CİNSİYETİN DOKUZUNCU SINIF ÖĞRENCİLERİNİN ELEKTRİK DEVRELERİ KONUSUNDA SAHİP OLDUKLARI KAVRAM YANILGILARININ FARKLI ALT KATEGORİLERİNE ETKİSİ Selen SENCAR, Ali ERYILMAZ ODTÜ, Eğitim Fakültesi, OFMAE Bölümü, ANKARA ÖZET: Cinsiyet farklılıkları fizik eğitiminde sıklıkla çalışılan bir konu olmasına rağmen, bugüne kadar bu alanda yapılan tüm çalışmalar öğrencilerin toplam skorları üzerinden değerlendirilmiş ve cinsiyet farklılıkları da yine bu skorlar üzerinden analiz edilmiştir. Yapılan araştırmaların neredeyse hepsi fizik alanında erkek öğrencilerin kız öğrencilere göre çok daha az sayıda kavram yanılgısına sahip olduklarını ortaya koymuştur. Bu çalışmanın amacı ise cinsiyet farklılıklarını toplam skorlar üzerinden değil, farklı alt kavram yanılgısı kategorilerinden elde edilen skorlar üzerinden değerlendirmektir. Bu amaçla dokuzuncu sınıf öğrencilerinin basit elektrik devreleri konusunda sahip oldukları kavram yanılgıları belirlenmiş, belirlenen kavram yanılgıları faktör analizi ve mantıksal yaklaşımlarla altı farklı alt kategoriye ayrılmıştır. Her kategorideki kavram yanılgılarını içeren, iki-aşamalı ve çoktan seçmeli 10 sorudan oluşan elektrik devreleri kavram testi geliştirilmiştir. Çalışmanın örneklemini Ankara merkezden seçilen 13 liseden toplam 1678 dokuzuncu sınıf öğrencisi oluşturmaktadır. Veriler MANOVA kullanılarak analiz edildiğinde, kız ve erkek öğrencilerin elektrik devreleri konusunda sahip oldukları kavram yanılgılarının sayısında anlamlı bir fark olduğu ortaya çıkmış ve bu farkın erkek öğrencilerin lehine olduğu görülmüştür. Fakat ANOVA kullanılarak alt kategoriler tek tek incelendiğinde altı kategoriden sadece üçünde anlamlı bir fark olduğu ve bunlardan birinde beklenilenin aksine erkek öğrencilerin kız öğrencilere göre daha fazla sayıda kavram yanılgısına sahip olduğu gözlemlenmiştir. 1. GİRİŞ Kız öğrencilerin fen alanındaki düşük başarıları birçok çalışmaya konu olmuştur ve varılan ortak kanı kız öğrencilerin erkekler kadar başarılı olamadıklarıdır (Becker, 1989; Erickson & Erickson, 1984; Greenfield, 1996; Johnson, 1987; Johnson & Murphy, 1984; Lee & Burkam, 1996; Steinkamp & Maehr, 1984). Konuyla ilgili en detaylı ve en yakın çalışmalardan biri Üçüncü Uluslararası Matematik ve Fen Çalışması (TIMSS) olup, çalışmaya katılan ülkelerin tamamına yakınında fizik alanında erkek öğrencilerin kız öğrencilere göre daha başarılı oldukları sonucuna varılmıştır (Beaton, Martin, Mullis, Gonzales, Smith & Kelly, 1996). Bu çalışmada ise kız ve erkek öğrencilerin elektrik devreleri konusunda sahip oldukları kavram yanılgılarında herhangi bir farklılık olup olmadığı araştırılmıştır. Yapılan çalışmalarda öğrencilerin fen öğrenmeye önceden tanıştıkları bazı kavramlarla başladıkları öne sürülmüş ve bu kavramlar öğretim öncesi inanışlar olarak adlandırılmıştır. Kavram yanılgıları ise öğretim öncesi inanışların bir alt kategorisidir. Kavram yanılgılarını öğretim öncesi inanışlardan ayıran özelliği bilimsel gerçeklerle çelişiyor olmalarıdır ve oluşumları eğitim sürecinin kaçınılmaz bir parçasıdır (Gilbert & Watts, 1983; Westbrook & Marek, 1991). Yakın geçmişte yapılan çalışmalar fizik alanında çeşitli konularda öğrencilerin sahip oldukları kavram yanılgılarını ortaya çıkarmaya çalışmışlardır. Elektrik konusu da bunlardan biridir. Elektrik konusunun soyut oluşundan ötürü bu konuda rastlanan kavram yanılgıları sayıca diğer konularda rastlanılanlardan fazladır. Öğrenciler tarafından yapılan hataların detaylı bir şekilde incelenmesiyle bu konudaki kavram yanılgılarını belirlenmiştir (Chambers & Andre, 1997; Cohen, Eylon & Ganiel, 1983; Dupin & Johsua, 1987; Fredette & Lochhead, 1980; Heller & Finley, 1992; McDermott & Shaffer, 1992; Psillos & Koumaras, 1988; Shepardson & Moje, 1994; Shipstone, Jung & Dupin, 1988). Literatürde yapılan çalışmaların bulgularından elde edilen kavram yanılgıları bu çalışmada bir araya getirilmiştir. Ölçülen kavram yanılgıları ve bu kavram yanılgılarına sahip olan öğrencilerin düşünceleri aşağıda kısaca özetlemiştir: Güç çeken model kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler pil ve lamba arasındaki tek bir telin lambayı yakmak için yeterli olduğunu, akımın tek tel yoluyla pilden lambaya akıp, bu şekilde lambayı yakabileceğini düşünmektedirler. Çarpışan akımlar modeli kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler ise pozitif ve negatif olmak üzere iki çeşit akım olduğuna inanırlar ve positif kutuptan gelen pozitif akım ile negatif kutuptan gelen negatif akımın lambada karşılaşıp lamba için gerekli gücü sağladığını düşünürler. Zayıflayan akım modeli kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler akımın devrede belli bir yönde aktığını fakat devredeki elemenlar akımı kullandığı için akımın devrede sürekli zayıflayarak yol aldığını düşünürler. Paylaşılan akım modeli kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler akımın devre elemanları tarafından eşit olarak paylaşıldığını ve aynı zamanda devre elemanları tarafından eşit olarak harcandığını düşünürler.
Deneysel kural kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler devrede sonra gelen elemanın önce gelenlerden daha az akım aldığını düşünürler. Yani pile yakın olan lambanın uzak olanlara göre daha parlak yanacağına inanırlar. Güç kaynağının sabit akım kaynağı olarak algılayan öğrenciler pili bağlandığı devreden bağımsız olarak devreye sürekli aynı akımı veren bir devre elemanı olarak düşünürler. Bölgesel ve sırasal düşünce kavram yanılgısına sahip olan öğrenciler, devrede herhangibir değişiklik yapıldığında sadece değişiklik yapılan bölgeye odaklanıp devrenin diğer noktalarında olabilecek değişikliklere önem vermezler ve devreyi değiştirilen elemandan önceki bölüm ve sonraki bölüm olmak üzere iki parça halinde analiz etmeye eğilimlidirler. Kısa devre önyargısına sahip olan öğrenciler devreye bağlanan boş bir telin devre üzerinde herhangibir etkisi olmadığını düşünürler. Paralel bağlı devrelerde eşdeğer direnç önyargısına sahip olan öğrenciler devreye bağlanan direnç sayısı arttıkça bağlanma şeklinden bağımsız olarak devrenin eşdeğer direncinin artacağını düşünürler. Chambers ve Andre (1997) ile Shipstone ve arkadaşları (1988) elektrik konusunda kız öğrencilerin erkek öğrencilere göre daha az sayıda kavram yanılgısına sahip olduklarını ortaya koymuşlardır. Fakat cinsiyet farklılığını sadece toplam skorlar üzerinden göstermişler herhangi bir detaylı araştırma ya da alt kategoriler üzerinden bir analiz yapmamışlardır. 1.1 Çalışmanın önemi ve amacı Bu çalışmanın amacı cinsiyetin dokuzuncu sınıf öğrencilerin elektrik konusunda sahip oldukları kavram yanılgılarına etkisini incelemektir. Önceki çalışmalar elektrik devreleri ile ilgili kavram yanılgıları hakkında bize oldukça yararlı bilgiler sunmuşlar ve bu konuda kız ve erkek öğrenciler arasında farklılıklar olduğunu toplam skorlar üzerinden ortaya koymuşlardır. Bununla birlikte alt kavram yanılgıları kategorilerinde görülen cinsiyet farklılıklarını araştıran bir çalışmaya bugüne kadar rastlanılmamıştır. Bu çalışma cinsiyet farklılıklarını hem toplam skorlar hem de farklı alt kategorilerden elde edilen skorlar üzerinden analiz etmiştir. Cinsiyet farklılıklarının toplam skorlar üzerinde var olduğu literatürde ortak bir kanı olsa da farklı kategorilerdeki farklılıkların ayrı ayrı incelenmemiş olması önemli bir eksiktir. Bu bağlamda, bu çalışma bir çeşit büyüteç görevi görecek ve genel bir sonuçtan öte detaylarla ilgilenerek sonuca varmaya çalışacaktır. 2. YÖNTEM 2.1. Evren ve Örneklem Anadolu ve düz devlet liselerindeki tüm dokuzuncu sınıflar çalışmanın evreni olarak belirlenmiş, ulaşılabilir evren olarak ise Ankara da anadolu ve düz devlet liselerindeki dokuzuncu sınıf öğrencileri seçilmiştir. Ankara merkez ilçelerden seçilen 13 liseden toplam 1678 öğrenci bu çalışmaya katılmıştır ki bu da ulaşılabilir evrenin yüzde yedisine denk düşmektedir. Evreni daha iyi temsil eden bir örneklem elde edebilmek için araştırmacıya uygun, alt alanlara ayrılmış sınıflar (stratified cluster random sampling integrated with convenience sampling) metodu kullanılmıştır. 2.2. Ölçme araçları ve izlenen yol Çalışmada kullanılan ölçme aracı elektrik devreleri kavram yanılgısı testidir. Bu test detaylı bir literatür taraması sonucu elde edilen çeşitli kaynaklardan faydalanılarak geliştirilmiştir (Chambers & Andre, 1997; Cohen, Eylon & Ganiel, 1983; Heller & Finley, 1992; McDermott & Shaffer, 1992; Shipstone ve arkadaşları, 1988). Literatürden elde edilen bazı sorular hiçbir değişiklik yapılmadan Türkçe ye çevrilmiş, bazı sorular ise araştırmacı tarafından literatürdeki sorulardan faydalanılarak geliştirilmiştir. İçerik geçerliliği için test konunun uzmanları tarafından incelenmiş ve öneriler göz önüne alınarak ölçüm aracına son hali verilmiştir. Pilot çalışma sonrasında testin güvenilirliği.74 olarak hesaplanmış ve fizik eğitimi konusunda bir uzmanın yardımları ile test son halini almıştır. Test 10 adet iki aşamalı çoktan seçmeli sorudan oluşmaktadır. Öğrencilerin skorları hesaplanırken doğru verdikleri her cevap bir puan olarak değerlendirilmiş ve toplanmıştır. Skorlar 0 ile 10 arasında değişmekte ve yüksek skorlar az sayıda kavram yanılgısına işaret etmektedir. Ayrıca öğrencilerin sahip olduğu ve literatürden elde edilen kavram yanılgıları altı farklı alt kategoride toplanmaya
çalışılmış ve her öğrenciye her alt kavram yanılgısı kategorisi için bir skor hesaplanmıştır. Bahsedilen alt kategoriler ve içerdikleri kavram yanılgıları Tablo 1 de verilmektedir. Tablo 1. Elektrik devreleri konusuna ait kavram yanılgısı kategorileri. 1. kategori Güç çeken model 2. kategori Çarpışan akımlar modeli (Clashing Current Model) 3. kategori a) Zayıflayan akım modeli (Weakening Current Model) b) Paylaşılan akım modeli (Shared Current Model) c) Deneysel kural (Emprical Rule) 4. kategori a) Güç kaynağının sabit akım kaynağı olarak algılanması 5. kategori a) Bölgesel düşünce (Local Reasoning) b) Ardışık / Sırasal düşünce (Sequential Reasoning ) c) Kısa devre önyargısı (Short Circuit Preconception) 6. kategori Paralel bağlı devrelerde eşdeğer direnç önyargısı Vardamsal istatistiğe başlamadan önce eksik veri analizi yapılmış, testi alan 1680 öğrenciden cinsiyetlerini işaretlemeyen iki öğrenciye ait veriler analizden çıkarılmıştır. Diğer değişkenlerdeki eksik verilerin yüzdeleri 5% den küçük olduğundan eksik verilerin yerine o veriyle ilgili bütün öğrencilere ait ortalama yerleştirilmiştir. 3. BULGULAR Yapılan betimsel analizler sonucunda, kız ve erkek öğrencilerin birinci, dördüncü ve altıncı kategorilerden elde ettikleri ortalamalara bakıldığında; birinci ve dördüncü kategoride erkek öğrencilerin kız öğrencilere göre daha az sayıda kavram yanılgısına sahip oldukları, altıncı kategoride ise kız öğrencilerin erkek öğrencilere göre daha az sayıda kavram yanılgısına sahip oldukları görülmüştür. Tablo 2 her alt kavram yanılgısı kategorisi için kız ve erkek öğrencilere ait ortalamaları ve standart sapmaları göstermektedir. Tablo 2. Kız ve erkek öğrencilerin her alt kategoride sahip oldukları ortalamalar Bağımlı değişken Cinsiyet Ortalama Standart sapma 1. kategori Kızlar.32.56 Erkekler.12.39 2. kategori Kızlar 1.14.77 Erkekler 1.12.85 3. kategori Kızlar 1.69.94 Erkekler 1.63.99 4. kategori Kızlar.67.71 Erkekler.60.70 5. kategori Kızlar.72.73 Erkekler.72.73 6. kategori Kızlar.16.37 Erkekler.20.40 Ortalamalarda görülen farklılıkların hangilerinin istatistiksel olarak anlamlı olduğunu anlayabilmek için MANOVA istatistiksel analizi kullanılmış ve bu analizin sonuçları değerlendirilmiştir. Analizler sonucunda, 6 kavram yanılgısı kategorisinden elde edilen skorlarda kız ve erkek öğrenciler arasında anlamlı bir fark olduğu (Wilks Λ =.955, F(6,1671) = 13.146, p =.000) fakat her bir bağımlı değişken üzerindeki cinsiyet farklılıkları yorumlandığında sadece birinci (F(1,1676) = 68.131, p =.000), dördüncü (F(1,1676) = 4.310, p =.038) ve altıncı (F(1,1676) = 4.464, p =.035) kavram yanılgısı kategorilerinde cinsiyetin etkisinin istatistiksel olarak anlamlı olduğu, diğer 3 değişkende ise kız ve erkek öğrenciler arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark olmadığı görülmüştür.
4. TARTIŞMA VE ÖNERİLER Çalışmanın en önemli sonucu, toplam skorlar üzerinden yapılan analiz sonuçlarında cinsiyet farklılığı kız öğrencilerin aleyhine görünürken; kavram yanılgıları tek tek incelendiğinde değişkenlerin birinde durumun kız öğrencilerin lehine olmasıdır. Başka bir deyişle toplam skorlar erkek öğrencilerin üstünlüğünü gösterirken alt kategoriler üzerinden yapılan detaylı analizler kız öğrencilerinde başarılı oldukları konular olduğunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, bu çalışmanın sonucunda, birinci ve dördüncü kavram yanılgısı kategorilerinde kız öğrenciler erkek öğrencilere göre daha fazla kavram yanılgısına sahiplerken altıncı kavram yanılgısı kategorisinde erkek öğrencilerin daha fazla kavram yanılgısına sahip oldukları ortaya çıkmıştır. Diğer 3 kavram yanılgısı kategorisinde ise kız ve erkek öğrencilerin elde ettikleri kavram yanılgısı skorları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık olmadığı görülmüştür. Sadece birinci, dördüncü ve altıncı kavram yanılgısı kategorilerinde anlamlı fark bulunmasının sebebi araştırıldığında, bu 3 kavram yanılgısı kategorisinin kolaylıkla gözlemlenebilen, günlük hayattan kolayca örneklenebilen, diğer 3 kategorinin ise genelde soyut içerikli, gözlemlenmesi ve dolayısıyla tecrübe edilmesi kolay olmayan kavram ve olaylarla ilgili olabileceği düşünülmüştür. Altıncı kategoride kız öğrencilerin daha az sayıda kavram yanılgısına sahip olmalarının nedeninin ise hem bu kavram yanılgısının rahatlıkla denenemiyor olmasının erkek öğrencilere getirdiği dezavantaj hem de bu yanılgının pratikten çok teoriye yakın olmasından dolayı kız öğrencilerin bu yanılgıyı derste ve ya kitaplarda görüp öğrenmiş olabilme ihtimalleri öne sürülmüştür. KAYNAKÇA Beaton, A.E., Martin, M.O., Mullis, I.V.S., Gonzales, E.J., Smith, T.A., and Kelly, D.L. (1996). Science achievement in the middle school years : IEA s Third International Mathematics and Science Study, Chestnut Hill, MA : Boston College Becker, B.J. (1989). Gender and science achievement: a reanalysis of studies from two meta-analyses. Journal of Research in Science Teaching, 26(2), 141-169. Chambers, S. & Andre, T. (1997). Gender, prior knowledge, interest, and experience in electricity and conceptual change text manipulations in learning about direct current. Journal of Research in Science Teaching, 34(2), 107-123. Cohen, R., Eylon, B. & Ganiel,U. (1983). Potential differences and current in simple electric circuits: A study of students concepts. American Journal of Physics, 51(5), 407-412. Dupin, J.J., Johsua, S. (1987). Conception of French pupils concerning electric circuits: structure and evolution. Journal of Research in Science Teaching, 24(9), 791-806. Erickson, G. & Erickson, L. (1984). Females and science achievement: evidence, explanations and implications. Science Education, 68(2), 63-89. Fredette, N. & Lochhead, J. (1980) Students conceptions of simple circuits. The Physics Teacher, 18(3), 194-198. Gilbert, J.K. & Watts, D.M. (1983). Concepts, misconceptions and alternative conceptions: changing perspectives in science education. Studies in Science Education, 10, 61-98. Greenfield, T.A. (1996). Gender, grade level differences in science interest and participation. Science education,81, 259-276. Heller, M.P. & Finley, N.F. (1992). Variable uses of alternative conceptions, a case study in current electricity. Journal of Research in Science Education, 29(3), 259-276. Johnson, S. (1987). Gender differences in science: parallels in interest, experience and performance. International Journal of Science Education, 9(4), 467-481. Johnson, S. & Murphy, P.(1984). The underachievement of girls in physics: toward explanations. European Journal of Science Education, 4(4), 399-409. Lee, V.E. & Burkam, D.T. (1996). Gender differences in middle grade science achievement: subject domain, ability level, and course emphasis. Science Education, 80(6), 613-650. McDermott, L.C. & Shaffer, P.S. (1992) Research as a guide for curriculum development: An example from introductory electricity. Part I: investigation of student understanding. American Journal of Physics, 60(11), 994-1003.
Psillos, D. & Koumaras, P. (1988). Voltage presented as a primary concept in an introductory teaching sequence on DC circuits. International Journal of Science Education, 10(1), 29-43. Shepardson, D.P. & Moje, E.B. (1994) The nature of fourth graders understanding of electric circuits. Science Education, 78(5), 489-514. Shipstone, D.M., Jung, W. & Dupin, J.J. (1988). A study of students understanding of electricity in five European countries. International Journal of Science Education, 10(3), 303-316. Steinkamp, M.W. & Maehr, M.L. (1984). Gender differences in motivational orientations toward achievement in school science: a quantitative synthesis. American Educational Research Journal, 21(1), 39-59. Westbrook, S.L. & Marek, E.A. (1991). A cross-age study of student understanding of the concept of diffusion. Journal of Research in Science Teaching, 28(8), 649-660.