ÖĞRENCİLERİN ASİT- BAZ KONUSUNDA KAVRAM YANILGILARI VE FARKLI MADDE TÜRLERİNİN KAVRAM YANILGILARINI SAPTAMA AMACIYLA KULLANIMI İnci MORGİL, Ayhan YILMAZ, Oya ŞEN, Soner YAVUZ Hacettepe Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, OFMA Bölümü, Kimya Eğitimi A.B.D., ANKARA ÖZET: Kimya eğitiminde yüksek öğretim, ortaöğretim ve ilköğretim düzeyinde, öğrenciler tarafından yeni öğrenilen konularda özellikle bazı terim ve kavramların yanlış algılandığı bilinmektedir. Asit-baz konusunda yapılan çalışmalarda öğrencilerin anlatmada güçlük çektiği kavramlara ve yanlış anlama sonucu meydana gelen hatalı öğrenmelere de değinilmiştir. Asit-baz konusundaki kavram yanılgıları daha sonraki konuların anlaşılmasında da zorluklara neden olmaktadır. Çünkü asit-baz kavramları kimyanın pek çok konusunda karşımıza çıkmaktadır. Söz konusu kavram yanılgılarının neler olduğunun saptanması ve bu amaçla hazırlanan testlerin kavram yanılgılarının saptanmasında ne kadar başarılı olduğunun ortaya çıkarılması amacıyla aynı hedef ve davranışa yönelik 3 farklı madde türünde (çoktan seçmeli, yazılı yoklama ve kısa cevap) testler hazırlanmıştır. Hacettepe Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Kimya Öğretmenliği Bölümünde öğrenim gören 40 öğrencinin analitik kimya dersi kapsamında öğrendikleri asit-baz konusunda ortaya çıkan kavram yanılgıları ve başarıları tespit edilmiştir. Sorularda özellikle ph, asit-baz kuvvetleri, kuvvetli asit, zayıf asit, kuvvetli baz ve zayıf baz, konjuge asit-baz çiftleri, nötralleşme, amfoterlik, tuz oluşumu, indikatörler ve asit-baz derişimleri gibi kavramlara değinilmiştir. Yapılan değerlendirme sonucunda, öğrencilerin asit-baz konusunda sahip oldukları kavram yanılgılarının çok fazla olmadığı ve madde türünün kavram yanılgılarını saptamakta etkisi olduğu belirlenmiş ve buna göre öneriler getirilmiştir. 1. GİRİŞ Kimya eğitiminde her düzeydeki öğrencilerin, yeni öğrenilen konular kapsamındaki bazı terim ve kavramları anlamakta güçlük çektikleri ve yanlış anlamalar sonucu kavram yanılgılarının ortaya çıktığı düşünülmektedir. Söz konusu kavram yanılgılarını ortaya çıkarabilmek ve bu kavram yanılgılarını giderebilmek için çeşitli araştırmalar yapılmıştır ve yapılmaya da devam edilmektedir. Toplis (1998), öğrencilerin asit-baz konusundaki düşünceleri üzerine olan çalışmasında, kavram yanılgılarını ortaya çıkarmayı amaçlamıştır. Bu amaçla, asit-baz konusunda eğitim öncesi ve sonrasında öğrencilerin sahip oldukları kavramları, kavram yanılgılarını ve düşüncelerini karşılaştırmıştır. Çoğu öğrencide yüksek oranda kavram yanılgısı göze çarparken, öğrencilerin özellikle asit kavramını anlamada, indikatör kullanılmasını düşünmelerini umut verici olarak bulmuştur. Öğrenciler asit kavramını anlamaya çalışırken önceki kavramlardan yola çıktığını düşünmektedir. Öğrenciler asit mi, baz mı oluşunu renk değişimi ile karar verirken, basit düşünceleri kullanmıştır. Fakat yine de öğrencilerin bazları anlamada büyük problemleri olduğu görüşündedir. Öğrencilerin çoğu kez asit-baz hakkındaki hatalı fikirleri günlük hayatlarındaki deneyimlerinden elde ettiğini ifade etmektedir. Oversby (2000), zayıf asit ve zayıf asit çözeltisi arasındaki farka değinmiştir. Kuvvetli asit formundan zayıf asit çözeltisi yapılabilir mi? sorusundan yola çıkarak zayıf asit ile zayıf asidik terimleri arasında söyleniş farkından doğan karışıklıklar üzerinde durmuştur. Orta dereceli okul öğrencilerinin mantığa uygun biçimde ph kavramları hakkındaki düşüncelerinin gelişimi üzerine, araştırmanın çatısını kurmuştur. Bununla birlikte basit hatırlamalar sırasında ortaya çıkan, doğru olmayan açıklamalardan kaçınmak için öneriler getirmiştir. Ek olarak karışıklığı önlemek için ph nın bir çok yönüne açıklamalar getirmiştir. Ross & Munby (1991), lise öğrencilerinin asit-baz konusunu anlamada ortaya çıkan kavram yanılgılarını, kavram haritaları ile ortaya çıkarmayı amaçlamıştır. Ders programlarını, kavram haritaları üzerine kurarak planlamışlardır. Bu haritanın tasarımında çoktan seçmeli test ve müzakere yöntemini kullanmışlardır. Her bir katılan öğrenci için bir kavram haritası düzenlenmiştir. Katılan öğrencilerden ikisi seçilerek analiz sonuçları örneklerle açıklanmıştır. Öğrencilerin günlük kavramları, bilimsel kavramlardan daha kolay hatırladıkları ortaya çıkarılmıştır. Schmidt (1991), nötralizasyon kavramı öğrenci problemlerinin açıklaması ve tanımı üzerine yaptığı çalışmada, 7500 öğrencinin rasgele seçilmiş nötralizasyon kavramlarından oluşan test maddelerine verdiği yanıtlardan yararlanmıştır. Yanıtların analizi çoğu öğrencinin kavramları orijinal anlamıyla kavradığını göstermiştir. Öğrenciler, nötralizasyon reaksiyonlarını zayıf asit ya da baz olsa bile, nötral çözelti olarak uyarlamışlardır. Diğer öğrenciler aynı sonuç olarak nötralizasyonu tersinmez reaksiyonlar olarak kabul etmişlerdir. Zayıf asit ile kuvvetli baz reaksiyonunda ne olduğunu anlayabilmeleri için, iki reaksiyonu kavramaya dikkat etmelidirler. Bu iki reaksiyon denge reaksiyonudur; zayıf asitin protolizi ve hidrojen iyonu ile hidroksit iyonunun su içindeki
reaksiyonudur. Vidyapati & Seetharamappa (1995), lise ikinci sınıf öğrencilerinin asit-baz kavramları üzerine olan çalışmasında, öğrencilere günlük yaşamdaki asidik maddeleri sorduklarında, %64 oranında meyveler, %69,3 oranında soda ve alkolsüz içecekler, %26,6 oranında ise sirke yanıtını almışlardır. Bunlar asitler hakkında makul düşüncelerdir. Öğrencilerin %85 oranında nötralizasyon terimi hakkında kavram yanılgıları olduğunu tespit etmişlerdir. Öğrenciler zayıf ya da kuvvetli olduğunu dikkat etmeden nötralizasyon reaksiyonlarının daima nötral çözeltiler oluşturduğunu düşünmüşlerdir. %70 oranında ise nötralizasyon sırasında ısının ya da oluşan çözeltinin ph sının değiştiğini düşünmektedir. %15 oranında ise oluşan çözeltiye asit ya da baz eklendiğinde ph nın bir miktar değiştiğini düşünmektedir. Cross ve diğer. (1986), üniversite 1. sınıf öğrencilerinin maddenin bileşenleri ve asit-baz kavramları üzerine olan çalışmasında, anket sorularından elde edilen bilgilerden, öğrencilerin genelde maddenin bileşenlerini ve asit-baz kavramlarını iyi bildiklerini fakat bu bileşenler arasındaki ilişkiden haberdar olmadıklarını bulmuştur. Öğrencilerin asitlere üç farklı örnek vermeleri istendiğinde, %93 oranında hidroklorik asit, %61 oranında sülfürik asit ve %56 oranında asetik asit yanıtını almıştır. Bazlara ise öğrencilerin %43 ü ikiden fazla örnek verememiştir. Buna ek olarak %17 si ph yı asitlik derecesinin ölçüsü olarak yanıtlamışlardır. Cross, Chastrette ve Fayol (1988), üniversite 2. sınıf öğrencilerinin kimyanın temel kavramları üzerine olan çalışmasında ise, öğrencilerinin kavramları üniversite eğitimi ile doğru olarak anladığını bunu yanında bir kısmının hatalı kavradığını bulmuştur. Araştırmada kimya eğitimindeki çoğu önemli kavramların çok formal karakter taşıdığı düşünülmektedir. Öğrencilerin kimyayı ve günlük yaşamı hemen hemen birleştiremediği ve sırasıyla bu durumları pratik çalışmalarla geliştirmek ve kimyasal olmayan problemleri de açmak gerektiği düşünülmektedir. 2. ARAŞTIRMANIN AMACI Çalışma kapsamında, öğrencilerin analitik kimya dersi kapsamında öğrendikleri asit-baz konusunda Arhenius asit-baz tanımı, Bronsted-Lowry asit-baz tanımı, ph, poh, asit-baz kuvvetleri, özellikleri ve değerlikleri, konjuge asit-baz çiftleri, nötralleşme, amfoterlik, tuz oluşumu, indikatörler ve asit-baz derişimleri gibi kavramlarda ortaya çıkan kavram yanılgılarını saptamak amaçlanmıştır. Bu amaçla, aynı hedef ve davranışa yönelik yirmi sorudan oluşan Kimya Başarı Testleri (KBT) hazırlanmıştır. Bu testler, madde türünün söz konusu kavram yanılgılarının saptanmasında ne kadar başarılı olduğunun ortaya çıkarılması için yazılı yoklama, kısa cevap ve çoktan seçmeli olmak üzere üç farklı madde türünden oluşmuştur. Araştırma kapsamında, aşağıda belirtilen alt problemler üzerinde durulmuştur. Öğretmen adaylarının asit-baz konusunda sahip oldukları kavram yanılgıları nelerdir? Öğretmen adayları bu konuda literatürde belirlenmiş olan kavram yanılgılarından hangilerini göstermektedir? Öğretmen adayları literatürde belirlenen kavram yanılgılarından başka yeni kavram yanılgılarına sahip midir? Farklı madde türünün öğrenci başarısı üzerine etkisi var mıdır? Farklı madde türünden oluşan testlerde öğrenci başarısında cinsiyet bakımından farklılıklar var mıdır? 3. YÖNTEM 3.1. Evren Araştırmanın evrenini, 2001-2002 güz döneminde, Hacettepe Üniversitesi, Ortaöğretim Fen ve Matematik Alanları Bölümü, Kimya Eğitimi Anabilim Dalında okuyan ve analitik kimya dersini gören 20 kız, 20 erkek olmak üzere 40 öğrenci oluşturmaktadır. 3.2. Veri Toplama Aracı Asit-baz konusu ile ilgili kavram yanılgılarının neler olduğunu saptamak ve bu amaçla hazırlanan testlerin kavram yanılgılarını saptamada ne kadar etkili olduğunu ortaya çıkarmak için üç farklı madde türünde KBT ler hazırlanmıştır. Hazırlanan testler, aynı hedef ve davranışı ölçmeye yönelik olan 20 şer maddeden ve çoktan seçmeli, kısa cevap gerektiren ve yazılı yoklama madde türünden oluşmuştur. Bu testlerde analitik kimya ders kapsamında bulunan asit-baz konusu ile ilgili kavramlara yer verilmiştir. Uygulamalar birer hafta arayla ve yazılı yoklama, kısa cevap gerektiren ve çoktan seçmeli test sırası ile yapılmıştır. Uygulamalar gözetmen eşliğinde ve herhangi bir süre kısıtlaması olmadan yapılmıştır.
3.3. Verilerin Çözümlenmesi Veriler çözümlenirken madde analizi için Iteman, diğer analizler ise SPSS paket programı kullanılarak yapılmıştır. Hesaplanan istatistiklerin anlamlılığı 0,05 düzeyinde değerlendirilmiştir. Hazırlanan testlerin geçerliği, kapsm geçerliği olarak belirlenip, testler fen eğitimince uzman kişiler tarafından kontrol edilmiş ve araştırmanın amacına uygun olduğu tespit edilmiştir. Çoktan seçmeli testin güvenirliği 0,69 olarak bulunmuştur. 4. BULGULAR Problem 1: Kimya öğretmen adaylarının asit-baz konusunda sahip oldukları kavram yanılgıları Tablo-1 de gösterilmektedir. Tablo-1: Kimya Öğretmen Adaylarının Asit-Baz Konusunda Sahip Oldukları Kavram Yanılgıları Soru Kavram Kavram Yanılgısı 1 Arrhenius Asit Tanımı Proton alabilen maddeler asittir. Sulu çözeltide iyonlaşarak hidroksit iyonu oluşturan maddelerdir. Sahip olduğu ortaklanmamış elektron çiftiyle bir atom, molekül ya da iyon ile kovalent bağ yapabilen maddelerdir. 2 Brosted-Lowry Asit ve Baz Çifti NH 3 + H 2 PO 4 NH + 2-4 + HPO 4 (Asit 1 + Baz 2 Asit 2 + Baz 1) (Asit 2 + Baz 1 Asit 1 + Baz 2) (Baz 1 + Asit 1 Asit 2 + Baz 2) (Asit 1 + Asit 2 Baz 1 + Baz 2) 3 Turnusol Kağıdı Asitler turnusol kağıdını maviye çevirirler. 4 Bazların Özelliği Sulu çözeltilerinin tadı ekşidir. Turnusol kağıdını kırmızıya çevirirler. Proton verebilen maddelerdir. Sulu çözeltilerde iyonlaşarak hidronyum iyonu oluşturan maddelerdir. 5 Asitlik Kuvveti HF; HCI den daha kuvvetli bir asittir. 6 Hidroliz CN + H 2 O HCN + OH CN ve H 2 O CN ve HCN asit olarak etkirler. Sadece HCN H 2 O ve OH 7 Kuvvetli-Zayıf Asitlerin Özelliği Zayıf asit suda tamamen iyonlaşır. Zayıf asitler kuvvetli bir elektrolittir. 8-17 Çözelti Derişimi Asidik bir çözeltide [H + ] < [OH ] Asidik bir çözeltide [H + ] = [H + ] Asidik bir çözeltide [OH ] > 1.10-7 Asidik bir çözeltide [H + ] < 1.10-7 9 Asitlerin Değerliği H 3 PO 4 CH 3 COOH iki değerli asittir. HNO 3 HCI 10 Bazların Değerliği NaOH Ca(OH) 2 üç değerli bazdır. NH 4 OH C 3 O 3 H 8 11 Asitlik Sabiti K a sabiti büyüdükçe asitlik kuvveti azalır. 12 poh Kuvvetli baz, poh sı büyük olan bazdır. poh büyüdükçe baz kuvveti artar. 13 Sulu Çözeltiler Asit-Baz çözeltileri elektrik akımını iletmez. 14 Asit-Baz Tepkimeleri H 2 + ½ O 2 H 2 O asit-baz tepkimesidir. C + H 2 O CO + H 2 asit-baz tepkimesidir. CuO + H 2 Cu + H 2 O asit-baz tepkimesidir. 2Ag + + Zn 2 Ag + Zn 2+ asit-baz tepkimesidir. 15 Konjuge Asit-Baz Çifti H 2 O + ile H 2 O konjuge asit-baz çiftidir. NaOH ile H 2 O konjuge asit-baz çiftidir. 16 Hidroliz CN + H 2 O HCN + OH H 2 O baz gibi davranır. 18 ph ph=4 olan çözeltinin derişimi 3, 10-7, 0, 10 M dır. 19 ph 5.10-4 M olan çözeltinin ph sı 7, 10, 11, 12 dir. 20 poh poh=0 olan çözelti elde edilemez.
Problem 2: Kimya öğretmen adaylarının asit-baz konusundaki kavram yanılgıları literatürde belirlenmiş olan Arrhenius Asit Tanımı, Brosted-Lowry Asit-Baz Çifti, ph-poh, Turnusol Kağıdı, Asitlerin Kuvveti, Bazların Değerliği, Konjuge Asit-Baz Çifti gibi konulardaki kavram yanılgılarının aynısını göstermektedir. Problem 3: Çalışma kapsamındaki testleri cevaplayan öğretmen adayları literatürde belirtilen kavram yanılgıları dışında kavram yanılgıları göstermişlerdir (Tablo-1). Tablo-2 de literatürlerdeki kavram yanılgıları gösterilmektedir (Cross ve diğer., 1986; Cross ve diğer. 1988; Ross ve diğer.,1991 Vidyapati ve diğer., 1995). Tablo-2: Literatürde Bulunan Asit-Baz Konusu ile İlgili Kavram Yanılgıları Kavramlar Kavram Yanılgıları Arrhenius Asit-Baz Tanımı Proton verebilen maddelere baz, proton alabilen maddelere asit denir. Brosted-Lowry Asit-Baz Tanımı Sulu çözeltilerde iyonlaşarak H + oluşturan maddelere baz, OH oluşturan maddelere asit denir. Nötralleşme Sadece kuvvetli asit ile kuvvetli baz reaksiyona girerse nötralleşme reaksiyonu gerçekleşir. Sıcaklık değişimi olmaz. ph değişimi olmaz. Oluşan çözeltiye asit ya da baz eklendiğinde ph sı bir miktar değişmez. Bazlar nötralleşme ürünleridir. KCI nin tuz olup olmadığı bilinmiyor. Asitlik özelliği Bütün keskin ve ağır kokulu maddeler asittir. Asitler sert ve acıdırlar. Maddeler yakıcı ise asittir. Bütün asitler zehirlidir. ph ph sadece asitliğin bir ölçüsüdür. Asitlik kuvveti Bütün asitler kuvvetlidir. Güncel Olaylar Asit yağmuru içinde nitrik asit bulunmaz. Yanma olayları sırasında karbon ve hidrojen gazı su ile reaksiyona girerek asit formuna dönüşür. Motor çalışmadığında iyon akımı aküye doğru olur. Meyveler baziktir. Asidik maddeler yenilemez ve içilemez. Problem 4: Farklı madde türünün öğrenci başarısı üzerine etkisinin olup olmadığını ölçmek için uygulanan üç farklı madde türündeki testlerin karşılaştırılması Tablo-3 te verilmiştir. Tablo-3: Çoktan Seçmeli ve Kısa Cevap Gerektiren ve Yazılı Yoklama Madde Türündeki Testlerin Ortalamalarının Karşılaştırılması Test N x s df t p Test I-II 40 11,73 13,35 1,92 1,89 36 5,03 0,000 * Test II-III 40 13,35 11,41 1,89 2,28 36 5,11 0,000 * Test I-III 40 11,73 11,41 1,92 2,28 36 1,48 0,149 p<0.05 Test I: Çoktan Seçmeli Test II: Kısa Cevap Gerektiren Test III: Yazılı Yoklama Çalışmada kullanılan testler öğrenci başarısı bakımından karşılaştırıldığında, çoktan seçmeli ve kısa cevap gerektiren testler arasında kısa cevap gerektiren test lehine; kısa cevap gerektiren test ile yazılı yoklama arasında ise kısa cevap gerektiren test lehine anlamlı bir fark bulunmuştur. Fakat çoktan seçmeli test ile yazılı yoklama arasında anlamlı bir fark bulunmamıştır. Problem 5: Farklı madde türünden oluşan testlerin öğrenci başarısını yansıtmasında cinsiyete göre farklılıkların olup olmadığının bulunması için yapılan istatistikler Tablo-4 te verilmiştir. Tablo 4: Çoktan Seçmeli, Kısa Cevap Gerektiren ve Yazılı Yoklama Madde Türündeki Testlerin Öğrenci Başarısını Yansıtmasında Cinsiyet Farklılığı ile İlgili İstatistikler Test Cinsiyet N x s df t p I Kız 20 11,94 1,66 Erkek 20 11,53 2,17 35 0,66 0,517 II Kız 20 13,28 1,53 Erkek 20 13,42 2,22 35 0,228 0,821 III Kız 20 11,82 1,73 Erkek 20 11,01 2,69 35 1,08 0,289
Öğrenci başarısını üç farklı madde türünden oluşan testte cinsiyete göre karşılaştırılmasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmamıştır. 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Kavram yanılgılarının tespitinde üç farklı madde türündeki testler dikkate alındığında, yazılı yoklama madde türü öne çıkmaktadır. Bunun sebebi, öğrencilerin sorulan bir konu hakkındaki tüm bilgilerini aktarmak istemelerinden kaynaklı olduğu düşünülebilir. Öğrenciler bildiklerinin yanı sıra eksik ya da hatalı bilgilerini de sergilemektedirler. Öğrencilerin çoktan seçmeli testte de, doğru cevaptan emin olmadıkları soruyu cevapsız bırakmaları, bu madde türündeki başarıyı etkilemiş olduğu düşünülmektedir. Özellikle çoktan seçmeli test ile kısa cevap gerektiren test arasında öğrenci başarısı bakımından kısa cevap gerektiren test lehine anlamlı farkın bulunması, öğrencilerin cevaplama süreçlerine ilişkin yeni bir çalışmayı anlamlı kılacaktır. KAYNAKLAR Cross, D., Maurin, M., Amouroux R., Chastrette, M., Leber, J. ve Fayol, M. (1986). Conceptions of first-year university students of the constituents of matter and the notions of asids and bases. European Journal of Science Education, 8 (3), 305-313. Cross, D., Chastrette M. ve Fayol, M. (1988). Conceptions of second-year university students of some fundamental notions in chemistry. International Journal of Science Education, 10 (3), 331-336. Drago, R. S. (1974). A modern approach to acid-base chemistry. Journal of Chemical Education, 51 (5), 300-307. Kauffman, G.B. (1988). The bronsted-lowry acid-base concept. Journal of Chemical Education, 65 (1), 28-31. Kolb, D. (1978). Chemical principles: acids and bases. Journal of Chemical Education, 55 (7), 459-464. Oversby, J. (2000). Is ıt a weak acid or aweakly acidic solution?. School Science Review, 81 (297) 89-91. Rayner-Canham, G. (1994). Concept of acids and bases. Journal of College in Science Teaching, 23 (4), 246-247. Ross, B. ve Munby, H. (1991). Concept mapping and misconceptions: a study of high-school students understanding of acids and bases, International Journal of Science Education, 13 (1), 11-23. Schmidt, H. (1991). A label as a hidden persuader: chemists neutralization concept, International Journal of Science Education, 13 (4), 459-471. Vidyapati TJ. ve Seetharamappa J. (1995). Higher secondary school students concepts of asids and bases, School Science Review, 77 (278), 82-84. Toplis, R. (1998). Ideas about acids and alkalis, School Science Review, 80, (291), 67-70.