1 XIII. Ulusal Eğitim Bilimleri Kurultayı, 6-9 Temmuz 2004 İnönü Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Malatya ÖĞRENCİLERİN KAYNAYAN SUDAKİ KABARCIKLARIN YAPISINI ANLAMALARI Yezdan Boz Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Orta Öğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Bölümü yezdan@metu.edu.tr ÖZET Bu çalışmada, altıncı, sekizinci ve onbirinci sınıflarda okuyan öğrencilerin kaynayan sudaki kabarcıkların yapısını anlamaları incelenecektir. Yaşları 12 ile 18 arasında değişen, 40 tanesi altıncı sınıfta, 60 tanesi sekizinci sınıfta ve 200 tanesi onbirinci sınıfta okuyan 300 öğrenci bu çalışmaya katılmıştır Veri, bu öğrencilere dağıtılan açık uçlu bir sorudan oluşan yazılı anket ve yarı yapılanmış röportajlar yardımıyla toplanmıştır. Sonuçların tasvir edilmesinde, doğru cevaplar yarı doğru cevaplar ve yanlış cevapların toplandığı üç ana kategori grupları kullanılmıştır. Verilerin analizi,altıncı, sekizinci ve onbirinci sınıf öğrencilerinin çok azının, kabarcıkların içindeki maddeyi doğru şekilde açıklayabildiklerini göstermiştir. Bunun yanısıra, bu çalışmada öğrencilerin birçok kavram yanılgısına sahip oldukları gözlenmiştir. Anahtar Sözcükler: Kabarcıkların yapısı, öğrencilerin kavram yanılgıları ABSTRACT In this study, sixth, eighth and eleventh grade students understanding of the nature of the bubbles in boiling water will be examined. 300 students ranging in age from twelve to eighteen years were the participants in this research; 40 of them were year 6 (12-13 years old), 60 of them were year 8 (14-15 years old) and 200 of them were year 11 (17-18 years old) pupils. Data was obtained from a questionnaire containing an open-ended question as well as semistructured interviews. In the description of results, correct answers, partially correct answers and incorrect answers categories were used. The analysis of data indicated that few students had the correct understanding of the matter inside the bubbles whereas this study indicated that students had a lot of misconceptions about the nature of the bubbles. Keywords: Nature of bubbles, students misconceptions
GİRİŞ 2 Öğrencilerin kaynayan sudaki kabarcıkların yapısını anlamalarını ölçen birçok çalışma yapılmıştır (Osborne ve Cosgrove, 1983; Bar ve Travis, 1991; Hatzinikita ve Koulaidis, 1997). Osborne ve Cosgrove (1983) çalışmasında Yeni Zelanda da okuyan 8-17 yaş grubundaki öğrencilerin kabarcıkların yapısını anlamalarını röportajlar, sonra da röportajlar sonucunda geliştirilmiş çoktan seçmeli sorularla ölçülmüştür. Küçük yaştaki öğrencilerin bir kısmı kabarcıkların ısı, 16-17 yaşındaki öğrencilerin bir kısmı da kabarcıkların oksijen ve hidrojen içerdiğini belirtmişlerdir. 16-17 yaşındaki öğrencilerin %35 i kabarcıkların içindeki maddenin subuharı olduğunu söylemiştir. Hatzinikita ve Koulaidis (1997) araştırmasında, 10-18 yaş grubunda bulunan Yunan öğrencilerinin kabarcıkların yapısını çoktan seçmeli soruyla ölçülmüştür. Osborne ve Cosgrove (1983) ün çalışmasında bulunduğu gibi Hatzinikita ve Koulaidis (1997) araştırmasında da, küçük yaştaki öğrencilerin kabarcıkların içindeki maddeyi ısı, daha büyük sınıftaki öğrencilerin ise kabarcıkların içindeki maddeyi oksijen ve hidrojen olarak tanımladıkları ortaya çıkmıştır. 16-17 yaşındaki Yunan öğrencilerinin %60 ı kabarcıkların subuharı içerdiğini belirtmişlerdir. Aynı şekilde Bar ve Travis (1991) İsrail de okuyan 6-14 yaş grubundaki öğrencilerin anlamalarını incelemiştir, 13 yaşındaki öğrencilerin sadece yaklaşık %15 i kabarcıkların subuharı içerdiklerini belirtmişlerdir. Bu çalışmanın amacı altıncı, sekizinci ve onbirinci sınıflarda okuyan öğrencilerin kaynayan sudaki kabarcıkların yapısı ile ilgili anlamalarını incelemektir. YÖNTEM Veri 2001-2002 akademik yılının ilk sömestirinde, açık uçlu sorulardan oluşan yazılı anket ve yarı yapılanmış röportajlar yardımıyla toplanmıştır. Yaşları 12 ile 18 arasında değişen, 40 tanesi altıncı sınıfta, 60 tanesi sekizinci sınıfta ve 200 tanesi onbirinci sınıfta okuyan 300 öğrenci bu çalışmaya katılmıştır. Öğrenciler, Denizli şehir merkezindeki iki lise ve bir ortaokuldan seçilmiştir. Onbirinci sınıf öğrencilerin cevaplarının altmışı süper lise öğrencilerinden gelmektedir. Öğrencilere, tencerede kaynatılan sudaki kabarcıkların içindeki maddenin ne olduğunu açıklamalarını isteyen bir açık uçlu soru sorulmuştur. Bu soru Osborne ve Cosgrove (1983); Bar ve Travis (1991) çalışmalarından alınmıştır. Bunun yanısıra, farklı yaş gruplarında bulunan 10 öğrenciyle de röportaj yapılmıştır. SONUÇLAR Sonuçların tasvir edilmesinde, doğru cevaplar yarı doğru cevaplar ve yanlış cevapların toplandığı üç ana kategori grupları kullanılmıştır. Doğru cevaplar kategorisi kabarcıkların içindeki maddenin su buharı olduğunu belirten cevapları içerir. Yarı doğru cevaplar kategorisi ise kabarcıkların içindeki maddeyi gaz olarak düşünen, yani doğru olabilecek fakat açık olmayan cevapları içerir. Ayrıca, yarı doğru cevaplar kategorisi, cevabının bir bölümünün doğru olmasına karşın, yanlış açıklamaları da bulunduran cevaplardır. Örneğin, kabarcığın içindeki madde subuharı ve oksijendir. Yanlış cevaplar kategorisi ise kabarcıkların
içindeki maddenin hava, oksijen, hidrojen veya su olduğunu belirten cevapları içerir. Aşağıdaki tablo, öğrencilerin cevaplarının yüzde olarak dağılımını göstermektedir. 3 Tablo 1: Cevapların Yüzde Olarak Özeti Cevaplar 6. Sınıf 8. Sınıf 11. Sınıf Doğru Cevaplar *Su Buharı %17.5 %15 %24 *Tanecik modelini düşünüp doğru %2.5 %3.3 %7 açıklama yapma Yarı Doğru Cevaplar *Su buharı fakat kavram yanılgısı %2.5 %10 %1 *Gaz %5 %1.7 %11 Yanlış Cevaplar *Hava %15 %16.7 %20.5 *Oksijen, Hidrojen %10 %18.3 %15.5 *Su %15 %5 %4 *Cevap Vermeyenler %32.5 %30 %17 Tablonun yanısıra, aşağıdaki şekilde öğrencilerinin cevaplarının yıl gruplara gore dağılımını göstermektedir. Şekil 1: Öğrencilerin Kaynayan Sudaki Kabarcıkların Yapısı Hakkında Düşündükleri %70.0 Cevapların Yüzde Oranı %50.0 %30.0 %10.0 Doğru cevaplar Yarı doğru cevaplar Yanlış cevaplar Yıl 6 Yıl r8 Yıl 11 Öğrencilerin kaçıncı sınıfta okudukları
TARTIŞMA 4 Altıncı sınıf öğrencilerinin %20 si, sekizinci sınıf öğrencilerinin %18.3 ü, onbirinci sınıf öğrencilerinin ise %31 i soruyu doğru cevaplamışlardır. Şekil 1 den açıkca görüldüğü gibi, doğru cevaplar sekizinci sınıf öğrencileri arasında az bir azalma göstermekle birlikte onbirinci sınıf öğrencilerinde %31 lere çıkmıştır. Öğrencilerle yapılan röportajlar bazı öğrencilerin kabarcıkların içindeki maddenin gazdan su buharını kasttettiklerini ortaya çıkarmıştır. Bu yüzden doğru cevap veren öğrencilerin yüzdesi daha fazladır. Öğrencilerin verdiği diğer favori cevap ise, kabarcıkların içindeki maddenin hava olduğudur. 13, 15 ve 17 yaş grubundaki öğrencilerin hava cevabı sırasıyla %15, %16.7 ve %20.5 olarak değişiklik göstermektedir. Öğrencilerle yapılan röportajlar, kabarcıkların içinin boş olduğu ve havanın da boşluğu dolduran bir madde olarak düşünülmesi, kabarcıkların içindeki maddenin hava olarak belirtilmesine sebep olduğunu göstermiştir. Aşağıdaki onbirinci sınıf öğrencisiyle yapılan röportaj 1 bu düşünceye örnek olarak gösterilebilir. A: Kabarcıkların içindeki maddenin gaz olduğunu belirtmişsin. Gazdan neyi kastettin? Ö: Su kaynamaya başlayınca kabarcıklar oluşur. Kabarcıkların içinde hiçbir şey yoktur, yani hava vardır. Buna benzer bir diğer örnek de lise son sınıf öğrencisi tarafından verilmiştir. Su ısıtıldığında, tanecikler arası uzaklık artar ve kabarcıklar oluşur. Bu tanecikler arası boşluğu hava doldurur. Bu yüzden de kabarcıkların içinde hava vardır. Tanecikler arasında hava bulunduğunun düşünülmesi literatürde de belirtilmiştir (Novick ve Nussbaum, 1978; Novick ve Nussbaum, 1981; Brook, Briggs ve Driver, 1984). Ayrıca kabarcıkların içindeki maddenin hava olarak düşünülmesinin bir başka sebebi de, günlük hayatta kullanılan hava kabarcıkları terimi olabilir. Kabarcıkların içindeki maddenin hidrojen ya da oksijen olabileceği de özellikle sekizinci ve onbirinci sınıflarda okuyan öğrenciler tarafından düşünülmüştür. Altıncı sınıfta okuyan öğrencilerin %10 u kabarcıkların içindeki maddenin hidrojen veya oksijen olduğunu düşünürken, bu düşünce sekizinci sınıf öğrencileri arasında %18.3 e yükselmiştir, fakat lise son sınıf öğrencilerinde %15.5 e düşmüştür. Öğrencilere anketin dağıtıldığı zamanlarda, sekizinci sınıf öğrencilerinin Maddenin Yapısı konusunu işliyor olmaları, belki de öğrencilerin kabarcıkların içindeki maddeyi oksijen veya hidrojen olarak düşünmelerine sebep olabilir. Çünkü, bu konuda, suyun yapısından, oksijen ve hidrojen moleküllerinden sıkça bahsedilmektedir. Öğrencilerin kabarcıkların içindeki maddenin hidrojen veya oksijen olduğunu düşünmelerinin bir sebebi suyun oksijen ve hidrojenden oluşması ve ısı ile birlikte suyun oksijen ve hidrojen moleküllerine parçalanmasıdır. A: Kabarcıkların içindeki maddenin gaz olduğunu yazmışsın. Gaz demekle neyi kastettin?? Ö: Oksijeni A: Peki niye oksijen? Ö: Belki, suyun yapısında oksijen olmasından dolayı olabilir. Isıyla su moleküllerine ayrılır. Bazı öğrenciler de elektroliz olayında kabarcık halinde açığa çıkan oksijen gazını düşünüp kabarcıkların içindeki maddenin oksijen olabildiğini söylemişlerdir. Bu tip cevaplar, öğrencilerin kimyada okutulan 1 A araştırmacının, Ö ise öğrencinin cevaplarını gösterir.
5 bilgileri yanlış kullandıklarının kanıtıdır. Mesela aşağıdaki öğrenci elektroliz sırasında kabarcık halinde açığa çıkan oksijenle, kaynayan sudaki kabarcıklar arasında bir ilgi kurmutur. A: Bu soruda niçin kabarcıkların içindeki maddenin oksijen olduğunu düşündün? Ö: Daha dün sınıfta bir problem çözdük. Sanırım aklımda o kalmış o yüzden de oksijen yazdım. Suyun yapısında oksijen var. Bu yüzden su moleküllerine ayrılıyor ve oksijen kabarcık olarak dışarı çıkıyor. A: Su niçin moleküllerine ayrılıyor? Ö: Sanırım ısı yüzünden, ısıtıldığı için A: Peki dün sınıfta çözdüğünüz problem neydi? Ö: Tam hatırlamıyorum ama suyun elektroliziyle ilgiliydi. A: Bunun kabarcıkların içindeki maddenin oksijen olmasıyla ne ilgisi var? Ö: İşte, su moleküllerine ayrılıyor, nasıl elektroliz olayında oksijen kabarcık olarak çıkıyorsa, burada su kaynatılıp ısı yoluyla ayrılıyor ve oksijen kabarcıkların içinde yükseliyor. Kabarcıkların içindeki maddenin su olabileceği görüşü daha çok 13 yaşındaki öğrenciler arasında yaygın olup, öğrencilerin yaşı arttıkça bu görüşün de azaldığı gözlenmektedir. Altıncı sınıf öğrencilerinin %15 i kabarcıkların içindeki maddenin su olduğunu düşünmüştür. Fakat bu düşünce, sekizinci ve onbirinci sınıf öğrencileri arasında, %4 ve %5 lere düşmüştür. Bar ve Travis (1991) in çalışmasında, daha küçük yaştakilerin, 6-9 yaş arasındaki çocukların kabarcıkların içindeki maddeyi su olarak düşündüklerini ve bu görüşün 11 yaşındaki öğrenciler arasında kaybolduğu ortaya çıkmıştır. Bu çalışmadaki öğrencilerin sahip olduğu kavram yanılgılarına, Osborne ve Cosgrove (1983); Bar ve Travis (1991) ve Hatzinikita ve Koulaidis (1997) in çalışmalarında da rastlanmıştır. Fakat, bu çalışmadaki hiçbir öğrenci kabarcıkların içindeki maddeyi ısı olarak düşünmemesine rağmen, Osborne ve Cosgrove (1983) ve Bar ve Travis (1991 in çalışmalarındaki öğrencilerde bu tip kavram yanılgısına rastlanmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, öğrencilerin bu konuyu daha anlamlı öğrenmeleri için fen derslerinde dikkat edilmesi gereken birçok hususu ortaya çıkarmıştır. Günlük hayatta kullanılan hava kabarcıkları terimiyle sudaki kabarcıklarının farkının yapılması gerekmektedir. Ayrıca, bu konu maddenin tanecikli modeliyle bağlantı kurulup anlatılırsa, öğrencilerin anlamalarının kolaylaşacağı inancındayım. Maddenin tanecikli modelini kullanımının, yoğunlaşma, buharlaşma ve kabarcıkların içindeki maddenin yapısı konularını anlamalarını kolaylaştırdığı Johnson (1998a ve 1998b) in çalışmasında kanıtlanmıştır. KAYNAKLAR Bar, V., & Travis, A. S. (1991). Children s Views Concerning Phase Changes. Journal of Research in Science Teaching, 28 (4), 363-382. Brook, A., Briggs, H., & Driver, R. (1984). CLIS Project: Aspects of Secondary Students Understanding of the Particulate Nature of Matter, Leeds: University of Leeds.
Hatzinikita, V., & Koulaidis, V. (1997). Pupils` Ideas on Conservation during Changes in the State of Water. Research in Science and Technological Education, 15 (1), 53-70. 6 Johnson, P. (1998a). Children s Understanding of Changes of State Involving the Gas State, Part 1: Boiling Water and the Particle Theory. International Journal of Science Education, 20 (5), 567-583. Johnson, P. (1998b). Children s Understanding of Changes of State Involving the Gas State, Part 2: Evaporation and Condensation Below Boiling Point. International Journal of Science Education, 20 (6), 695-709. Novick, S., & Nussbaum, J. (1978). Junior High School Pupils Understanding of the Particulate Nature of Matter: An Interview Study. Science Education, 62 (3) 273-281. Novick, S., & Nussbaum, J. (1981). Pupils` Understanding of the Particulate Nature of Matter: A Cross-Age Study. Science Education, 65 (2), 187-196. Osborne, R. J., & Cosgrove, M. M. (1983). Children s Conceptions of the Changes of State of Water. Journal of Research in Science Teaching, 20 (9), 825-838.