili Olduğu Kazanımlar : 1.2 (su cendereleri hariç) ve 1.3 Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Çoklu Zekâ Kuramı Aşağıdaki metinler sınıfta okutulduktan sonra denizin çeşitli derinliklerinde ve atmosferin çeşitli yüksekliklerinde basıncın nasıl ölçüldüğünü ve hesaplandığını dört farklı şekilde öğrenebilecekleri öğrencilere söylenir. Öğrenciler, aşağıdaki öğrenme şekillerini okuduktan sonra bunlardan birinde çalışmaya karar verirler. Her bir grup aktivitesi bir veya birden fazla çoklu zekâ boyutunu içermektedir. Öğrenci gruplarını bu zekâ alanları isimlerine göre gruplamak öğrencilere psikolojik olarak zarar verebileceğinden dolayı tercih edilmemelidir. Grup 1: Ders kitabından ve farklı kaynaklardan ilgili yerleri okuyarak içinde sıvı ve gazlarda basıncın nasıl hesaplanacağını, nasıl ölçüldüğünü ve Everest dağı ile Mariana Çukuru na yolculuğu anlatan bir senaryoyu ikinci gruptan gelecek ürünleri de yedirerek hazırlarlar. Senaryo, bu yolculukta karşılarına çıkacak problemleri ve bu problemleri fizik bilgisini kullanarak nasıl çözebileceklerini tartışmalıdır. Grup 2: Öğrenciler ders kitabındaki aktiviteleri yapıp görselleri yorumlayarak öğrendiklerini etraflarında bulabilecekleri malzemelerle sınıf içinde deney yaparak ve anlaşılır görseller hazırlayarak birinci guruba senaryo hazırlamada yardımcı olurlar. Grup 3: Bu grubun üyelerinin bir kısmı ilk ve diğer kısmı da ikinci grup ile çalışır. İki grubun yaptıklarını ve bulgularını sorgulayarak (Ne öğrendin? Bu niye böyle? Bunu doğrulayan örnekler verebilir misin? vb.) hem kendilerinin hem de diğer gruptaki arkadaşlarının bilgileri savunacak kadar bilmelerine olanak hazırlarlar. Buna paralel olarak bir sonraki grup ile birlikte çalışıp onların senaryoyu hayata geçirmeleri için yardımcı olurlar. Grup 4: Bu grup öğrencileri başta üçüncü grup ile birlikte hareket ederler. Senaryo netleşmeye başladığı andan itibaren kendi aralarında iş birliği ve/veya işbölümü yaparak senaryoyu tiyatro gibi hayata geçirmeye çalışırlar. Tiyatronun içerisinde diğer gruptaki arkadaşlarına da kısa roller verebilirler. Çalışma boyunca öğretmen grupların oluşmasında, sistematik olarak çalışmasında ve ihtiyaç duyacakları bilgileri bulabilecekleri kaynaklara yönlendirmelerinde rehberlik yapacaktır. Öğretmen her grup tarafından kazanılan bilgi, beceri ve tecrübelerin diğer gruplar ile paylaşıldığından emin olacaktır. Everest Dağı; Nepal, Tibet ve Çin arasında olup denizden yüksekliği 8848 m olan en yüksek dağdır. İlk defa bir Yeni Zelandalı ve bir Nepalli oksijen desteği ile 29 Mayıs 1953 yılında dağın zirvesine erişmeyi başarmışlardır. Oksijen desteği olmadan ilk defa 8 Mayıs 1978 de bir İtalyan ve bir Avusturyalı zirveye ulaşmıştır. Everest'e çıkan ilk Türk dağcı 21 Mayıs 1995'te Nasuh Mahruki dir. Yüksek dağlara tırmanmak, yükseklik hastalığı (basıncın düşmesinden dolayı), rüzgâr ve iklim şartlarından dolayı çok tehlikelidir. Aynı zamanda 8000 metrenin üstü, oksijen azlığı ve donma tehlikesinden dolayı ölüm bölgesi olarak da adlandırılır. Sözü edilen dağın tepe noktasındaki atmosfer basıncının ve oksijen oranının deniz seviyesindekinin yaklaşık üçte biri olduğu ölçülmüştür. Mariana Çukuru; kuzeybatı Pasifik Okyanusu nda Endonezya, Filipin ve Japonya ya yaklaşık eşit uzaklıkta olup okyanuslardaki en derin çukur olduğu bilinmektedir. Derinliği yaklaşık olarak 10920±10m olarak ölçülmüştür. Bu güne kadar bir defa insanlı ve bir defa da 45

48 insansız araç indirilmiştir. Trieste adı verilen insanlı araç, Amerika Birleşik Devletleri tarafından 23 Ocak 1960 ta en derin noktaya 4 saat 48 dakikada inip 3 saat 15 dakikada çıkmıştır. Japonlar 24 Mart 1995 te Kaiko adında insansız bir araç yollamışlardır. En derin noktada basıncın yaklaşık 1060 atm olduğu hesaplanmıştır. Daha sonraları Trieste parçalanmış, Kaiko ise okyanusta kaybolmuştur böylece bu derinliğe inebilen bir araç kalmamıştır yılında yapılan ve uzaktan kumanda ile çalışan Nereus un bu derinlikte çalışabileceği düşünülmüş ve ileride Mariana Çukuruna yollanılması planlanmıştır. Tüplü dalış rekoru 2005 yılında kırılmıştır ve 330 metredir. İniş 10 dakika, çıkış ise 8 saat 49 dakika sürmüştür. 46

49 *Etkinlik Numarası : 2 Etkinlik Adı : Elektrik Direklerini Azaltalım mı? İlgili Olduğu Kazanımlar : *2.1, *2.2 ve *2.3 Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Probleme Dayalı Öğrenme Aşağıdaki cümleleri anlamlı kılacak bir resim yukarıya eklenir. Resimde yaz gününde tren rayları, elektrik tellerinin boyu ve elektrik sigortaları: ısıl (metal) çiftlerin kullanılması aynı anda gösterilmelidir. Yeni kurulacak hızlı tren hattı projesinde çalışan bir mühendis ekibinde yer aldığınızı düşünelim. Bu projede hem tren raylarının döşenmesi, hem de raylar boyunca elektrik direkleri dikilmesi istenmektedir. Bu projeyi, daha hızlı ve daha az masraflı yapmak için rayların uzunlukları ne olmalı ve kaç metreye bir elektrik direkleri dikilmelidir? Bu sorulara cevap bulabilmek için şu anki değerler incelenir. Elektrik direklerinin arasındaki mesafede (40-50 m) ne kadar uzun tel kullanıldığı, tren raylarının her birinin uzunluğu (36 m), raylar arasında ne kadar mesafe bırakıldığı ve buralarda kullanılan malzemenin genleşme katsayıları verilir. Kış-yaz sıcaklık farkı en fazla 50 o C e değişen bir yerde daha hızlı rayları döşemek daha az direk dikmek için bu uzunluklar üç katına çıkarılsaydı ne değişirdi? Elektrik devresinin fazla ısınması durumunda devre otomatik olarak nasıl kesilir? Şehirlerarası elektrik iletiminde bakır veya alüminyum tel yerine demir veya gümüş teller niye kullanılmaz? Bu ve bunun gibi sorulara cevap vermek için öğrenciler, grup halinde çeşitli kaynaklardan bilgi toplar. Öğretmen rehberliğinde bu bilgiler gruplardan alınarak sınıf olarak özetlenir. Bu bilgiler özetlenirken şu sorulara cevap aranır: a. Genleşme veya büzülme maddenin hangi hallerinde ve ne zaman olur? b. Genleşme için verilen şey nedir? Ne şekilde verilebilir? Cisimde neyi artırır ve depolandığı zaman ne diye adlandırılır? c. Sıcaklık kaç farklı ölçekte ölçülür ve sıcaklık dönüşümleri nasıl yapılır? d. Isıl iletkenlik katı, sıvı ve gazlarda ayırt edici bir özelik midir? e. Katı, sıvı ve gazların boyca, alanca ve hacimce genleşmelerini hesaplayabilir miyiz? Nasıl? f. Genleşme katsayısı katı, sıvı ve gazlarda ayırt edici bir özelik midir? g. Belli bir maddeyi hal değiştirmeden istediğimiz büyüklükte genleştirmek için gerekli olan enerjiyi hesaplayabilir miyim? Nasıl? Çalışma boyunca öğretmen, rehberlik yaparak grupları bu bilgilere ihtiyaç duyacak duruma getirmelidir. Öğrencileri bu bilgileri bulabilecekleri kaynaklara yönlendirmelidir. En önemli kaynak ders kitabı olacaktır. Araştırmalarını özetlerken kullandıkları soruların cevaplarını ilk baştaki güncel olayların açıklamalarında nasıl kullanacaklarını grup olarak tartışarak öğretmen rehberliğinde çözümlerler. 47

50 2. Ünite : Kuvvet ve Hareket Önerilen Süre A. Genel Bakış : (18) *(38) ders saati Öğrenciler; 10. sınıfta kuvvetin vektörel özeliklerini, net kuvvet ile bir cismin hareketi arasındaki ilişkiyi keşfettiler. Bir cismin hareketini ve hareketin nedenlerini Newton un hareket yasalarıyla açıkladılar. Yalnızca sabit kuvvetlerin etkidiği cisim ve sistemleri dikkate alarak sabit ivmeli hareket örneklerini incelediler. B. Ünitenin Amacı Bu ünitede dönme hareketinin hem deneysel hem de matematiksel olarak incelenmesi, doğrusal harekete ait bilgilerden yararlanılması, Newton un hareket yasalarına dayalı olarak ve dönme hareketinin nedenlerine inerek kavratılması, kuvvetin döndürme etkisinin matematiksel olarak incelenmesi, itme ve momentum kavramlarının detaylı irdelenmesi, denge koşulları ve basit makinelere uygulanması, cisimlerin kütle merkezinin bulunması, Newton'un genel çekim yasası ile Kepler yasalarının açıklanması ve kuvvetin döndürme etkisi ile gezegenlerin hareketi ve açısal momentum arasındaki ilişkinin kavratılması hedeflenmiştir. Ayrıca iş ve enerji teoremini açıklamak, enerji dönüşümlerini bağıntılarla irdelemek bu ünitenin amaçları arasındadır. C. Kavramları Vermek İçin Kullanılabilecek Yaşamdan Örnekler (Bağlamlar) Kazanımlar en az bir bağlamın parçası olarak verilecek yani bağlamda kavram anlam kazanacaktır. Fakat ideali aynı kavramın birden fazla bağlam içerisinde verilmesidir. Dönme dolap Sirklerde gösteri yapan motosikletler Uçakların akrobatik hareketi Yapay ve doğal uyduların yörünge hareketleri Çamaşır makineleri *Jiroskop *Tahterevalli *Kapı kolu *İngiliz anahtarı *Binalar, köprüler *Hacıyatmaz *İp cambazı Luna park treni (roller coaster) Yo-yo Bungee jumping Çarpışan bilyeler Silahların geri tepmesi Roketler Havai fişek Bilardo oyunu Trafik kazaları D. Öğrenilecek Bilimsel Kavram ve Konular Çizgisel sürat Açısal sürat Merkezcil ivme *Kuvvet Momenti (Tork) İtme(İmpuls) Çizgisel Momentum *Açısal momentum *Kararlı denge *Kararsız denge *Ağırlık merkezi *Kütle merkezi Yerin çekim alanı Esneklik potansiyel enerji Kütleçekim kuvveti 48

51 E. Öğrenci Kazanımları Bu ünite sonunda öğrenciler; KAZANIMLAR 1. Cisimlerin kısa süreli etkileşmesi ile ilgili olarak, 1.1. Momentum kavramını örneklerle açıklar (BİB-1.a-d 3.a-c) İtme (İmpuls) kavramının momentum değişimi ile ilişkisini örneklerle açıklar (PÇB-3.a-g: FTTÇ-2.c-e) Bir ve iki boyutta cisimlerin çarpışması esnasında momentumun korunduğunu gösterir (PÇB-3.a-g). 2. Dönme hareketi ve nedenleri ile ilgili olarak, 2.1. Düzgün çembersel hareketi örneklerle açıklar Düzgün çembersel harekette çizgisel ve açısal sürat kavramlarını açıklar (BİB-4.a-e) Merkezcil ivmeyi çizgisel hız vektörünün yönündeki değişime bağlı olarak açıklar (PÇB-3.a-g; BİB-4.a-e) Düzgün çembersel harekete neden olan kuvvet ile cismin kütlesi, sürati ve dönme yarıçapı arasındaki ilişkiyi deneyerek keşfeder (PÇB-1.a,d-g 2.a-f 3.a-i). 3. *Net bir kuvvetin etkisinde dönen bir cismin hareketi ile ilgili olarak, 3.1. Torkun (kuvvet momentinin) nelere bağlı olduğunu deneyerek gösterir (PÇB-1.a,d-g 2.a-f 3.a-i) Tork kavramının günlük yaşamdaki uygulamaları ile ilgili problemler çözer (PÇB-3.a-g). 2. ÜNİTE: KUVVET VE HAREKET AÇIKLAMALAR [!] 1.1 Her ikisi de kütle ve hıza bağlı olmasına rağmen momentum ile kinetik enerji arasındaki fark örneklerle vurgulanır. Büyük tankerlerin motorlarının limandan yaklaşık 25 km önce kapatılmasının sebepleri momentumu kavramsal olarak anlatmak için verilir. [!] 1.2 İtme ile momentum değişimi arasındaki ilişki Newton un ikinci hareket yasasından yararlanılarak belirlenir. Yapışma ile sıçrama olduğu durumda momentum değişiklikleri (Pelton su değirmeni vb) konuşulur. Aynı itmenin kısa ve uzun zaman aralıklarında etkileri örnekler üzerinde tartışılır. [!] 1.3 Esnek ve esnek olmayan çarpışmalar incelenir. Esnek çarpışmalara örnek olması açısından Newton çarpışan topları (Newton beşiği) verilebilir. Momentumun korunup korunmadığı durumlar dış kuvvete bağlı olarak tartışılır. Momentumun yanı sıra kinetik enerjinin de korunduğu çarpışmalar esnek, momentumun korunmasına rağmen kinetik enerjinin korunmadığı çarpışmalar esnek olmayan çarpışmalar olarak adlandırılır. Ayrıca çarpışmadan önce veya sonra iki cismin birlikte hareket ettiği çarpışmalar tam esnek olmayan çarpışma olarak adlandırılır. Patlamalarda da momentumun korunduğu dikkate alınarak bu durumlara örnekler verilir.??? 1.3. Momentum korunumu sadece çarpışmalarda geçerlidir. [!] 2.2 Periyot ve frekans kavramları hatırlatılarak düzgün çembersel harekete uyarlanır. Çizgisel ve açısal sürat arasındaki ilişkiyi gösteren bağıntı verilir. Günlük yaşamdan (tren tekerleklerinin şekli ile raydan çıkmadan yaptığı hareket arasındaki ilişki vb.) kendi kendini düzelten veya bozan hareketlere örnekler verilir. [!] 2.3 Düzgün çembersel harekette merkezcil ivmenin büyüklüğü; çizgisel ve açısal sürat cinsinden açıklanır.??? 2.4 Sabit süratle çembersel hareket yapan bir cismin ivmesi sıfırdır.??? 2.4 Çembersel hareket yapan bir cisme etkiyen hareket doğrultusuna dik net kuvvet ortadan kalktığında cisim çembersel hareket yapmaya devam eder., Çembersel yörüngede hareket eden cisimlere merkezkaç kuvveti etki eder. [!] 2.4 Çembersel harekette her durumda cismin hızına dik doğrultuda net bir kuvvetin olması gerektiği fark ettirilir. Bu kuvvetin merkezcil kuvvet olarak adlandırıldığı ve net kuvvetin merkezcil kuvvet işlevi gördüğü vurgulanır. Merkezcil kuvvet duruma göre sürtünme kuvveti, kütleçekim kuvveti, gerilme kuvveti olabileceği gibi bazı durumlarda ise birden çok kuvvetin bileşkesi olabileceği vurgulanır. Keşfettirilen bu bağıntı; çizgisel sürat, açısal sürat ve periyot cinsinden de ifade edilir. Çembersel hareket sürtünmeli ortamlarda da incelenir. Kuvvet, ivme ve hız vektörlerinin yönlerinin farklı olduğu örnekler verilir. [!] 3.1 *Kuvvet momenti ve tork benzer kavramlar olup bu ders kapsamında aynı sınırlılıkta ve aynı anlamda kullanılır. [!] 3.1 *Tork vektörünün, uygulanan kuvvetin ve kuvvet kolunun oluşturduğu düzleme daima dik olduğu, vektörel çarpım sonucu elde edildiği ve yönünün sağ el kuralına göre bulunabileceği vurgulanır. Torkun yönü ile cismin dönme yönünün farklı olduğu vurgulanır. 3.2 *Kuvvet momentinin, cismin eylemsizlik momenti ve açısal ivmeye bağlılığına girilmez.??? 3.2 * Bir cisme etki eden her kuvvet dönmeye sebep olur. : Ders İçi İlişkilendirme, [N]: Nobel Fizik Ödülü, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 49

52 KAZANIMLAR 4. *Net torkun sıfır olduğu durumda dönen bir cismin hareketi ile ilgili olarak, 4.1. Açısal momentum kavramını çizgisel momentum kavramı ile ilişki kurarak açıklar (PÇB-3.a-g; BİB-4.a-e) Açısal momentumun korunumunu örneklerle açıklar (BİB-1.a-e 2.a-c 3.a-c). 5. *Net kuvvetin ve net torkun sıfır olduğu durumda bir cismin hareketi ile ilgili olarak, 5.1. Bir cismin dengede olması için gerekli şartları belirtir (PÇB-3.a,b,c,g; FTTÇ- 2.d,e 3.j;BİB-1.a-e) Denge koşullarından yararlanarak bir cismin kütle merkezini gösterir (PÇB- 3.a-g;BİB-4.a-e) Duran cisim veya sistemlerin kararlı ve kararsız denge durumlarını örneklerle açıklar (BİB-1.a-d 3.a-c) Denge koşullarını basit makinelere uygular (PÇB-3.a-g: FTTÇ-2.c-e). 6. Güneş sistemimini bir arada tutan kuvvet ile ilgili olarak, 6.1. Kütle çekim kuvvetini hesaplar 6.2. Güneş sistemindeki gezegenlerin hareketini açıklar. 7. İş ve enerji ile ilgili olarak, 7.1. Dönme ve dönerek öteleme hareketi yapan cismin kinetik enerjisinin nelere bağlı olduğunu gösterir (BİB-1.a-d 3.a- c) Yapılan iş ile kinetik enerji değişimi arasındaki ilişkiyi açıklar (PÇB-3.a-g) Esneklik potansiyel enerjiyi örneklerle açıklar (BİB-1.a-d 3.a-c) Mekanik enerjinin korunumu ile ilgili uygulamalara örnekler verir (PÇB-3.ag:FTTÇ-2.c-e; BİB-1.a-d 3.a-c) *Mekanik enerjinin korunumundan yararlanarak kurtulma sürati ve bağlanma enerjisini açıklar. AÇIKLAMALAR??? 4.1 * Açısal momentumla çizgisel momentum aynı yöndedir. 4.2 *Açısal momentumun korunumu ayrıntılara girilmeden kavramsal düzeyde verilir. [!] 4.2 *Açısal momentumun korunumu açısından, eline iki ağırlık alarak dönen disk üzerine çıkan bir kişinin kollarını açıp kapatması sonucu yaptığı hareket irdelenir. [!] 5.1 *Denge koşulları ile ilgili matematiksel bağıntılar (Lami teoremi Stevin bağıntısı da dahil) verilir. [!] 5.2 *Kütleçekim ivmesi düzgün olduğu sürece bir cisim için kütle ve ağırlık merkezlerinin aynı kabul edilebileceği vurgulanır. Kütle merkezi, analitik yaklaşımla ve denge şartlarından yararlanarak bulunur. Bardak, kibrit çöpü, kaşık ve çatal gibi cisimlerden oluşan ilginç denge aktiviteleri yaptırılır veya incelenir.??? 5.2 * Kütle merkezi ile ağırlık merkezi aynı anlamdadır. [!] 5.3 *Bir cismin kararlı denge ve kararsız denge durumunu yer ile temas noktasına göre sahip olduğu potansiyel enerji ve cismin taban alanı ile ilişkilendirilerek açıklanır. Çevremizdeki cisimlerin kararlı denge durumunda bulunmalarının güvenliğimiz açısından önemi vurgulanır. Duvara yakın ve dik konumda duran boyları farklı iki kişiden hangisinin elleriyle ayaklarının baş parmaklarına daha kolay değebileceği, kütle merkezleri dikkate alınarak tartışılır. [!] 5.4 *Eşit kollu terazideki binici problemleri ile basit makinelerden kaldıraç, sabit ve hareketli makaralar, palangalar, eğik düzlem, çıkrık ve vidaya yer verilir. [!] 6.1 Newton un Genel Çekim bağıntısı verilerek çekim kuvvetinin kütleye ve uzaklığa bağlılığı irdelenir. [!] 6.2 Kepler yasaları açıklanır. Kütleçekim kuvvetinden dolayı gezegen üzerine etkiyen torkun sıfır ve dolayısı ile açısal momentumun sabit olduğu vurgulanır. [!] 7.1 Bir kuvvetin bir cisim üzerinde yaptığı iş, bir cismin öteleme kinetik enerjisi ve bu kinetik enerjinin nelere bağlı olduğu hatırlatılır. Eylemsizlik momenti kavramı açıklanır, ancak hesaplamalarına girilmez. Çubuk, küre ve silindir gibi düzgün geometrik cisimlerin kütle merkezlerine göre eylemsizlik momenti bağıntıları verilir ve (öteleme) kinetik enerjileri ile birlikte dönme kinetik enerjileri de hesaplanır.??? 7.1 Hareket etmeyen cisimler enerjiye sahip değildir. [!] 7.2 İş-enerji teoremi verilir.??? 7.3 Yer çekimi potansiyel enerjisi potansiyel enerjinin tek biçimidir. [!] 7.3 Yer çekimi potansiyel enerjisi hatırlatılır. Genel çekim potansiyel enerjisi grafik olarak da verilir. Yerin çekim alanının çekim kuvveti ile ilişkisi açıklanır. [!] 7.3 Hooke Yasası açıklanıp, kuvvet uzama miktarı grafiğinden yararlanarak esneklik potansiyel enerjisi hesaplanır. [!] 7.4 *Mekanik enerjinin korunumu; serbest düşme, atış hareketleri, esnek yay içeren sistemler, basit makineler, balistik sarkaç gibi örneklere uygulanır.??? 7.4 Bir cisim düşmeye bırakıldığında, yer çekimi potansiyel enerjisinin tamamı aynı anda kinetik enerjiye dönüşür : Ders İçi İlişkilendirme, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 50

53 F. Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler Bu başlık altında verilenlerin amacı, ünitede hangi formüllerin kullanılacağını vurgulamak ve kavramları simgeleştirirken sembol birliği sağlamaktır. Buradaki formüller doğrudan verilmemeli, kavramlar arası ilişkilerin kazandırılması amacıyla, kazanımların gerektirdiği yerde öğrencileri ezbere yöneltmeyecek şekilde verilmelidir. Sabitler: g: yerçekimi ivmesi 9,8 m/s 2 Formüller: f: Frekans T: Periyot : Çizgisel sürat 2 T : Açısal sürat F: Merkezcil kuvvet r: Yörünge yarıçapı a: Merkezcil ivme W F. x F. x. Cos W:İş F: Kuvvetin büyüklüğü d xf * τ: Tork d: Kuvvetin uygulama noktasının dönme eksenine olan uzaklığı F. t m. v t: Kuvvetin uygulanma süresi m: Kütle v: Hız p ilk p p:momentum * * 0 F 0 son F1 F2 F3 Sin Sin Sin * m. x m. y X km, Y km * m m X km :Kütle merkezinin x bileşeniı Y km : Kütle merkezinin y bileşeni W E k E k :Kinetik enerji 51

54 m. M E b G 2d Ek E b : Bağlanma enerjisi G: Genel çekim sabiti 1 mv 2 ED 2, E 1 I 2 2 k s v0 m( v 2 I: Eylemsizlik momenti : Açısal sürat E D :Dönme kinetik enerjisi ) L rxp m( rxv), L I * L:Açısal momentum r: Dönme eksenine olan uzaklık m. M F G 2 d F: Kütle çekim kuvveti 3 R sabit 2 * T R:Gezegenin Güneş e olan ortalama uzaklığı T:Gezegenin Güneş etrafındaki bir dolanım süresi Birimler: : radyan/saniye (rad/s) : newton.metre (N.m) İtme: newton.saniye (N.s) p: kilogram.metre/saniye (kg.m/s) 52

55 G. Örnek Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik Numarası : 1 Etkinlik Adı İlgili Olduğu Kazanımlar : 1.2,1.3,1.4 : Heyecan Treni (Roller Coaster) Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: 5E Öğrenme modeli Teşvik Etme Büyük lunaparklarda insanların korkuyla karışık heyecan duyarak bindikleri sürat trenlerinin (Roller Coaster) tarihsel gelişiminden yola çıkarak çalışma ilkeleri hakkında öğrenciler çeşitli araştırmalar yapar. Öğrencilerin ray sistemi boyunca tam bir devir yapabilmek için gerekli hıza ulaşmaya çalışan bu sistemi yorumlayabilmeleri için öncelikle bir ipin ucuna küçük kütleli bir cisim bağlayıp ipi önce yatay sonra düşey düzlemde döndürerek serbest bırakmaları istenir. Öğrenciler her iki durumda cismin izlediği yörüngeyi tartışır. Cismi çembersel yörüngede tutabilmek için gerekli kuvvetin varlığını hissederler. Cismi düşük ve yüksek hızlarda çevirme durumlarında neler gözleneceği tartışılır. Keşfetme Deneyin Amacı: Çembersel yörüngede hareket eden bir cisme etkiyen merkezcil kuvvet, yarıçap ve kütle ilişkisini incelemek. Araç-Gereç: Cam ya da plastik boru (50 cm uzunluğunda) c) Lastik tıpa (iki delikli-2 adet) d) Madeni pul (25 mm çap-16 adet) e) Çamaşır mandalı ya da ataş f) Milimetrik kâğıt g) Metre h) Kronometre i) Naylon ip/sicim j) Krokodil 53

56 Deneyin yapılışı 1) Şekildeki gibi cam borunun içinden naylon ipliği geçirip bir ucuna lastik tıpa bağlanır. Naylon ipliğin diğer ucuna madeni pulları geçirerek düşmelerini engellemek için ipin en alt ucuna ataş bağlanır. Krokodili cam boruya yakın yerde tutturarak ipin cam boru içinde yukarı aşağı kayması önlenir (sürtünme ihmal edilecektir). 2) Deney üç kısımda yapılır: a. Merkezcil kuvvet ve kütle sabit iken yörünge yarıçapının değişimi. b. Yörünge yarıçapı ve kütle sabit iken merkezcil kuvvetin değişimi. c. Yörünge yarıçapı ve merkezcil kuvvet sabit iken kütlenin değişimi. 3) Deney düzeneği hazırlandıktan sonra gruptan bir öğrenci borunun üst ucunu baş üzerinde cm yarıçaplı bir çembersel yörüngede döndürür. Sistem denge haline getirildikten sonra, bir referans noktası alınıp 10 dolanım için geçen süre başka bir öğrenci tarafından ölçülür. Bu süre 10 a bölünerek hareketin periyodu bulunur. 4) Bu aşamada ipin ucundaki lastik tıpanın kütlesi ve ipin diğer ucundaki pul sayısı sabit tutulup yarıçap değiştirilir. 2. adımdaki yöntemle periyot hesaplanır. 5) Bu aşamada amaç yarıçap ve kütle sabit iken merkezcil kuvvet değişimini hesaplamaktır. İpin ucundaki lastik tıpa, yarıçap sabit tutularak döndürülmeye başlanır. Düzenek dönerken denge hâline getirildikten sonra, bir referans noktası alınıp 10 dolanım için geçen süre belirlenir. Bu değer 10 a bölünüp hareketin periyodu bulunur. 6) Bu ölçümler pul sayısı artırılarak 3 kez tekrarlanır. 7) Pul sayısı ve yarıçap sabit tutularak ipin ucuna iki lastik tıpa bağlanarak deney tekrarlanır. Açıklama Bir ipin ucuna bağlanarak döndürülen cismin yaptığı harekette merkezcil kuvvetin ipteki gerilme kuvveti olduğu ve bu kuvvetin değerinin ipin ucundaki pulların ağırlığına eşit olduğu belirtilir. r uzunluğunda bir ipe bağlı m kütleli bir cisim yatay çembersel bir yörüngede döndürüldüğü zaman cisme etkiyen merkezcil kuvvet; F m. a bağıntısından elde edilir. Bu bağıntıda merkezcil ivme yerine yazılırsa 2 m F r 2 mr bağıntısı elde edileceği açıklanır. Burada yörüngeye teğet hız vektörünün büyüklüğü iken açısal hız vektörünün büyüklüğüdür. Böylece; 2 r bağıntısından dolanım sürati ve T 54

57 F 2 4 mr 2 T formülünden de merkezcil kuvvet belirlenir. Formül incelendiğinde merkezcil kuvvetin; cismin kütlesine, yörüngede dolanım yarıçapına ve periyoduna dolayısı ile frekansına bağlı olduğu vurgulanır. Bunların değişmesi ile merkezcil kuvvetin nasıl değişeceği tartışılır. Genişletme Öğrencilere yatayda yaptıkları çembersel hareketi düşeyde yapmış olsalardı merkezcil kuvvetin yörüngenin her noktasında ipteki gerilmeye eşit olup olmayacağı sorulur. Düşeyde çembersel hareket yapan bir cismin yörüngesini çizmeleri ve bu yörüngenin alt, üst ve yan noktalarında cisme etkiyen kuvvetleri çizmeleri istenir. Her bir noktada cisme etkiyen merkezcil kuvvet belirlenir. Değerlendirme Değerlendirme aşamasında işlem ve hesaplamaya dayalı soruların yanı sıra özellikle öğrencilerin kavram yanılgılarını ortaya çıkaracak kavramsal düzeyde sorular sorulabilir. 55

58 1.Çelik bir top ipe bağlanır ve yandaki şekilde görüldüğü gibi yere paralel düzlemde çembersel bir yörüngede döndürülür. Şekilde gösterilen P noktasında ip kopmaktadır. Bu olayın yukarıdan görünüşü şekildeki gibi ise, ip koptuktan sonra topun izleyeceği yörünge hangisidir? 2. 3 kg kütleli bir cisim şekildeki gibi çembersel yörüngede 10 m/s çizgisel hızla döndürülüyor. Alt ve üst iplerdeki gerilim kaç N olur? cm uzunluğundaki bir ipin ucuna içindeki su ile birlikte kütlesi 1 kg olan bir kova bağlanarak düşey olarak çembersel yörüngede döndürülüyor. Buna göre; a) Kova yörüngenin en üst noktasında iken suyun dökülmemesi için kovanın çizgisel sürati en az kaç m/s olmalıdır? b) Kova yörüngenin en alt noktasında iken ipteki gerilme kuvveti kaç N olur? 56

59 Etkinlik Numarası: 2 Etkinlik Adı: Virajı Dönebilir miyiz? İlgili Olduğu Kazanımlar:1.3,1.4 Etkinlikte Kullanılan Yöntem/Teknik: Örnek olay Bir baba ile oğlu kışın yağmurlu bir havada otomobilleriyle bir yere yetişmeye çalışmaktadırlar. Baba bir viraja yaklaştıklarında oğluna: "Viraja çok hızlı girersek savrulup yoldan çıkabiliriz. Yavaş girersek emniyetle yolumuza devam edebiliriz fakat bu kez de zaman kaybederiz. Oğlum sen lisede fizik dersi okuyorsun. Bana aracımızın en fazla hangi hızla viraja girmesi gerektiğini söyleyebilir misin? "der. Oğlan bir an düşünür ve babasına döner:"babacığım bunun için bazı verilere ihtiyacımız var. Aracımızın tekerlekleri ile yol arasındaki sürtünme katsayısı, aracımızın kütlesi, virajın eğimi ve yarıçapı bilinmeli ki sana istediğin cevabı verebileyim."der. Baba aracı yol kenarında uygun bir yerde durdurur. Aracın torpido gözünden araca ait kitapçıktan aracın kütlesini bulur. Daha sonra cep telefonuyla önce otomobil servisindeki yetkiliyi arayıp lastiklerin asfalt ve ıslak yoldaki sürtünme katsayısını öğrenir. Daha sonra Karayolları Bölge Müdürlüğü'ndeki yetkiliden önlerindeki virajın yatay olduğunu ve yarıçapını öğrenir. Hava rüzgârsız olduğu için havanın görece küçük etkisinin ihmal edilebileceğini söyler. Sonra da oğluna "Sana verdiğim bu bilgilerle bana emniyetli dönüş için olası en yüksek hızımı söyleyebilirsin ama bana açıklama yapmanı da bekliyorum. Arabamızın kütlesi 900 kg olduğuna göre virajın yarıçapı ve sürtünme katsayısı ne kadardır?" der. Oğlan da elinde kâğıt ve kalem ile babasına şu bilgileri verir: Viraj yatay düzlemde olduğuna göre aracın ağırlığı yerin tepkisiyle yok edilir. Bu durumda net kuvvet yatay doğrultudadır. Havanın direnç kuvveti ihmal edildiğine göre net kuvvet sürtünme kuvvetidir. Emniyetli dönüş için sürtünme kuvveti gerekli olan merkezcil kuvveti sağlayabilmelidir. Bu durumda virajı güvenli bir şekilde dönebilmek için gerekli hız değerini matematiksel yoldan buluruz. Senin bana verdiğin değerlere göre en fazla 55 km/h hızla viraja girmemiz gerektiğini ben hesapladım" der. Baba, oğlunun verdiği bilgilerden dolayı oğluna teşekkür eder ve emniyetle virajı dönüp yollarına devam ederler. 57

60 *Etkinlik No:3 Etkinlik Adı: Ağır Cisimleri Kolayca Kaldıralım İlgili Olduğu Kazanım: *5.4 Etkinlikte Kullanılan Yöntem/Teknik: Probleme Dayalı Öğrenme Basit makinelerin uygulamasına yönelik bu etkinlikte öğrencilerin yaratıcı düşüncelerini öğrendikleri bilgilerle birleştirerek yeni bilgilere ulaşmaları amaçlanmıştır. Öğretmen aşağıdaki problem durumunu öğrencilere sunar: Ahmet köyde yaşamaktadır. Heyelan sonucu yuvarlanan kaya parçalarından biri Ahmet lerin bahçesine gelmiştir. Kaya parçası bir kişinin kaldıramayacağı kadar ağırdır. Yaklaşık ağırlığı 2400 N dur. Babası Ahmet e kaya parçasını bahçeden kaldırması için çalışmasını söyler. Ahmet in uygulayabildiği maksimum kuvvet ise 100 N dur. Ahmet, kaya parçasını bahçeden nasıl kaldırabileceğini düşünürken aklına basit makineler gelir. Ama basit makineleri nasıl kullanacağı konusunda kararsızdır. Öğrenciler beş kişilik gruplara ayrılarak Ahmet e yardımcı olacak çözüm önerileri bulmaya çalışır. Bu bağlamda öğretmen aşağıdaki açıklamaları yapar: Bu maksatla tek bir basit makine kullanabileceğiniz gibi birden fazla basit makineyi birleştirmek suretiyle bir sistem oluşturup bu şekilde de çözüm üretebilirsiniz. Çok sayıda çözüm üretmeniz size çözüm sayınız kadar puan getirecektir. Yaratıcı gücünüzü basit makinelerle ilgili öğrendiğiniz bilgilere ekleyerek en fazla çözüm üreten en çok puanı alacaktır. Ayrıca herhangi bir çözümde farklı türde çok sayıda basit makine kullanan dereceye girecektir. Çözümünde en çok farklı basit makine kullanmış olan birinci olacaktır. Kısacası iki ayrı kategoride sıralamaya tabi olacaksınız. Bu açıklamalardan sonra gruplar çalışmaya başlar. Önerdikleri çözümleri taslak şekiller halinde öğretmenlerine sunarlar. Öğretmen çözümlere puan verir. Puanlama şu şekilde yapılır: Birinci kategori için gruplar her bir doğru çözüm yolu için bir puan kazanır. İkinci kategoride grupların geçerli her çözümüne, çözümde kaç farklı basit makine varsa o kadar puan verilir. Sadece bir basit makinenin (örneğin kaldıracın) bulunduğu çözüm 1 puan, birden fazla basit makinenin (örneğin kaldıraç, çıkrık ve palanga) kullanıldığı bir çözüm ise 3 puan alır. Bu şekilde birleşik sistemlerin puan getirisinin yüksek olacağını bilen öğrenciler yaratıcılıklarını kullanmaya teşvik edilmiş olurlar. Daha sonra yüksek puandan başlayarak başarı sırası ilan edilir. En yüksek üç puanı alan grupların çözüm şekilleri temize çekilmiş olarak karton kâğıtlarda sınıf panolarında sergilenir. 58

61 Etkinlik Numarası : 4 Etkinlik Adı : Kavramları Doğru Biliyor Muyuz? İlgili Olduğu Kazanımlar : , Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Kavramsal Test 1 ve 2. sorular yandaki şekle ve açıklamaya göre cevaplanacaktır. Yandaki şekil çarpışan iki çelik A ve B topunun yollarını göstermektedir. 1. Her bir topun momentumundaki değişimin yönünü ok kümelerinden hangisi en iyi göstermektedir? A) B) C) D) E) 2. Çarpışma sırasında A topunun B topuna uyguladığı itici kuvvetin yönünü hangi ok en iyi gösterir? A) B) C) D) E) 3 ve 4. sorular yandaki şekle ve açıklamaya göre cevaplanacaktır. Şema, sürtünmesiz bir masa üzerinde iki diski göstermektedir. Disk B, disk A dan 4 kat daha ağırdır. Durgun halden başlayarak, diskler iki eşit kuvvetle masanın öbür tarafına itilirler. 3. Bitiş çizgisine ulaştığında hangi diskin daha büyük kinetik enerjisi olacaktır? A. A B. B C. İkisi de aynı miktara sahip olur. D. Cevaplamak için bilgi yetersiz. 4. Hangi diskin bitiş çizgisine ulaştığında daha büyük momentumu olacaktır? 59

62 A. A B. B C. Her ikisi de aynıdır. D. Cevaplamak için bilgi yetersiz. 5. Küçük bir kız çocuğu, kaydırağın sonunda en büyük olası hıza ulaşmak için aşağıda gösterilen sürtünmesiz kaydıraklardan birini seçmek istiyor. Kız, yukarıda gösterilen kaydıraklardan hangisini seçmelidir? A) A B) B C) C D) E) Fark etmez, her birinde kızın sürati aynı olur 6 ve 7. sorular yandaki şekile göre cevaplanacaktır. Yandaki şekil A noktasından yukarı yönde dikey olarak atılan bir topu göstermektedir. Top, C noktasından daha yüksek bir noktaya ulaşmaktadır. B, A ve C nin ortasında bulunan bir noktadır (AB=BC). Hava direnci ihmal edilirse, 6. B noktasından geçerken sahip olduğu hızla karşılaştırıldığında, C noktasından geçerken topun hızı nedir? A) B noktasındaki hızının yarısı B) B noktasındaki hızından daha küçük, fakat yarısı kadar değil C) B noktasındaki hızına eşit D) B noktasındaki hızının iki katı E) B noktasındaki hızından daha büyük, fakat iki katı kadar büyük değil 7. Top, C nin üzerinde en yüksek noktaya ulaştıktan sonra, yönünü değiştiriyor ve düşey olarak düşüyor. Aşağı düşerken topun B noktasında sahip olduğu hızın büyüklüğü, yukarı doğru çıkarken aynı noktada sahip olduğu hızın büyüklüğüne göre nasıldır? A) Yukarı çıkarken sahip olduğundan daha küçük B) Yukarı çıkarken sahip olduğuna eşit C) Yukarı çıkarken sahip olduğunun iki katı D) Yukarı çıkarken sahip olduğundan büyük, fakat iki katından az E) Verilen bu bilgiye göre belirlenemez 60

63 Etkinlik Numarası :5 Etkinlik Adı : Gezenlerin Yörüngesini Çizelim. İlgili Olduğu Kazanımlar : 6.2 Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Gösterip Yaptırma Etkinliğe başlamadan öğrencilerden aşağıdaki malzemeleri getirmeleri istenir. Dayanıklı pamuk iplik (en az 15cm) Karton(en az 30x30cm) Mukavva veya tahta levha (en az 30x30cm) Cam çivisi (2 adet) Kalem Yapıştırıcı Hesap makinesi Öğrencilere Gezegenlerin Güneş etrafında nasıl bir yörüngede döner? sorusu sorulur.alınan cevaplar değerlendirilir.yapılacak etkinlikle bu sorunun cevabının araştırılacağı belirtilir.öğrenciler 4 erli ya da 5 erli gruplara ayrılır.daha sonra aşağıdaki işlemleri sıra ile yapmaları istenir: Her gruptan önce karton parçasını mukavva levhanın yüzeyini kaplayacak şekilde yapıştırın. Kartonun üzerine çivileri 10cm aralıkla tutturun. 15 cm uzunluğundaki ipin iki ucu çivilere bağlayın. Kurşun kalem ipin tam ortasından bir kez dolayın.daha sonra kalemin ucu kartona dik olacak şekilde çivilerin etrafında kalemin bir tur atması sağlayın. Her bir grup elde ettiği şekli yorumlarlar. Keplerin Yörüngeler Yasası yapılan etkinliğe dayalı olarak açıklanır. Etkinliğin ikinci aşamasında öğrencilere Güneş e Dünya dan daha yakın olan gezegenlerin Güneş çevresinde Dünya dan daha hızlı, Güneş e Dünya dan daha uzak olan gezegenlerin ise Güneş çevresinde Dünya dan daha yavaş dolandıkları belirtilir.bu etkinlikte ve gezegenlerin Güneş çevresinde dolanım sürelerinin Güneş e olan uzaklıklarına bağlı olarak nasıl değişeceğini bulabilecekleri söylenir. Keplerin Periyotlar Yasası açıklanır. Bu yasanın açıkladığı bağıntı tahtaya yazılır.bu bağıntı Dünya nın Güneş e uzaklığı ve dolanım süresi baz alınarak aşağıdaki gibi düzenlenir. T g 2 =T d 2. R g 3 /R d 3 Gezegenlerin Güneş e uzaklıkları çok büyük sayılarla işlem yapmamak için AU (Astronomik Birim) cinsinden ifade edilir.au Dünya nın Güneş e olan ortalama uzaklığı (yaklaşık 150 milyon km) 1AU= km 61

64 Mars ın Güneş e uzaklığının 1,52 AU olduğu belirtilerek İlgili bağıntı örnek olarak Mars gezegenine uygulanır. T 2 M =1 2. (1.52) 3 / 1 2 istenir. T M = 1.87 yıl. Diğer gezegenlerin Güneş e olan uzaklıkları verilerek aşağıdaki gibi bir tabloya işlemeleri Gezegen Güneş e Uzaklığı(AU) Merkür 0,387 Venüs 0,723 Jüpiter 5,2 Satürn 9,54 Uranüs 19,2 Neptün 30,1 Periyodu Daha sonra öğrencilerden doğdukları günden bu tarihe kadar geçen süreyi gün olarak hesaplamaları ve burdan hareketle Merkür de ve Neptün de yaşamış olsaydınız ilgili gezegenin yılına göre kaç yaşında olurdunuz? sorusu sorulur. 62

65 3. Ünite : Manyetizma Önerilen Süre : (10) *(20) ders saati A. Genel Bakış Öğrenciler 9. sınıfta; elektrik akımı, potansiyel farkı ve direnç kavramlarını tanımlayarak Ohm yasasının uygulamalarını gerçekleştirdiler. Direncin nelere bağlı olduğu, dirençlerin seri ve paralel bağlandıkları devrelerde akım-gerilim değerlerini deneyerek keşfedip kavramsal düzeyde elektrik akımının manyetik etkisini gözlemlediler. Öğrenciler, 10. sınıfta ise elektriksel olarak yüklü cisimler arasındaki etkileşimleri incelerken elektriksel alan kavramını tanımladılar. Çeşitli modellemelerle elektriksel alan, elektriksel kuvvet, potansiyel farkı, elektriksel potansiyel enerji gibi daha soyut kavramları mekanikte öğrendikleri kütleçekim alanı, çekim kuvveti ve çekim potansiyel enerjisi kavramları ile benzerlik/farklılıklarını karşılaştırarak öğrendiler. B. Ünitenin Amacı Bu sınıfta ise manyetik alan, manyetik kuvvet, manyetik akı, manyetik alan kaynakları, elektromanyetik indükleme ile ilgili konu ve kavramlara giriş yapılacaktır. Bu düzeyde diğer yıllara nazaran daha fazla formül verilmektedir. Ama verilen formüllerin asıl amacı kavramlar arasındaki ilişkiyi vurgulamak içindir. Kavramı pekiştirmek için verilen sayısal problemler ise günlük yaşamla bağlantılı olmalı, gerçek yaşamdan uzak sadece birtakım sayısal işlemleri gerçekleştirme amaçlı olmamalıdır. C. Kavramları Vermek İçin Kullanılabilecek Yaşamdan Örnekler (Bağlamlar) Kazanımlar en az bir bağlamın parçası olarak verilecek yani bağlamda kavram anlam kazanacaktır. Fakat ideali aynı kavramın birden fazla bağlam içerisinde verilmesidir. *Kuzey Işınımları-Aurora Borealis, Güney Işınımları-Aurora Australis *Hızlandırıcılar ve CERN laboratuarı Uydu Davranış Kontrolü Biomanyetizma Manyetik Terapi Hız trenleri CRT televizyonları Kalp pili *Elektrikli diş fırçaları *MRI (manyetik rezonans görüntüleme-magnetic resonance imaging) Barajlardaki elektrik üretimi Jeneratörler ve Motorlar Elektrogitar D. Öğrenilecek Bilimsel Kavram ve Konular Manyetik alan Manyetik kuvvet Manyetik kutup Manyetik geçirgenlik Manyetik akı İndükleme 63

66 E. Öğrenci Kazanımları KAZANIMLAR Bu ünite sonunda öğrenciler; 1. Manyetik alan ve manyetik alan kaynakları ile ilgili olarak, 1.1 Mıknatıslar arasındaki itme ve çekme kuvvetini alan kavramını kullanarak açıklar. 1.2 *Akım taşıyan halkanın ve solenoidin bir manyetik alan oluşturduğunu keşfeder (PÇB-1.e,f,g 2.a,c,d,f, 3.a,b,c,d,f,h). 1.3 *Akım taşıyan iletken iki tel arasında oluşan manyetik kuvveti keşfeder (PÇB-1.e,f,g 2.a,c,d,f, 3.a,b,c,d,f,h). 1.4 Manyetik alanda akım taşıyan dikdörtgen tel çerçeveye etki eden kuvvetin etkisini gözlemleyerek açıklar (FTTÇ-2.d, e). 1.5 *Yüklü parçacıkların manyetik alanda hareketlerini açıklar (BİB-4.a-e). 1.6 Maddeleri manyetik özeliklerine göre sınıflandırır (BİB- 4.a-e). 1.7 Dünyanın manyetik alanının kaynağı hakkındaki görüşleri irdeler (BİB-4.a-e). 2. Elektromanyetik indükleme ile ilgili olarak, 2.1 Manyetik akı değişimi ile elektrik akımı üretilebileceğini keşfeder (PÇB-1.e,f,g 2.a,c,d,f, 3.a,b,c,d,f,h, FTTÇ-1.n). 2.2 *Öz indükleme ve karşılıklı indükleme olaylarını örneklerle açıklar (BİB-4.a-e). 2.3 *Manyetik alan içinde hareket eden bir iletkenin uçları arasında bir emk oluşacağını örneklerle açıklar. 2.4 Elektrik ve manyetik alanlar arasındaki ilişkiyi bir bütün halinde yorumlar (FTTÇ-1.n, 2.a, BİB-4.a-e). 2.5 Motor ve jeneratörlerin çalışma ilkelerinin benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırır. 3. ÜNİTE: MANYETİZMA AÇIKLAMALAR [!] 1.1 Elektrik ve manyetik olaylar arasındaki benzerlik ve farklılıklardan yola çıkarak, manyetik kutuplar arasındaki etkileşimlerde temas gerektirmeyen bir alan kavramı kullanılacağı vurgulanır. Manyetik alanı açıklamak için manyetik alan çizgilerinin kullanılacağı vurgulanır. Öğrenciler, elektrik alanda olduğu gibi, manyetik alan çizgilerinin de metaforik bir modelleme olduğu gerçekte böyle çizgilerin olmadığı konusunda yanılgılara düşmemeleri için uyarılır.??? 1.1 Büyük mıknatıslar küçük olanlardan daha kuvvetlidir., Mıknatıslar sadece çeker., Kuzey ve güney manyetik kutuplar, pozitif ve negatif yükler gibidir., Sadece mıknatıslar manyetik alan oluşturur., Manyetik alan ile elektriksel alan aynıdır., Manyetik alanlar, kitaptaki resimler gibi iki boyutludur; manyetik alan üç boyutlu değildir., Manyetik alan çizgileri sadece mıknatısın dışında vardır. [!] 1.2 *Sabit bir I" akımı taşıyan düz bir telin etrafında bir manyetik alan oluşturduğu hatırlatılır. Manyetik alan oluşturulurken halka ya da solenoid kullanılmasının nedeni tartışılır. Akım taşıyan telden belli bir uzaklıkta, halkanın merkezinde ve solenoidin içerisinde oluşan manyetik alan ile akım, uzaklık, sarım sayısı, ortamın manyetik geçirgenliği ve solenoidin boyu arasındaki ilişki vurgulanır. Manyetik alanın büyüklüğünü veren formüller sadece kavramlar arasındaki ilişkiyi vurgulamak için verilir, karmaşık problem çözümlerine girilmez. Ayrıca akım geçen tel, halka ve solenoidin oluşturduğu manyetik alanı sağ el kuralı da kullanılıp çizgiler şeklinde üç boyutlu olarak gösterilerek yorumlanır *Sabit bir I" akımı taşıyan halkanın ve solenoidin sadece merkezinde oluşturduğu manyetik alan tartışılır.??? 1.2 * Manyetik kutuplar izole edilebilir., Manyetik alan çizgileri bir kutuptan başlayıp diğerinde sona erer. 1.3 *Oluşacak manyetik kuvvetin akım ve teller arasındaki uzaklık ile ilişkisi vurgulanır. Akımların yönü ile kuvvetin yönünün ilişkisi tartışılır. [!] 1.4. Akım taşıyan düz tele manyetik alanda etkiyen kuvvet hatırlatılır. [!] 1.4.*Akım taşıyan tele etkiyen manyetik kuvvetin formülü verilir Tel çerçeveye etki eden kuvvetin döndürme etkisi ile ilgili formüller vektörel çarpım kullanılarak verilir. [!] 1.5 *Yüklü parçacıkların manyetik alana paralel ve dik girmesi durumları formülsel olarak diğer durumlar yalnızca kavramsal olarak tartışılır.??? 1.5 * Hareketsiz yüklere manyetik kuvvet etki edebilir., Yükler bırakıldıkları zaman mıknatısın kutuplarından birine doğru hareket eder. [!]1.2, 1.3, 1.4, 1.5 Sağ el kuralının farklı durumlarda manyetik alan ve manyetik kuvvetin yönünü bulmada nasıl kullanıldığı açıklanır. [!] 1.6 Bazı maddelerin neden mıknatıslık özeliği gösterdiği bazılarının ise göstermediği tartışmasından yola çıkılarak, maddeler manyetik geçirgenliklerine göre paramanyetik, ferromanyetik ve diamanyetik maddeler olarak sınıflandırılır.??? 1.6 Bütün metaller mıknatıslar tarafından çekilir., Mıknatıslar metal olmayanları iter. [!] *1.2, 1.7 Manyetik alanın kaynağının hareketli yükler olduğu etkinliklerle vurgulanır.??? 1.7 Dünyanın coğrafik ve manyetik kutupları çakışıktır., Dünyanın kuzey yarım küresindeki manyetik kutup kuzey kutup ve güney yarımküresindeki manyetik kutup ise güney kutuptur. [!] 2.1 Elektrik akımının manyetik alan ürettiği ve manyetik alan değişimin bir elektrik akımı üretebileceği vurgulanır. Manyetik akı tanımlanarak Faraday ın indükleme yasası ve Lenz yasası nı yorumlamak için deneyler yapılır. Lenz yasası ve enerjinin korunumu arasındaki ilişki tartışılır. Faraday ın fiziğe katkısı tartışılır.??? 2.1 Akı ile alan çizgileri aynı şeylerdir., Manyetik akı gerçekte manyetik alanın akışıdır *Bu kavramlar akının azalması ya da artmasına bağlı olarak öncelikle kavramsal düzeyde verilir. Özindüksiyon ve karşılıklı indüksiyon formülleri verilmez.??? 2.2 * İndükleme emk sının (ε) oluşması için manyetik akı yeterlidir-değişmesi gerekmez.., İndükleme emk sı (ε), sadece kapalı devrede oluşur. [!]2.4 Maxwell in fiziğe katkısından yola çıkılarak formüllere girilmeden Maxwell in denklemleri yorumlanır. [!] 2.5 Barajlarda elektrik enerjisinin nasıl üretildiği açıklanır. Elektrik enerjisinin üretimi ve bilinçli bir şekilde tüketimi konusunda yapılması gerekenler tartışılır. : Ders İçi İlişkilendirme, [N]: Nobel Fizik Ödülü, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 64

67 F. Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler Bu başlık altında verilenlerin amacı, ünitede hangi formüllerin kullanılacağını vurgulamak ve kavramları simgeleştirirken sembol birliği sağlamaktır. Buradaki formüller doğrudan verilmemeli, kavramlar arası ilişkilerin kazandırılması amacıyla, kazanımların gerektirdiği yerde öğrencileri ezbere yöneltmeyecek şekilde verilmelidir. Sabitler: Tm/ A Formüller B tel 0 I. 2 d * B tel : Telin oluşturduğu manyetik alan I: Akım şiddeti 0 :Serbest uzayın manyetik geçirgenliği d: Telden olan uzaklık I B halka 0 2r * B halka : Halkanın merkezinde oluşturduğu manyetik alan I: Akım şiddeti :Serbest uzayın manyetik 0 geçirgenliği r: Halkanın yarıçapı B solenoid 0 ni 0 N l * B solenoid : Solenoidin merkezindeki manyetik alan I: Akım şiddeti 0 :Serbest uzayın manyetik geçirgenliği n: Birim uzunluktaki sarım sayısı N: Sarım sayısı l:solenoidin boyu * F i. l xb F: Tele etkiyen manyetik kuvvet I: Akım şiddeti l: Telin uzunluğu F q. vxb * F: Yüke etkiyen manyetik kuvvet q: Yük miktarı v: Yüklü parçacığın hızı I * * I AxB xb τ: dikdörtgen tel çerçeveye etkiyen tork I: Akım şiddeti A: Çerçevenin alanı B. A B. ACos. Φ: Manyetik akı A: Alan * * Birimler: N t m N ( B. A. Cos ) t ε: İndüklenen Emk Φ: Manyetik akı t: zaman A: Çerçeve ya da ilmeğin alanı Blv ε: İndüklenen Emk l: İletkenin uzunluğu v: İletkenin hızı F: newton (N) B: tesla (T) Φ: weber (Wb) ε: volt (V) 65

68 G. Örnek Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik Numarası : 1 Etkinlik Adı : Dünyanın Manyetik Alanı İlgili Olduğu Kazanımlar : 1.1, *1.2, 1.7. Kullanılan Öğrenme-Öğretme Yaklaşımı: Kavramsal Değişim Metni Dünya nın manyetik alanı denizcilikte, altın, gümüş ve petrol bulmak için yapılan araştırmalarında ve haberleşme gibi çeşitli uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Bu nedenle dünyanın manyetik alanının yüzeydeki ve yüzeyden uzaktaki büyüklüğü ve yönü yıllardır araştırma konusu olmuştur. Dünyanın manyetik alanının kökeni tam olarak anlaşılamamıştır. Fakat dünyanın merkezindeki, demir ve nikel içeren sıvı metalik dış çekirdeğin dönmesi ve konvektif etkilerle oluşan elektrik akımlarıyla ilgili olduğu düşünülmektedir. Yapılan araştırmalar dünyanın manyetik alanının büyüklüğünün ve yönünün jeolojik çağlardan bu yana değiştiğini göstermektedir. Bilim adamları tarafından dünyanın manyetik kutuplarının, binlerce yıl süren dönemlerin ardından, yer değiştirdiği vurgulanmaktadır. Dünyanın merkezinde bulunan ve erimiş durumdan katılaşarak oluşan kayalar katılaşma anındaki manyetik alan hakkında geçmişteki manyetik kutupların yönü ve büyüklüğü hakkında bize bilgi vermektedir. Bu tip manyetik fosiller in incelenmesi dünyanın manyetik alanının her milyonda yıl tersine döndüğünü ( yani kuzey kutbu güneye, güney kutbu kuzeye) göstermiştir. Fakat bu manyetik alanın anlaşılmadığı detaylardan biridir. Acaba herhangi bir jeolojik çağda dünya tek bir manyetik kutba sahip olmuş olabilir mi? Ya da doğada tek bir manyetik kutup bulunabilir mi?. Öğrencilerin öğrendiklerinden yola çıkarak; Manyetik kutuplar birbirlerinden ayırt edilebilir (Kuzey ve Güney olarak). ya da Manyetizmada tek kutup vardır. olası kavram yanılgılarını gidermeye çalışmak için aşağıdaki soru ve metin verilir. Öğrencilerin bu soruya hangi durumu savunuyorsa; evet doğrudur ya da hayır yanlıştır diyerek bu durum hakkında görüş bildirmeleri istenir. Soru: Doğada tek bir manyetik kutup bulunur mu? 66

69 Evet bulunur. Bazı öğrenciler doğada tek bir N kutbu ya da S kutbu elde edilebileceğini düşünür. Onlara göre elektrik yüklerinde (tek başına pozitif ve negatif yük) olduğu gibi doğada tek bir manyetik kutup bulunabilir. Çünkü elektrik yükleri ile manyetik kutuplar birbirine benzer özelikler göstermektedir. Her ikisinde de aynı kutuplar birbirini itmekte, zıt kutuplar birbirini çekmekte ve her ikisindeki kuvveti açıklamak için de alan kavramı kullanılmaktadır. Bu kadar benzerlikten yola çıkarak elektrikte olduğu gibi manyetizmada tek kutup bulunur. Hayır bulunmaz. Örneğin, bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde meydana gelen her iki parçanın da bir mıknatıs olarak davrandığı ve bu parçaların her birinin uçları bir pusulaya yaklaştırıldığında pusulanın iğnesinin farklı şekilde saptırdığı görülür. Bölme işlemi devam ettirildiğinde de benzer gözlem yapılır. Bu gözlemler, bu işlemin mümkün olan en küçük parçaya kadar indirildiğinde de yine her bir parçanın N ve S kutuplu mıknatıslar olacağı sonucuna götürür. Yani mıknatısın N ve S kutbunun birbirinden ayrılması imkânsızdır. Sonuç olarak manyetik kutuplar çiftler halinde bulunur. Şimdiye kadar tek bir manyetik kutup elde edilememiştir. Öğretmen yukarıdaki kavramsal değişim metnini öğrencilere okumaları için vermesinin yanı sıra, kavramsal değişim yaklaşımına göre uygun bir yöntem kullanarak bir tartışma ortamı sağlayabilir ve öğrencilerde var olabilecek kavram yanılgılarını ortaya çıkarmaya çalışmalıdır. Bu kavramsal değişim yaklaşımına uygun yöntemi uygularken aşağıdaki soruları yöneltebilir: Acaba bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde meydana gelen her iki parça da bir mıknatıs olarak kalır mı? Bu parçaları bir pusulaya yaklaştırdığımızda neler olur? Farklı uçlar pusulanın iğnesini farklı şekilde saptırır mı? Bölme işlemi devam ettirildiğinde de benzer gözlemler yapılır mı? Bu işlem mümkün olan en küçük boyuta kadar sürdürüldüğünde neler gözlemlenebilir? 67

70 *Etkinlik Numarası : 2 Etkinlik Adı : Yüzyılın Deneyi ve CERN Laboratuvarı İlgili Olduğu Kazanımlar : *1.2, *1.5 Kullanılan Öğrenme-Öğretme Yaklaşımı: Çürütme Metni Merkezi İsviçre'de bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN) 36 ülke ve 2 binden fazla fizikçinin katılımıyla tarihin en büyük fizik deneyini gerçekleştirmeye çalışmaktadır. Yerin 100 metre altında ve 27 km çevre uzunluğuna sahip tünelde gerçekleştirilecek olan zamanın en büyük fizik deneyinde Türkiye den Çukurova, ODTÜ, Ankara ve Boğaziçi Üniversitelerinin fizik bölümlerinden öğretim görevlileri ve doktora öğrencileri katılmaktadır. Bilim dünyasının 10 yıldan fazla bir süredir hazırlandığı deneyin temel amacı maddeyi oluşturan parçacıkları inceleyerek, evrenin işleyişi hakkında daha fazla bilgiye sahip olmaktır. Bu deneyde parçacıkların (protonlar) elektrik ve manyetik alanlar altında 0,99 c ışık hızına yakın hızlarda hızlandırılıp belli noktalarda çarpışmaları sağlanmaktadır. Bu çarpışmalar neticesinde açığa çıkacak diğer parçacıklardan yola çıkarak evrenin başlangıcı ve işleyişi hakkındaki rolleri incelenecektir. Şimdiye kadar inşa edilen en büyük ve en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcı olan bu yapıda protonlar tünelin çevresine yerleştirilmiş yaklaşık 10 bin adet dev süper iletken mıknatıs tarafından yönlendirilecektir. Böylece zıt yönlerde dönen iki proton ışını üretilecektir. Bilim dünyası çarpışmalar sonunda şimdiye kadar keşfedilmemiş yeni parçacıkların açığa çıkmasını beklemektedir. 68

71 Öğrencilerin Hareketsiz yüklere manyetik kuvvet etki eder., Yükler bırakıldıkları zaman mıknatısın kutuplarından birine doğru hareket eder. Kavram yanılgılarını gidermek için aşağıdaki çürütme metni öğrencilerle paylaşılır. CERN laboratuarını ziyaret eden bir grup protonları hızlandırmak için 27 km çevre uzunluğunda bir tünel döşenmesinin gerekli olmadığını, yeteri kadar güçlü süper iletken bir mıknatısın kutuplarına konan yüklü parçacıklara (örneğin protonlara) bir kuvvet etki edeceğini savunur. Yani yükler hareketsiz de olsa elektrik yüklerinde olduğu gibi bir kuvvet etki edecektir. Bu düşünce yanlıştır. Elektrik alanda olduğu gibi manyetizmada etkileşen kuvvetler için alan kavramı tanımlanır. Elektrik alanında durgun bir elektrik yüküne bir kuvvet etki eder. Manyetik alanında ise durgun yüklere herhangi bir kuvvet etki etmez. Manyetik alanda bir kuvvet etki etmesi için yüklerin hareket halinde olması ve manyetik alana belli bir açıyla girmesi gerekir. CERN laboratuarındaki 27 km uzunluğundaki tünelde 0,99 c ışık hızına ulaştırmak için protonları öncelikle bir elektrik alanı uygulayarak hızlandırmak ve manyetik alan sayesinde de belli bir yörüngede hareket etmesini sağlayacak şekilde kuvvet etki etmesini sağlamak gerekir. O nedenle laboratuarda yapılan güçlü mıknatısın kutuplarına sadece protonları yerleştirmek yetmeyecektir. 69

72 4. Ünite : Modern Fizik Önerilen Süre : (17) *(32) ders saati A. Genel Bakış Öğrenciler 10. sınıfa kadar ışık hızına göre çok daha küçük hızlar için geçerli olan fizik yasalarını öğrendiler ve bunların günlük gözlemlerimizle de uyum halinde olduğunu gördüler. 10. sınıfta ise ışık hızına yakın hızlarda bazı doğa olaylarında fizik yasaları değişmezken, olayların günlük gözlemlerimizden farklı olabileceğini gördüler ve bu olayları açıklamakta kullanılan temel yaklaşımlarda değişiklikler yapılmasının gerekli olduğunu öğrendiler. B. Ünitenin Amacı Bu ünitede öğrencilerin; ışığın özellikle parçacık yapısını kavramaları, elektronların maddenin yapısındaki öneminin farkına varmaları ve atomun yapısını anlamaya çalışmaları beklenmektedir. C. Kavramları Vermek İçin Kullanılabilecek Yaşamdan Örnekler (Bağlamlar) Kazanımlar en az bir bağlamın parçası olarak verilecek yani bağlamda kavram anlam kazanacaktır. Fakat ideali aynı kavramın birden fazla bağlam içerisinde verilmesidir. Fotoseller Otomatik kapılar ve otomatik ışıklar Hırsız alarmı Laser ışığı ve kullanımı Hologramlar Elektro-Ensefalo-Grafi (EEG) Elektro-Kardiyo-Grafi (EKG) D. Öğrenilecek Bilimsel Kavram ve Konular *Kara Cisim Işıması Planck Sabiti Fotoelektrik Olay Compton Olayı Işığın Tanecikli Yapısı Maddesel Parçacıkların Dalga Özeliği: de Broglie Hipotezi Elektronların Özelikleri *Rutherford Deneyi ve Bohr Atom Modeli Atomun Yapısı Laser Işığı 70

73 E. Öğrenci Kazanımları KAZANIMLAR Bu ünite sonunda öğrenciler; 1 Işığın tanecikli özeliği ile ilgili olarak, 1.1 Kara cisim ışımasını açıklar (BİB-1.a-d). 1.2 Fotonu enerji paketi (çıkını) olarak açıklar. 1.3 Fotoelektrik olayını açıklar (BİB-1.a-d). 1.4 Fotoelektronların sahip olduğu maksimum kinetik enerji ile durdurma gerilimi ve eşik enerjisi arasındaki ilişkileri özetler. 1.5 *Foton-elektron etkileşiminde fotonların elektronlar tarafından saçılmasında enerji ve momentumun korunduğu sonucuna varır. 1.6 Işığın, madde ile etkileşmesinden yararlanarak, belirli bir enerji paketine ve momentuma sahip olan bir parçacık gibi davrandığı çıkarımını yapar (BİB-1.a-d). 2 Parçacıkların dalga özeliği ile ilgili olarak, 2.1 Kütlesi ve momentumu olan her cismin dalga özeliği gösterdiğini belirtir (BİB-1.a-d). 4. ÜNİTE: MODERN FİZİK AÇIKLAMALAR 1.1 Wien yasasından bahsedilir, ancak Rayleigh-Jeans yasasına girilmez, sadece kara cisim ışımasında deneysel olarak elde edilen dalga boyu-ışıma gücü/şiddeti ilişkisini gösteren grafikten yararlanarak klasik yaklaşımla ciddi çelişki oluşturduğu vurgulanır. Deneysel sonuçlara göre eksik olan bir sabitin (Planck sabiti) olması gerektiği belirtilir. [!] 1.1 Kara cisim ışıması ile Planck sabiti arasında ilişki kurulur sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [!] 1.3 Fotoelektrik olayında enerjinin elektron volt mertebesinde olduğu belirtilir. Işığın şiddetinin foton sayısı ile orantılı bir büyüklük olduğu vurgulanır. Gelen ışığın şiddet ve frekansının fotoelektrik olayındaki etkisi yorumlanır sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 1.3. Einstein-1921 [!] 1.4 Durdurma geriliminin elektronların sahip olduğu maksimum kinetik enerjiye bağlı olduğu, ancak ışığın şiddetinden bağımsız olduğu açıklanır. Farklı şiddete sahip ışığın etkisi de göz önüne alınarak elektrotlar arasına uygulanan gerilim ile devreden geçen akım şiddeti arasındaki değişim grafiği çizilerek yorumlanır. [!] 1.4 Eşik enerjisine tarihsel olarak iş fonksiyonu da denildiği belirtilir. Eşik enerjinin ve dolayısı ile eşik frekansının maddenin cinsine bağlı olduğu vurgulanır ve bazı metallerin (Na, Al, Cu ve Fe gibi) iş fonksiyonu değeri verilir. [!] 1.5 *Fotonların elektronlar tarafından saçılmasının Compton olayı olarak adlandırıldığı vurgulanır. Bu olaydaki fotonun dalga boyu değişiminin, gelen ve saçılan foton doğrultuları arasındaki açıya bağlılığı formüle edilir.??? 1.5 * Compton olayı kullanılarak foton ile atom (foton ile atoma bağlı elektron) etkileşimi de açıklanabilir. [N] 1.5. Compton-1927 [!] 1.6 Işığın tanecikli (kuantumlu) doğası yanında dalga doğası da belirtilir, fakat ışığın dalga modeli 12. sınıfta verileceğinden bu sınıfta dalga modeline girilmez. [!] 2.1 Kütlesi ve momentumu olan her cisme dalga eşlik eder. Bu dalga boyunun şeklinde formüle edilen de Broglie bağıntısı ile verilebileceği açıklanır ve bu bağıntının maddenin ikili doğasını açıkladığı vurgulanır. Durgunluk enerjisi sıfır olmayan maddesel parçacıklara eşlik eden bu dalgalara (mekanik ve elektromanyetik dalgalardan farklı olarak) madde dalgaları da denildiği belirtilir.??? 2.1 Parçacığa eşlik eden dalga elektromanyetik dalgadır. [N] 2.1. Louis ve De Broglie sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. : Ders İçi İlişkilendirme, [N]: Nobel Fizik Ödülü, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 71

74 KAZANIMLAR 3 Atomun yapısı ile ilgili olarak, 3.1 Elektronun özeliklerini açıklar (FTTÇ-1.d-h, 2.c). 3.2 Atomun çekirdekten ve elektronlardan oluştuğunu gösteren ilk atom modelini açıklar (FTTÇ-1.b-g; BİB- 1.a-d, 3.a-c). 3.3 Atomda elektronların belirli kararlı yörüngelerde dolandığını öngören atom modelini açıklar (PÇB-3.d-i; FTTÇ-1.b-g, 2.c). 3.4 *Bohr atom modelinden yararlanarak hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisi ile boyutunu hesaplar (PÇB-3.b-i). 3.5 *Bohr atom modelinden yararlanarak hidrojen atomunun kararlı enerji seviyelerini hesaplar (PÇB- 3.b-i). 3.6 *Atomlarla ilgili her türlü modelin deneysel sınanmalarının atomların tayfları gözlenerek yapıldığı çıkarımında bulunur (FTTÇ-1.b-h). 3.7 *Atomun yapısını açıklamakta kullanılan kuantum sayılarını yorumlar (FTTÇ-1.h). 3.8 *Bir atomdaki iki elektronun dört kuantum sayı değerlerinin hiç bir zaman aynı olamayacağının sebebini açıklar. 3.9 Bir parçacığın konumunu ve momentumunu aynı anda tam bir doğrulukla ölçmenin olanaksız olduğu sonucuna varır *Dalga denklemlerinin çözümlerinin elektronların fiziksel durumlarının olasılıklarını verdiğini fark eder Atomun boyutunu çevresindeki cisimlerin boyutu ile karşılaştırır (BİB-1.a-d, 3.a-c) Atomun enerji seviyelerinden yararlanarak atomun uyarılmasını yorumlar (BİB-1.a-d, 3.a-c). 4. ÜNİTE: MODERN FİZİK AÇIKLAMALAR [!] 3.1 Millikan yağ damlası deneyi ile elektronun kütlesi ve yükü açıklanır sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 3.1. Milikan-1923 [!] 3.2 Rutherford atom modelinin ayrıntıları açıklamakta çok başarılı olmasa da atomda özellikle yoğun pozitif yüklü bir çekirdeğin varlığını ortaya koyması bakımından önemli olduğu vurgulanır. Rutherford atom modelinin geçersiz kaldığı yönler belirtilir sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [!] 3.3 Bohr atom modeli açıklanır. Bohr atom modelinin temel varsayımları (çekirdek ile elektron arasındaki elektriksel çekim kuvveti, kararlı elektron yörüngeleri, elektronun yörünge değişimi sonucu yayımlanan ışıma, kararlı yörüngelerde yörüngesel açısal momentum) irdelenir sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 3.3. Bohr-1922 [!] 3.4 *Elektronun enerjisinin elektriksel potansiyel ve kinetik enerjinin toplamı olduğundan hareketle elektronun toplam enerji ifadesi bulunur. Bu ifadeden yararlanarak hidrojen atomuna ait iyonlaşma enerjisi 13.6 ev, yarıçapı ise 0.529Å olarak bulunur. [!] 3.5 *Bohr atom modeli varsayımları kullanılarak hidrojen atomu için kararlı (izinli) enerji seviyeleri ve geçişlerde yayımlanan ışığın dalga boyu hesaplanır. Enerji seviyeleri diyagramı çizilerek çeşitli hidrojen tayfı serileri (Lyman, Balmer, Paschen ve Bracket) gösterilir. [!] 3.5 *Bohr atom modelinin çok elektronlu atomlar için yetersizliği ve yeni kuantum sayılarına olan ihtiyaç vurgulanır. [!] 3.6 *Tayfların incelenmesi sonucunda yeni kuantum sayılarına ihtiyaç duyulduğu vurgulanır. [!] 3.7 *Kuantum sayılarının; n (baş kuantum sayısı), l (yörüngesel açısal momentum -orbital- kuantum sayısı), m l (manyetik kuantum sayısı) ve m s (spin manyetik kuantum sayısı) olduğu belirtilir. 3.7 *10. sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 3.7. Schrodinger vedirac-1933 [!] 3.8 *Pauli dışarma ilkesi verilerek bu ilkenin atomun tabakalı yapısını açıkladığı ve elementlerin kimyasal özeliklerinin bu durumdan ileri geldiği vurgulanır. 3.8 *10. sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 3.8. Pauli-1945 [!] 3.9 Heisenberg Belirsizlik ilkesi açıklanır. Bunun yanı sıra bir parçacığın enerjisinin sonlu bir ölçüm süresi içerisinde tam olarak ölçülemeyeceği de vurgulanır. Bu olgunun aynı zamanda enerjinin belirli bir süre içerisinde korunamayacağı sonucunu doğurduğu da belirtilir. Haftada iki saatlik fizik dersini seçen öğrenciler için formüllere girilmeden kavramsal düzeyde verilir. [!] 3.9 Belirsizlik ilkesi ile de Broglie bağıntısının boyutsal olarak benzeştiği vurgulanır sınıf Kimya dersi 1. Ünite: Atomun Yapısı. [N] 3.9. Heisenberg-1932 [!] 3.10 *Schrödinger dalga denklemi, ayrıntılarına girilmeden, kavramsal olarak açıklanır. [!] 2.1, 3.9 ve *3.10 de Broglie bağıntısının arkasında üst düzeyde matematiksel bir bağıntının (Schrödinger Dalga Denklemi) bulunduğu belirtilir. Schrödinger dalga denkleminin atomun yapısını açıklamakta daha temel bir yaklaşım olduğu, Heisenberg belirsizlik ilkesinin ise bu yaklaşımın kabaca bir özeti gibi olduğu vurgulanır. [!] 3.11 Günlük yaşamda gözlenen cisimlerin boyutu, belirli oranda atomik boyuta kadar küçültülerek her bir boyut atom boyutu ile kıyaslanır. Örneğin bir insan vücudundaki atom sayısı verilerek kıyaslama başlatılabilir. [!] 3.12 Uyarılmış ve kendiliğinden ışın yayma olayları irdelenerek laser ışığı ve özelikleri açıklanır. : Ders İçi İlişkilendirme, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 72

75 F. Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler Bu başlık altında verilenlerin amacı, ünitede hangi formüllerin kullanılacağını vurgulamak ve kavramları simgeleştirirken sembol birliği sağlamaktır. Buradaki formüller doğrudan verilmemeli, kavramlar arası ilişkilerin kazandırılması amacıyla, kazanımların gerektirdiği yerde öğrencileri ezbere yöneltmeyecek şekilde verilmelidir. Sabitler k: Coulomb sabiti Formüller max. T 0,002898m. K max : Maksimum dalga boyu T: Sıcaklık E nhv E: Enerji n: Kuantum sayısı ν: Titreşim frekansı h: Planck sabiti Ek maksimum E k maksimum e. V : Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi e: Elektronun yükü : Durdurma gerilimi V Ek maksimum E k maksimum h : Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi h: Planck sabiti ν: Işığın frekansı ϕ: Eşik enerjisi veya İş fonksiyonu ( ) ( ) λ: Saçılan fotonların dalga boyu λ 0 : Gelen fotonların dalga boyu me: Elektronun kütlesi :Gelen ve saçılan foton doğrultuları arasındaki açı h: Planck sabiti c: Işık hızı λ: de Broglie dalga boyu h: Planck sabiti m: Cismin kütlesi 73

76 v: Cismin hızı p: Cismin çizgisel momentumu h: Planck sabiti ν: Işığın frekansı : İlk enerji durumu : Son enerji durumu L: Elektronun açısal momentumu n: Tamsayı, : Çizgili h me: Elektronun kütlesi v: Elektronun yörüngede dolanma hızı r: Elektronun yörünge yarıçapı * ( ) : Hidrojen atomunun enerji seviyeleri n: Tamsayı, : Çizgili h me: Elektronun kütlesi k: Coulomb sabiti e: Elektronun yükü ( ) : Yayınlanan fotonun dalga boyu : Z: Atom numarası n s : Elektronun son geçtiği enerji seviyesini gösteren kuantum sayısı n i :: Elektronun ilk bulunduğu enerji seviyesini gösteren kuantum sayısı *, : Konum ölçümündeki duyarlık : Momentum ölçümündeki duyarlık Enerjinin ölçümündeki duyarlık : Zaman aralığı h: Planck sabiti Birimler: E: Elektronvolt (ev) λ: angström (Å) f, ν: hetz (1/s) T: kelvin (K) 74

77 G. Örnek Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik Numarası : 1 Etkinlik Adı : Atomun Resmini Çizebilir misiniz? İlgili Olduğu Kazanımlar : , 3.11 Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Zihinsel Modelleme Etrafınıza baktığınız zaman birçok varlığı görebilirsiniz. Şu anda beni de görebiliyorsunuz, istesem benim resmimi çizebilir misiniz? Masanın üstünde vazo içinde bir çiçek olsa resmini çizebilir misiniz? türü vb. sorularla öğrencilerin etkinlik ile tam olarak ne istediğinizi pekiştirmelerini sağlayınız. Daha sonra örneğin en basit atom olan hidrojen atomunun bir elektron ve bir protondan ibaret olduğunu anlatın (Hidrojen dışında başka atomlar için de aynı etkinliği yapabilirsiniz). Şimdi öğrencilerin zihninde oluşan atom modelini öğrenmek için atomun herhangi bir andaki görüntüsünün nasıl olacağını çizmelerini isteyiniz. Bunun için öğrencilerin birer boş kağıt ve kalem hazırlamalarını sağlayınız. Daha sonra Etrafınızdaki cisimleri, beni ve vazodaki çiçeği görebildiğiniz gibi, eğer atomu da görme olanağınız olsa idi, atomun şeklini nasıl görürdünüz? Çiziniz. Ayrıca çiziminizi açıklayan kısa bir paragraf yazınız. şeklinde bir soru sorunuz ve öğrencilere en az 15 dakika süre veriniz. Daha sonra her öğrencinin çizimini toplayınız, benzer özelikte olanları gruplandırınız. Sonuçta her grup ile ilgili örnek çizimi tahtaya çizerek atom çizimi ile ilgili olumlu ve olumsuz tarafları ve yapılan belirgin hataları öğrencilerle tartışınız. Bu çizimlerde sık karşılaşılabilecek hatalar: Atom ve çekirdek boyutu orantısız çizilebilir, yörünge varmış gibi çizilebilir, çekirdekte veya atomda atomun sembolünü gösteren harf (hidrojen için H, helyum için He harfi) varmış gibi çizilebilir, elektron ve çekirdek arasındaki mesafe hep sabit kalıyormuş gibi algılanabilir. Atom, gerçek anlamda üç boyutludur, oysa öğrenci çizimleri iki boyutlu olacaktır. Bu anlamda öğrencilerin zihninde üç boyutlu olan atom modeli iki boyutlu çizime aktarılırken birtakım yanlış çizimler ve anlaşılmalar olabilir. Bu anlamda bazı çizimler ilk bakışta çok anlamsız da olsa öğrencilerle konuşularak ne çizmek istediği iyice anlaşılmalıdır. Sonuçta en yeni atom teorisine en yakın çizimi de tartışınız. En sonunda aslında insan gözünün yaklaşık Angström uzaklıkları doğrudan görebileceğini, bu nedenle atomun doğrudan hiçbir zaman görülemeyeceğini belirtiniz. İdeal atom çiziminin dahi bir model olduğunu bu model ile gerçek atom arasında olan benzer ve farklı yönleri vurgulayarak tartışınız. Atomun bir anlık görüntüsü ile elektronun izlediği yörüngenin görülemeyeceği, elektronların sabit yarıçaplı yörünge izlemeyeceği, elektronların bulunma olasılığının yüksek olduğu bölgelere orbital adı verildiği vurgulanır. Orbital kavramını kavratmak için atomun 10 kadar farklı andaki görüntüsünü temsilen 10 farklı şeffaf kâğıda çizilen atom resmi üst üste konularak çekirdeğin üst üste gelmesi sağlanır ve elektronların konumlarından yararlanarak orbital kavramı açıklanmaya çalışılır. Bu yolla atomun öğrencilerin zihninde en ideal şekilde şekillenmesine yardımcı olunur. 75

78 Öğrencilerin çizimleri en ideal atom modeline uygun olma durumuna göre aşağıdakine benzer bir kontrol listesi ile değerlendirilir. Beklenen modelde olması gerekenleri sol sütuna yazılır, çizimde olanları ise sağ sütunda ( ) nir. Model Bileşeni Var mı? ( ) Çekirdek boyutu/atom boyutu oranı uygun Yörünge çizilmiş Yörünge küresel Elektronun dalga özeliği vurgulanmış Yörünge yarıçapı değişebilir Atomun sınırı Çekirdeğin sınırı

79 Etkinlik Numarası : 2 Etkinlik Adı : Atom Nasıldır? İlgili Olduğu Kazanımlar : , 3.11 Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Benzeşim (Analoji) Model ve modellemeler fizik ve diğer fen alanlarında önemli bir yere sahiptir. Özellikle atom gibi gözle görülemeyecek kadar küçük, soyut ve yapısı tam olarak açıklanamayan olguları açıklamak için model kullanmak çoğu kez yararlı olmaktadır. Ancak tüm modellerin kullanımında göz ardı edilmemesi gereken durumlar söz konusudur. Örneğin model kullanımında model ile hedef arasındaki benzerliklerin yanı sıra mutlaka farklılıkların da bulunduğu vurgulanmalı; benzeşen (paylaşılan) ve benzeşmeyen (paylaşılmayan) yönler belirtilmelidir. Benzeşim; bilinen bir olay, olgu ve cisimden yararlanarak daha az bilinen bir kavram, olgu ve olayı açıklamakta kullanılan bir yaklaşımdır. Atom, öğrencilere ilk kez anlatılırken, soyut olduğu ve öğrenciler tarafından kavranması zor olduğu için, güneş sistemi ile benzerlik kurulabilir. Atom ve güneş sistemi benzerliğinde öğrencilerin güneş sistemini daha iyi bildiği ön kabulünden yola çıkılır. Bu etkinlikte atomu (özellikle Bohr atom modelinin betimlediği atomu) öğrencilere tanıtmak için güneş sistemi ile atom arasında benzeşim yapılarak paylaşılan ve paylaşılmayan yanlar vurgulanacaktır. Model (burada benzeşim) uygun şekilde kullanılmaz ve paylaşılmayan yönler vurgulanmazsa yeni kavram öğretmekten çok kavram yanılgılarına kaynak teşkil edebilir. Bu nedenle model kullanırken çok dikkatli olunmalıdır. Güneş sistemi benzeşimi ile atomun anlatılmasındaki ön kabullenmeler nelerdir? Atom kavramı soyuttur ve atomun yapısını öğrencilerin kavraması zordur. Atom ile güneş sistemi arasında birtakım benzerlikler mevcuttur. Öğrenciler güneş sistemini, kısmen de olsa, bilmektedir. Atomun yapısını güneş sistemine benzetirken yapılan modellemede atom ile güneş sistemi arasında benzer olan ve olmayan yönleri listeleyelim. Ortak (paylaşılan) Yönler Atom, merkezde çekirdek ve etrafındaki yörüngede dolanan elektronlardan oluşurken, Güneş sistemi; yaklaşık merkezinde Güneş ve etrafında dolanan gezegen ve uydulardan oluşur. Farklı (paylaşılmayan) Yönler Atomda elektronlar üç boyutlu yaklaşık küresel yörüngelerde dolanırken, güneş sisteminde gezegenler yaklaşık elips şeklinde düzlemsel yörüngelerde dolanırlar. Atom ve güneş sisteminin merkezindeki çekirdek ve güneş tek iken, bunların etrafında dolanan elektron ve gezegenlerin sayısı birden çok olabilmektedir. Atom ve güneş sisteminin merkezinde bulunan çekirdek ve Güneşin kütlesi, sırası ile, elektron ve gezegenlere göre daha büyüktür. Atomda çekirdek etrafında dolanan elektronlar özdeş olmasına karşın, güneş etrafında dolanan gezegenlerin boyut ve kütleleri farklıdır. Atomda çekirdek boyutu atom boyutunun yaklaşık de biri iken, güneşin boyutu güneş sisteminin boyutunun (Plüton un ortalama yörünge yarıçapının) yaklaşık 4200 de biridir. 77

80 Atomdaki çekirdek ve elektron arasında, güneş sistemindeki Güneş ve gezegenler arasında olduğu gibi, çekim kuvveti mevcuttur. (Bu listeye eklemeler yapılabilir) Atomda çekirdeğin en yakın elektrona uzaklığı çekirdek boyutunun 5000 katı iken, güneş sisteminde güneşin en yakın gezegene (Merkür) olan ortalama uzaklığı güneş boyutunun 45 katıdır. Atomda çekirdek ile elektronlar arasındaki çekim kuvveti elektriksel Coulomb kuvveti iken, güneş sisteminde ise Güneş ile gezegenler arasındaki çekim kuvveti kütleçekim kuvvetidir. Coulomb kuvveti itme veya çekme şeklinde olabilirken, kütleçekim kuvveti daime çekme şeklinde olur. Atomdaki elektronların uydusu yokken, güneş sisteminde bazı gezegenlerin uydusu vardır. Elektronların çekirdeğe uzaklığı aniden değişebilirken, gezegenlerin Güneşe uzaklık değişimi çok yavaştır. Atomda çekirdek ile dış yörünge elektronları arasındaki elektriksel çekim kuvveti diğer elektronlar tarafından perdelenebilirken, güneş sisteminde güneş ile gezegenler arasındaki çekim kuvvetini diğer gezegenlerin varlığı veya yokluğu değiştirmez....(bu liste uzatılabilir) Öğrenciler için soyut ve kavranması zor olduğu düşünülen atomun yapısını anlatmak için güneş sistemine yapılan benzeşimde atom ile güneş sistemi arasındaki benzeşen yönlerin farklı yönlere göre oldukça az olduğu görülür. Bu durumda yukarıda listelenen farklı yönler belirtilmeden kullanılan benzeşim yöntemi atomun yapısını kavratmaktan ziyade atom hakkında çok sayıda kavram yanılgısına da neden olabilmektedir. Yapılan araştırmalarda bu modellemeyle atomun yapısını öğrenen bazı öğrencilerin, ilerleyen zamanlarda elektronlar ile atom çekirdeği arasındaki çekim kuvvetinin diğer elektronların birbirine uyguladığı itme kuvvetinden dolayı perdelenmesini öğrendiklerinde benzer durumun güneş sisteminde de geçerli olabileceğini iddia ettikleri görülmüştür. Bu durumda acaba atomun yapısını kavratmak için güneş sistemi benzetmesi kullanılmamalı mıdır? Yukarıda verilen ön kabuller geçerli ise (özellikle öğrenciler güneş sistemine aşina iseler) kullanılmalı, ancak atom ile güneş sistemi arasındaki benzerliklerin yanında farklılıklar da özellikle vurgulanmalıdır. Bu tüm modellemeler için geçerli bir kuraldır. Model kullanımı iki tarafı keskin bıçak gibidir, bir tarafta benzeşen yönler diğer tarafta ise benzeşmeyen yönler bulunmaktadır. Her iki taraf da net bir şekilde kavratıldığı sürece model kullanımı oldukça yararlı ve kaçınılmaz bir öğretim aracıdır. 78

81 5. Ünite : Dalgalar Önerilen Süre A. Genel Bakış : (7) *(14) ders saati 10. sınıfta öğrenciler, sarmal yay ve tel üzerindeki dalgalar ile su dalgalarını incelerken yansıma, kırılma ve girişim olaylarını öğrendiler. Bu sınıfta bu olaylar, ses dalgaları üzerinde görülecek ve yer yer 10. sınıfta görülen dalga türleri ile ilişki kurulacaktır. Öğrenciler, ışığın doğrusal yolla yayılması ve bunun sonucunda oluşan olayları, Fen ve Teknoloji dersi ışık ünitelerinde öğrenilen bilgiler eşliğinde inceleyeceklerdir. B. Ünitenin Amacı Bu ünitenin ana amacı, ses dalgasını ve ışığın aydınlatma durumlarını öğrencilere tanıtmaktır. Öğrencilerin bu konulara ait temel özelikleri ve günlük yaşamda bu konuların ilişkili olduğu olayları öğrenmeleri hedeflenmektedir. Öğrencilerin, ses dalgası fiziği ile ilgili ilkelerin yaygın teknolojik araçlarda nasıl kullanıldığının farkına varmaları amaçlanmaktadır. Ayrıca doğada gerçekleşen çeşitli ses olaylarının altında yatan nedenleri kavramaları hedeflenmiştir. Ses dalgalarının özellikle tıp alanında yaygın olarak kullanıldığının öğrencilerin farkına varması ve bunun sonucunda fiziktoplum-teknoloji-çevre ilişkisini kavramaları beklenmektedir. C. Kavramları Vermek İçin Kullanılabilecek Yaşamdan Örnekler (Bağlamlar) Kazanımlar en az bir bağlamın parçası olarak verilecek yani bağlamda kavram anlam kazanacaktır. Fakat ideali aynı kavramın birden fazla bağlam içerisinde verilmesidir. Hoparlör Böbrek taşı kırma makinesi Hareketli araçlardan duyulan siren sesleri (ambulans, itfaiye ve polis sireni, araba kornası) Sesin tıp alanında uygulamaları (ultrason cihazı, beyin tümor tedavisi, Doppler akış ölçeri) Yapıların akustik tasarımı Yarasa ve yunusların çevrelerindeki varlıkların konumunu ve hareketini tespit etmeleri Sonar cihazı Denizaltıların sonardan gizlenmesi Radyo yayınlarını yakalama Yüksek sesi önleyici kulaklıklar Müzik aletlerini akort etme Antik tiyatro *Gölge olayı *Ay ve güneş tutulması *Projeksiyon cihazı D. Öğrenilecek Bilimsel Kavram ve Konular Ultrasonik, infrasonik Doppler olayı Süpersonik Şok dalgası Sonik patlama Ses dalgasında kırılma 79

82 Doğal frekans Rezonans Ses dalgasında girişim Vuru olayı, vuru frekansı *Işık demeti *Işık ışını *Saydam, yarı saydam, opak madde *Gölge, yarı gölge *Işık şiddeti *Işık akısı *Aydınlanma şiddeti *Işık basıncı 80

83 E. Öğrenci Kazanımları Bu ünite sonunda öğrenciler; KAZANIMLAR 1. Ses dalgalarıyla ilgili olarak, 1.1. Sesin oluşumu ve yayılması için gerekli olan şartları açıklar (BİB-3.a-c, 4.c,d, 5.f) Sesleri frekansına göre sınıflar (BİB 1.a-d) Doppler olayını açıklayarak örnekler verir (FTTÇ- 1.a,p, 2.c,e, 3.j; BİB-1.a-d; TD-1.e) Rezonans olayını deneyle gösterir (PÇB-1.d-f, 2.a,c,d, 3.i; FTTÇ-1.h, 2.e, 3.j; BİB-4.c,d) Yansıma, kırılma, soğurulma veya girişim olaylarını dikkate alarak geliştirilen yaygın düzeneklerde bu olayların nasıl kullanıldığını açıklar (PÇB-1.a,b,g, 2.b; FTTÇ-1.h,k,p, 2.f, 3.j; TD-1.a,b,d,f,h,i,k,l, 2.c,e, 3.d,e). 2. *Aydınlanma ile ilgili olarak, 2.1. Işık demeti ve ışık ışınlarını çizeceği şekil üzerinde açıklar (BİB-3.a-c, 4.c,e; TD-1.k,l) Işığın doğrusal yolla üç boyutta yayıldığını gösteren deney yapar (PÇB-1.d-f, 2.a,c,d; BİB-3.c, 4.c) Işık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma şiddeti arasındaki farkı belirtir (FTTÇ-2.e; BİB-4.b,c; TD- 1.j). 5. ÜNİTE: DALGALAR AÇIKLAMALAR 1.1 Fen ve Teknoloji dersi 6. sınıf Işık ve Ses ünitesi ile 8. sınıf Ses ünitesi sınıf Dalgalar ünitesi.??? 1.1 Dalgalar madde taşır. [!] 1.1 Ses dalgasının boyuna dalga olduğu çizim ile vurgulanır. Ses yayılırken oluşan sıkışma ve genleşme bölgeleri incelenerek bu bölgelerin enine dalgalardaki karşılıkları tartışılır. Buradan yola çıkılarak dalga boyu, frekans, periyot ve genlik kavramları konuşulur. [!] 1.2 Duyabildiğimiz ve duyamadığımız sesler olarak ikiye ayrılır. Duyamadığımız sesler de frekansı yüksek olanlar (ultrasonik) ve düşük olanlar (infrasonik) diye ikiye ayrılır. Bu sesleri duyabilen canlılara örnekler verilir. [!] 1.3 Kaynak hareketli olduğunda algılanan dalga boyu ve gözlemci hareketli olduğunda algılanan hız değiştiği için algılanan frekansların değiştiği bir örnek üzerinde incelenir. Süpersonik, şok dalgası ve sonik patlama kavram ve olayları açıklanır. Haftada iki saatlik fizik dersini seçen öğrenciler için formüllere girilmeden kavramsal düzeyde verilir. [!] 1.4 Diyapazon kullanılarak doğal frekans ve zorlamalı titreşim kavramları verilerek deney yapılır. 1.5 Fen ve Teknoloji dersi 6. sınıf Işık ve Ses ünitesi ile 8. sınıf Ses ünitesi sınıf Dalgalar ünitesi. [!] 1.5 Seste kırılma olayı bugüne kadar yaygın olarak işlenmemesine rağmen seste de kırılma olayının olduğu vurgulanır. Kırılma olayıyla ilgili şimşek sesinin bazen duyulmaması, denizaltıların sonardan saklanabilmesi, deniz tabanını tanılama çalışmalarında problem oluşması örnekleri incelenir. Yapıcı ve bozucu girişim görseller yardımıyla incelenir. Vuru olayı ve frekansı kavramsal olarak açıklanır. [!] 2.1 *Işın modeli verilir. [!] 2.2 *Işığın aynı ortam içerisinde doğrusal olarak yayıldığı, ortam değişikliklerinde yayılma doğrultusunun değişebileceği vurgulanır. Gölge ve yarı gölge oluşumu, güneş ve ay tutulması olayları deney sonucuyla ilişkilendirilerek açıklanır. En az bir tane üç boyutlu çizim yapılır. [!] 2.2 *İğne deliği (Pinhole) kamerası yaptırılarak burada görüntünün oluşumu irdelenir. Deliğin çapındaki değişikliğin görüntüye etkisi incelenir. Fotoğraf makinesinde görüntü oluşumu ilkesiyle ilişki kurulur. [!] 2.3 *Crookes radyometresi tanıtılarak, çalışma ilkesi ışık basıncı kavramı yardımıyla basit düzeyde açıklanır. Birimler belirtilir. : Ders İçi İlişkilendirme, [N]: Nobel Fizik Ödülü, : Diğer Derslerle İlişkilendirme,???: Kavram Yanılgısı, [!]: Uyarı, : Sınırlamalar, *: Seçimlik 81

84 F. Kullanılan Sabitler, Formüller ve Birimler Bu başlık altında verilenlerin amacı, ünitede hangi formüllerin kullanılacağını vurgulamak ve kavramları simgeleştirirken sembol birliği sağlamaktır. Buradaki formüller doğrudan verilmemeli, kavramlar arası ilişkilerin kazandırılması amacıyla, kazanımların gerektirdiği yerde öğrencileri ezbere yöneltmeyecek şekilde verilmelidir. Formüller: *Doppler Olayı: f f g f k v k v g v * g v vg f k v vk : Gözlemcinin duyduğu sesin frekansı : Ses kaynağının frekansı : Ses kaynağının hızı : Gözlemcinin hızı : Sesin hızı 4 : Işık akısı I: Işık şiddeti Birimler: *I: candela (cd) * :lümen (lm) 82

85 G. Örnek Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik Numarası : 1 Etkinlik Adı İlgili Olduğu Kazanımlar : 1.1, 1.2, 1.5 : Böbrek Taşı Nasıl Kırılır? Etkinlikte Kullanılan Yöntem /Teknik: Düz Anlatım, Soru-Cevap, Probleme Dayalı Öğrenme Aşağıdaki senaryo öğrencilere sunulur: Murat ın babası bazı şikâyetlerinden dolayı yaptırmış olduğu tetkikler sonucunda böbreğinde taş oluştuğunu öğrenir. Doktoru taşın kırılması gerektiğini söyler. Öğrencilere Sizce böbrekteki taş nasıl kırılabilir? sorusu yöneltilir. Öğrenci cevapları alınır. Daha sonra Şekil 1 gösterilerek günümüzde böbrek taşlarının yaygın olarak bu tür makinelerle kırıldığı söylenir. Şekil 1 deki bu makinenin çalışma ilkesini tahmin edebilir misiniz? diye sorulur. Ayrıca bu makineyle operasyon yapılırken cerrahi müdahaleye (açık ameliyat) gerek olup olmayacağı konusunda öğrenci fikirleri alınır. Şekil 1 Şekil 1 e bakarak öğrenciler fazla bir şey diyemiyorsa daha fazla ipucu vermek açısından taş kırma seansının gerçekleştiği bir görüntü (Şekil 2) gösterilebilir. Öğrenci tahmin ve fikirleri alındıktan sonra makinenin çalışma ilkesi ana hatlarıyla aşağıdaki gibi anlatılır. Şekil 2 83

86 Böbrek taşı kırma makinesinin (BTKM) 1980 de hizmete sunulmasından önce böbrek taşı tedavisinde uygulanan tek yöntem açık ameliyat yapmaktı. Bu zamandan beri BTKM, böbrek taşı tedavisinde üroloji doktorlarının tercih ettiği bir araç olmuştur. Açık ameliyat ve endoskopik işlemlerle karşılaştırıldığında BTKM nin vücuda minimum düzeyde olumsuz etkisi vardır. Ayrıca hastalar anesteziye maruz kalmazlar. BTKM nin faydası, böbrek taşını böbrekte çok küçük parçalara ayırabilmesi ve bu parçaların kendiliğinden idrar yollarından dışarı atılması şeklindedir. BTKM nin oluşturduğu şok dalgaları, vücutta bir nokta üzerine odaklanır. Bu aşamada öğrencilere şok dalgasının ne olduğu ve ses ile ilişkisinin olup olamayacağı sorulur. Öğrenci ön bilgileri alındıktan sonra sesin oluşumu ve nasıl yayıldığı, fen ve teknoloji dersi ile 9. sınıf fizik dersine bağlantı yapılarak hatırlatılır. Ses dalgasının oluşturduğu sıkışma ve genleşme bölgeleri Şekil 3 üzerinde gösterilir. Şekil 3 Jet uçakları üzerinden şok dalgasının oluşumu Şekil 4 eşliğinde açıklanır. Uçağın her hızı için şok dalgasının oluşup oluşmayacağı tartışılır. Bu bağlamda süpersonik kavramı incelenir. Jet uçağının kendi çevresinde oluşturduğu bulutun nedeni sorulur. Olayı daha somutlaştırmak için hız motorlarının sudaki hareketinden kaynaklanan çemberlerin üst üste binmesi sonucunda oluşan V şeklindeki dalgalarla ilişkilendirme yapılır. Şok dalgası kulağa ulaştığında duyulacak sesin şiddeti hakkında öğrenci fikirleri alınır. Bu kapsamda sonik patlama olayı açıklanır. Daha sonra BTKM nin tanıtımına aşağıdaki gibi devam edilir. Şekil 4 Yumuşak dokular arasındaki özkütle farkının minimum olmasından dolayı şok dalgaları, ihmal edilebilecek ölçüde enerji kaybı ile (yani vücuda zarar vermeden) vücutta ilerler. Şok dalgasının akışkan ortamdan taş ortamına geçme anında varolan özkütledeki büyük fark, enerjinin büyük ölçüde taşa aktarılmasına neden olur. Bu enerji, taşın parçalanmasına yol açar. Bu sürecin bu şekilde tekrarlanması, böbrek taşının sonunda çok küçük parçalara ayrılmasına neden olur. Bu parçalar idrar ile genellikle ağrısız bir şekilde vücuttan atılır. Bu aşamada öğrencilere eğer şok dalgaları vücutta ilerlerken enerjilerinin büyük kısmını vücuda iletselerdi bunun vücuda etkisi nasıl olurdu? sorusu yöneltilir. Öğretmen rehberliğinde tartışma yapılır ve cevaba ulaşılır. Daha sonra BTKM nin tanıtımına aşağıdaki gibi devam edilir. BTKM dört ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar; şok dalga üreteci (Şekil 1 deki 1 nolu bölüm), odaklama sistemi (Şekil 1 deki 2 nolu bölüm), bağlantı mekanizması (Şekil 1 deki 3 nolu bölüm), görüntüleme/yerini belirleme birimi (Şekil 1 deki 4 nolu bölümler). 84

87 Şok Dalga Üreteci Şok dalgalar üç yolla oluşturulabilir. Bu yöntemler aşağıda kısaca açıklanmıştır. Elektrohidrolik: İçi tamamen su dolu konteyner içine yerleştirilen bir elektrotun bir tarafından diğer tarafına yüksek voltajlı elektrik akımı geçer. Enerji boşalımı, bir buharlaşma baloncuğu oluşturur. Bu baloncuk giderek genişler ve aniden patlar. Böylece yüksek enerjili basınç dalgası oluşturulur. Piezoelektrik: Piezoelektrik etki, kristal yapıdaki cisimlerin kendilerine dışarıdan uygulanan basınç sonucu elektrik üretmesidir. Curie kardeşler bunu ilk olarak 1880 yılında gösterdiler. Sonraki yıl Gabriel Lippman, bu etkinin tersinirliğinin teorisini kurdu ve bu teori sonradan Curie kardeşler tarafından doğrulandı. Piezoelektrik üreteci, bu tersinirlik etkisinin faydasını kullanır. İçi tamamen su dolu konteyner içine yerleştirilen piezoelektrik seramikler veya kristaller, yüksek frekanslı elektriksel atmalar yoluyla uyarılır. Bu uyarılmalar nedeniyle frekansı yüksek olan titreşimler oluşur. Bu süreç, bir şok dalgasının oluşumu ile sonuçlanır. Elektromanyetik: Elektromanyetik üreteçte yüksek bir voltaj, bir elektromanyetik bobine uygulanır. Oluşan etki, hoparlörde oluşan etkiye benzerdir. Bu bobin, doğrudan veya ikinci bir bobin vasıtasıyla hemen bitişiğindeki metalik zarda yüksek frekanslı titreşim oluşturur. Daha sonra bu titreşimler, şok dalgaları oluşturması için dalganın ilerleyeceği ortama aktarılır. Bu aşamada öğrencilere şok dalgasını veya daha genel anlamda ses dalgasını oluşturan etkinin ne olduğu sorulur. Öğrencilerin her üç yöntemde de şok dalgalarının titreşim sonucu oluştuğunun ve titreşimlerin de farklı yollarla oluştuğunun farkına varması sağlanır. Odaklama Sistemi Odaklama sistemi, üreteç tarafından oluşturulan şok dalgalarını eşzamanlı olacak şekilde bir odak hacimde yönlendirme amacıyla kullanılır. BTKM lerin çoğunda kullanılan temel geometrik ilke, elips şekline ait olanıdır. Şok dalgaları, elipsin merkezinde (F1) oluşturulur ve pirinç yansıtıcıdan yansımaları sonucu (F2) odak noktasında yakınsarlar (Şekil 5). Hedef bölge, F2 deki taşın bulunduğu üç boyutlu alandır. Şok dalgaları bu alana odaklanır ve bunun sonucunda böbrek taşında parçalanma gerçekleşir. Şekil 5 Kullanılan şok dalga üreteci türüne göre odaklama sistemleri farklılaşır. Elektrohidrolik sistemler, elips ilkesini kullanır. Metal bir elipsoit, elektrot tarafından oluşturulan enerjiyi yönlendirir. Piezoelektrik sistemlerde yarı-küresel bir kap içinde yerleştirilen seramik kristaller, oluşturulan enerjiyi odak noktasına doğru yönlendirir. Elektromanyetik sistemlerde ise şok dalgaları, ya bir akustik lensle veya silindirik bir yansıtıcı ile hedefe odaklanır. 85