BİLGİSAYAR SİMULASYONLU DENEYLERİN LİSE ÖĞRENCİLERİNİN YERDEĞİŞTİRME VE HIZ KAVRAMLARINI ANLAMADAKİ ETKİSİ Erhan ŞENGEL 1, M.Yaşar ÖZDEN 2, Ömer GEBAN 3 1 Özel Bilim Okulları, T.C. Ankara Valiliği Özel Bilim Lisesi, ANKARA 2 ODTÜ, Eğitim Fakültesi, BÖTE Bölümü, ANKARA 3 ODTÜ, Eğitim Fakültesi, OFMAE Bölümü, ANKARA ÖZET Bu çalışmanın asıl amacı fizik dersi ile birlikte verilen bilgisayar benzetişimli deneylerin yerdeğiştirme ve hız kavramlarını anlamadaki etkisini yine dersle birlikte verilen geleneksel laboratuvar çalışması ile karşılaştırmaktır. Deney grubuna bilgisayar simulasyonlu deney, kontrol grubuna da geleneksel laboratuar yöntemi yerdeğiştirme ve hız kavramlarını anlatmak üzere uygulanmıştır. Bu çalışma için gerekli verileri elde etmek için Hız ve Yerdeğiştirme Kavramları Başarı Testi ve Mantıksal Düşünme Yeteneği Testi bütün öğrencilere uygulanmıştır. İki testin verilerini analiz etmek için t-test ve çoklu regrasyon methodları kullanılmıştır. Sonuç bilgisayar benzetişimli deneylerden faydalanan öğrenci grubunun hız ve yerdeğiştirme kavramlarını anlamada istatistiksel olarak daha iyi olduklarını ortaya koymuştur. Bu da bilgisayarlı benzetişim deneylerinin bazı konularda en az laboratuvar deneyleri kadar etkili olduğunu göstermektedir. Diğer yandan uygulanan öğretim yöntemi, mantıksal düşünme yeteneği ve aralarındaki etkileşimin birlikte başarı varyansa anlamlı bir katkıda bulunduğu saptanmıştır. Öğretim yöntemi ve mantıksal düşünme yeteneğinin başarıya katkısı ayrı anlamlıyken, aralarındaki etkileşimin tek başına başarıya katkısı anlamlı çıkmamıştır. 1. GİRİŞ Yapılan araştırmalar, lise öğrencilerinin temel fizik kavramlarını ve teorilerini anlamada ve uygulamada sıkıntılar yaşadıklarını göstermektedir (McDertmott, 1984; Reif & Larkin, 1991; Andaloro, Bellomonte, Lupo, & Sperandeo-Mineo, 1994). Buna bağlı olarak, bazı araştırmalarda; bu öğrencilerin derslere belirli fizik kavramlarını öğrenmelerini engelleyecek naif yargılarla gelmekte olduğunu göstermiştir (McDertmott, 1984; Brown, 1992). Bu tür yanlış kavramalar sanıldığından daha geniş kapsamlıdır ve sınıf performansı üzerinde etkili olmaktadır. Aslında, öğrenciler önemli fizik kavramlarını tam anlamıyla öğrenmeden sınıflarını geçmektedirler. Öğrencilerin matematik denklemlerini kullanarak fizik problemlerini çözebilmeleri, fizik kavramlarını tam anlamıyla anlamış olduklarını göstermemektedir. (Walsh, 1993) Mekanik konuları orta okul Fen Bilgisi ve lise Fizik derslerinin en önemli parçalarıdır. Çünkü, mekanik diğer fizik kavramlarını anlayabilmek için önbilgileri içermektedir. Çataloğlu (1996) da yaptığı araştırmada; öğrencilerin en çok konum ve hız kavramlarını anlamada zorlandıklarını ve hız ile ivme kavramlarını karıştırdıklarını göstermektedir. Ayrıca bu araştırmalar, öğrencilerin hız-zaman ve konum-zaman grafiklerini yorumlamada zorlandıklarını göstermektedir. Laboratuar çalışması öğrencilerin fizik dersindeki başarısını artırmakta önemli bir rol oynamaktadır. Laboratuar çalışması; 1) yaparak öğrenmedir, 2) öğrencinin kritik düşünme yeteneğini geliştirir, 3) öğrencilerin aktif olmasını sağlayan bir öğrenmedir. (Haury & Rillero, 1994). Öğrencilerin bilim yapmadan bilimi öğrenmeleri beklenemez ve bu sadece laboratuar da gerçekleşir. Yapılan bazı araştırmalar, öğrencilerin laboratuar çalışmasını sevdiklerini göstermektedir (Bryant & Marek, 1987). Çünkü, bu çalışmalar öğrencilerin hatırlamalarına yardımcı olmaktadır. Diğer öğretim metotlarına kıyasla, öğrenciler daha az bilgileri karıştırmaktadır. 1970 den buyana yapılan çalışmalar, laboratuar çalışmaları öğrencilerin bilime olan tavırlarında pozitif bir etkisinin olduğunu göstermektedir (Renner, Abraham, Burie, 1985; Bryant & Marel, 1987; Freedman, 1997). Bilime olan ilgi ve tavır da dolayısıyla başarının artmasına etken olmaktadır. Bilgisayarın eğitimde kullanılması, öğrenme alanını genişletmekte ve eğitimdeki kalitenin değişmesine neden olmaktadır. Bundan dolayı, eğitimin her seviyesinde bilgisayar okur yazarlığı artırılarak öğrencilerin eğitim ve öğretim sürecinde bilgisayarı kullanmalarına teşvik edilmelidir. Çünkü, bilgisayarların farklı eğitim araçlarını aynı anda kullanma ve kontrol etme özellikleri vardır. Bilgisayarların eğitim ve öğrenme sürecinde kullanılmasına Bilgisayar Destekli Eğitim (BDE) denir. BDE de öğrenciler eğitsel materyalleri sunan ve gösteren bilgisayar ile direk temas içindedir.
Yapılan araştırmalar, bilgisayarın eğitimde kullanılması fen bilimlerindeki başarıyı anlamlı bir şekilde artırmaktadır. (Reed, 1986; McCoy, 1991; Geban, Aşkar, Özkan, 1992). Yapılan bazı araştırmalar, BDE ile eğitim gören öğrencilerin fizik dersi başarılarının artığını göstermektedir (Bennett, 1986). Fakat, 1986 yılında Miller in yaptığı araştırmada; Biyoloji laboratuar dersinin BDE yöntemi ile eğitim gören öğrencilerin biyoloji dersi başarılarını olumlu bir şekilde etkilememiştir. Bilgisayar Destekli Eğitimde etkili bir şekilde kullanılan metotlardan bazıları; tekrarlama ve pratik yapma, tutorial, oyun, animasyon ve simulasyon, ve problem çözmedir. Bu çalışmadaki amacımız, eğitimde simulasyon metodu kullanmaktır. Simülasyon, bazı gerçek yaşam olay ve uygulamalarının soyutlanması ve basitleştirilmesidir. Simülasyonda katılımcılar diğer kişi ve/veya taklit edilmiş ortam ile devamlı olarak bir ilişki içindedir. Birçok simulasyonun amacı, sıralı olay ve bilgileri anlatabilmektir. Öğrenciye bir sonraki basamağa atlatabilmek için öğrencinin vereceği cevaplara göre, bilgisayar ya bilgi sunacak yada geri iletimde bulunacaktır. Her bir basamak yeni bir bilgi sunacaktır. Bu şekilde hedeflenen amaca ulaşılacaktır. Son zamanlarda, öğrencilerin fen konularındaki başarılarında bilgisayar simulasyon deneylerinin mi yoksa geleneksel laboratuar deneylerinin mi etkili olduğu hususunda bazı araştırmalar yapılmıştır. Bu araştırmaların bir kısmında bilgisayar simulasyonlu deneylerin daha etkili olduğunu göstermiştir (Geban ve diger., 1992; Svec & Anderson, 1995; Redish ve diger., 1997). Fakat, Miller (1986) ve Choi & Gennaro (1987) bilgisayar simulasyonlu deneylerle geleneksel laboratuar deneylerinin arasında anlamlı fark bulamamışlardır. Bu çalışmanın amacı fizik dersi ile birlikte verilen bilgisayar benzetişimli deneylerin yerdeğiştirme ve hız kavramlarını anlamadaki etkisini yine dersle birlikte verilen geleneksel laboratuvar çalışması ile karşılaştırmaktır. 2. YÖNTEM 2.1. Deneysel Plan Bu araştırmada rastgele seçilmiş öntest-sontest kontrol grup dizaynı (The randomized pretestposttest control group design) kullanılmıştır (Gay, 1987). Öğrencilerin Yerdeğiştirme ve Hız kavramlarındaki bilgilerini ölçmek için Yerdeğiştirme ve Hız Konuları Başarı Testi (YHKBT) öntest ve sontest olarak uygulanmıştır. Öğrencilerin muhakeme yeteneklerini kontrol etmek için Mantıklı Düşünme Testi (MDT) uygulama başlamadan önce uygulanmıştır. 2.2 Araştırma Grubu Bu çalışma için Ankarada ki bir özel okulda okumakta olan 91 adet 10. Sınıf Fen sınıfı öğrencisi seçilmiştir. Üç sınıfada aynı öğretmen ders vermektedir. Öntest uygulandıktan sonra iki sınıf rastgele seçilmiştir ve uygulanacak olan iki farklı öğretim metodu iki sınıfa rastgele atanmıştır. Tablo - 1 de uygulamalara göre öğrenci dağılımı gösterilmiştir. Tablo - 1 Uygulamalara göre öğrenci dağılımı Yöntem Öğrenci Sayısı Bilgisayar Similasyonlu Laboratuar 31 Geleneksel Laboratuar 30 2.3. Kullanılan Araçlar 2.3.1. Yerdeğiştirme ve Hız Kavramları Başarı Testi (YHKBT) Yapılan araştırmada, öğrencilerin hedeflenen amaçlara ulaşıp ulaşmadığını anlamak için araştırmacı tarafından (YHKBT) hazırlanmıştır. Hazırlanan bu test Bloom un ilk dört taxonomisini (bilgi, kavrama, uygulama ve analiz etme) içermektedir. Test hazırlanırken ders notları ve bazı fizik ders kitaplarından yararlanılmıştır. İlk aşamada 25 adet beş seçenekli test olarak hazırlanan test
uzmanlar, eğitim bilimciler ve ders öğretmeni tarafından incelenmiştir. Soruların zorluk seviyesi ve ayırt ediciliğinin ölçülmesi için 75 kişilik 11. Sınıf öğrencilerine uygulanmıştır. Soru analizi sonucunda 18 soru seçilmiştir ve güvenilirlik katsayısı (Chromba alfa) 0.82 olarak hesaplanmıştır. 2.3.2. Mantıklı Düşünme Testi (MDT) 10 sorudan oluşan bu test ilk olarak Tobin ve Copie (1981) tarafından geliştirilmiştir. MDT değişkenleri anlayabilme ve hakim olabilme, orantı kurarak korelasyon sağlayabilme, ihtimalleri değerlendirerek mantık yürütmeye dayalı sorular içermektedir. 1992 yılında Geban ve diğer. yaptıkları araştırmada, bu testin güvenilirlik katsayısını 0.77 bulmuşlardır. 2.4. Uygulamalar Ön-testtin sonuçları, seçilen iki grup arasında fizik başarıları ve mantıksal düşünme yetenekleri açısından anlamlı bir fark olmadığını göstermektedir. Laboratuar çalışması ve Bilgisayarlı simulasyon deneyleri derslere takviye amaçlı olarak 2 ders saatinde uygulanmıştır. 2.4.1. Bilgisayar Simulasyonlu Deney Programı Bilgisayar Simulasyonlu Deney Programı Microsoft Visual Basic programı kullanılarak Bilgisayar Destekli Eğitim ve Bilgisayar Simulasyonlu Deney Programlarından yararlanılarak geliştirilmiştir. İstenilen amaçlara ulaşabilmek için konular belirli bir sıralamada ve kullanıcıyı aktif tutabilecek şekilde hazırlanmıştır. Öğrencinin her an aktif olduğu, gerekli zamanlarda bilgilerin sunulduğu ve öğrenciye geri dönüşümlerin sıklıkla yapıldığı bu program MS-Windows uygulamalarını kullanabilen herkes tarafından oldukça kolay bir şekilde kullanılabilir. 2.4.2. Laboratuar Deney Kağıdı Kontrol grubu öğrencileri için konu özetini, deney amacını, kullanılacak malzemeleri ve deney sıralamasını içeren laboratuar deney kağıdı hazırlanmıştır. Deney basamakları yapıldıkça veriler elde edilmekte ve sonuçları bilinen değerlerle kıyaslanmaktadır. 2.5. Analiz 2.5.1. t-test İki grup arasındaki veya iki uygulama koşulu arasındaki farklılığın olup olmadığını ölçmek için bağımsız t-test uygulanmıştır. Çünkü veriler iki bağımsız araştırma grubundan elde edilmiştir. İstatiksel analizler SPSS paket programı kullanılarak elde edilmiştir. 2.5.2. Çoklu Regrasyon Mantıksal düşünme yeteneği ve uygulamaların yerdeğiştirme ve hız konularındaki başarıya anlamlı bir etkisinin olup olmadığını anlamak için çoklu regrasyon metodu kullanılmıştır. 3. BULGULAR VE SONUÇLAR 3.1. Bulgular Uygulamaların bağımlı değişkenlere olan etkisini incelemek ve öğrencilerin yerdeğiştirme ve hız kavramlarındaki bilgilerini ve mantıksal düşünme yeteneklerini kontrol etmek için YHKBT ve MDT leri ön-test olarak uygulanmıştır. Tablo - 2 ve tablo 3, t-test sonuçlarını göstermektedir. Tablo - 2. Uygulama yapılmadan önce deney grubu ve kontrol grubu arasındaki fark. ÖN YHKBT
Grup N X SS sd t P BSD 31 3.65 1.17 GL 30 3.77 1.69 59 0. 33 0.75 p< 0.05 Tablo - 3. Uygulama yapılmadan önce deney grubu ve kontrol grubu arasındaki fark MDT Grup N X SS sd t P BSD 31 7.00 1.50 GL 30 7.10 1.90 59 0.30 0.76 p< 0.05 Tablolardan da anlaşıldığı gibi, yerdeğiştirme ve hız kavramlarını öğrenme ve mantıksal düşünme yeteneği açısından iki grup arasında anlamlı bir fark gözlenmemiştir. İki grup arasında son-test sonuçları arasında anlamlı bir fark olup olmadığını anlamak için yapılan t-test sonuçları tablo 4 de gösterilmiştir. Tablo 4: Son-test sonuçlarına göre analiz sonuçları SON YHKBT Grup N X SS sd t P BSD 31 12.1613 2.018 GL 30 10.0000 2.804 59 3.46 0.001 * p < 0.05 Son-test sonuçları incelendiğinde BSD grup ile GL grubu arasında anlamlı bir fark olduğu gözlenmiştir df = 59, t =.001 p<0.05. YHKBT inden Bilgisayar Simulasyonlu Deney grubu öğrencilerinin Geleneksel Laboratuar grubu öğrencilerinden daha yüksek puan almışlardır. Tablo 5. Regrasyon modeli BAŞARI Bağımsız Değişkenler B SS sd t Mantıksal Düşünme Yet 0.82 36.79 1 3.91 Uygulama 5.32 20.61 1 2.19 Mantıksal düşünme -0.44 12.23 1 1.30 yeteneği ile uygulama arasındaki ilişki R 2 =36.36% Hata 268.19 57 Regrasyon modeli için F değeri istatiksel olarak anlamlıdır. Mantıksal düşünme yeteneği ve uygulamanın her biri başarıdaki farklılıklara katkısı olmuştur. Fakat, mantıksal düşünme yeteneği ile uygulama arasındaki ilişkinin katkısı olmamıştır. 3.2. Sonuçlar İstatiksel analiz ve sonuçlara göre aşağıdaki yorumlar yapılabilir. 1. Bilgisayar simulasyonlu deneyler yerdeğiştirme ve hız kavramlarını algılamada geleneksel laboratuar çalışmasına göre daha etkilidir 2. Uygulama, mantıksal düşünme yeteneği ve mantıksal düşünme yeteneği ile uygulama arasındaki ilişki istatiksel olarak yerdeğiştirme ve hız kavramlarındaki başarıdaki farklılıklara katkı sağlamıştır. 3. Uygulama ve mantıksal düşünme yeteneğinin her ikisi de yerdeğiştirme ve hız kavramlarını algılamadaki başarıyı tahmin edici kuvvetli faktörlerdir. 4. ÖNERİLER
1. Bilgisayar simulasyonlu deney uygulaması ile başka öğretme metotları arasındaki ilişkinin incelenmesine ihtiyaç vardır. 2. Bilgisayar oyunlarının ve problem çözmenin lise öğrencilerinin fizik konularını algılamalarına olan etkisini inceleyen araştırmalar yapılabilir. 3. Diğer bilgisayar destekli eğitim metotlarının fizik konularını anlamaya etkisini araştıran çalışmalar yapılabilir. 4. Ayrıca, öğrencinin sosyo-ekonomik durumu, kişiliği, ilgi alanlarının bilgisayar destekli eğitim ile fizik başarısı arasındaki ilişkisi incelenebilir. KAYNAKLAR 1. Andaloro, G., Bellomonte, L., Lupo, L., & Sperandeo-MÝneo, R., M., (1994). Construction and Validation of a Computer-Based Diagnostic Module on Average Velocity. Journal of Research in Science Teaching, 31, 53-63. 2. Bennett, R., (1986). The Effect of Computer Assisted Instruction and Reinforcement Schedules on Physics Achievement and Attitudes Toward Physics of High School Students. Dissertation Abstracts International, 46(2), 3670A 3. Bryant, R., J., & Marel, E., A., (1987). They Like Lab-centered Science. The Science Teacher, 54, 42-45 4. Brown, D., E., (1992). Using Examples and Analogies to Remediate Misconceptions in Physics: Factors Influencing Conceptual Change. Journal of Research in Science Teaching, 29, 17-34. 5. Çataloğlu, E., (1996). Promoting Teachers Awareness of Students Misconceptions in Introductory Mechanics. Unpublished Master s Thesis. Middle East Technical University, Ankara. 6. Choi, B. & Gennaro, E., (1987). The Effectiveness of Using Computer Simulated Experiments on Junior High Students Understanding of The Volume Displacement Concept. Journal of Research in Science Teaching, 24, 539-552. 7. Freedman, P., M., (1997). Relationship Among Laboratory Instruction, Attitude Toward Science and Achievement in Science Knowledge. Journal of Research in Science Teaching, 34, 343-357. 8. Gagné, R., (1962). The Use of Simulators. In V., N., Lunetta & A., Hofstean (Eds), Simulations in Science Education. Science Education, 1981, 65, 243-252. 9. Geban, Ö., Aşkar, P., & Özkan, İ., (1992). Effects of Computer Simulations and Problem Solving Approaches on High School Students. Journal of Educational Research, 86, 6-10. 10. Haury, D., L., & Rillero, P., (1994). Perspectives of Hands-on Science Teaching, http:// www.ncrel.org/ncrel/sdrs/areas/issues/ content/cntareas/science/eric/eric-toc.htm. 11. McCoy, L., P., (1991). The Effect of Geometry Tool Software on High School Geometry Achievement. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 10, 51-57. 12. McDermott, L. (1984). Research on Conceptual Understanding in Mechanics. Physics Today, 37, 24-32. 13. Miller, D., G., (1986). The Integration of Computer Simulation into The Community College General Biology Laboratory. Dissertation Abstract International, 47(6), 2106-A. 14. Reed, B., B., (1986). The Effects of Computer Assisted Instruction on Achievement and Attitudes of Underachievers in High School Biology. Dissertation Abstracts International, 47(4), 1270-A. 15. Redish, E., F., Saul, M., J., & Steinberg, R., N., (1997). On the Effectiveness of Active Engagement Microcomputer 16. Reif, F., & Larkin, I., H. (1991). Cognition in scientific and everyday domains; comparison and learning implications. Journal of Research in Science Teaching, 28, 733-760. 17. Svec, M., T., & Anderson, H., (1995). Effect of Microcomputer-Based Laboratory on Students' Graphing Interpretation Skills and Conceptual Understanding of Motion. Dissertation Abstracts International, 55(8), 2338-A. 18. Tobin, K., & Copie, W., (1981). Test of Logical Thinking. In Ö., Geban, P., Aşkar, & İ., Özkan (Eds), Effects of Computer Simulations and Problem Solving Approaches on High School Students. Journal of Educational Research, 1992, 86, 6-10. 19. Walsh, E., et all., (1993). Physics Students Understanding of Relative Speed : A Phenomenographic Study. Journal of Research in Science Teaching, 30, 1133-1148.