ÖĞRENCİLERİN BİR İPTE OLUŞAN GERİLİ HAKKINDAKİ YERLEŞİK KANILARI ehmet Fatih TAŞAR Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü, ANKARA ÖZET: Öğrencilerin, iki ucuna eşit kuvvet uygulanması sonucu bir ipte oluşan gerilim hakkındaki yerleşik kanılarını tespit edebilmek amacıyla 6 soru içeren bir test oluşturulmuştur. Gazi Eğitim Fakültesinde Fen Bilgisi Öğretmenliği. sınıfına, İlköğretim atematik Öğretmenliği 3. sınıfına ve Ortaöğretim atematik öğretmenliği 4. sınıfına devam etmekte olan toplam 99 öğrenciye 00 bahar döneminde bu test uygulanmıştır. Veriler, 99 öğrenciden sadece 4 ünün (%4) tüm sorulara doğru cevap verebildiğini göstermektedir. Bu da, çalışmaya katılan bütün öğrencilerin Temel Fizik dersi almış oldukları düşünülürse, ipte oluşan gerilimin anlaşılmasında gerçekten büyük güçlük çekildiğine işaret etmektedir. Elde edilen verilerin ayrıntılı analizleri yorumları ile bunlara dayanılarak bir ipte oluşan gerilim konusunun işlenmesi hakkında öneriler sunulmuştur.. GİRİŞ Bir ipin uçlarına kuvvet uygulanmadığında ip gevşek halde bulunur. İpin iki ucuna aynı anda kuvvet uygulandığında ise ipte bir gerilim oluşur. Bu gerilimin, ipin iki ucu arasındaki her noktada aynı olacağı hususu bir baş-parmak kuralıdır. Fakat bu konuda sınırlı sayıda bulunan araştırmalar (örneğin Camp ve Clement, (994); Taşar ve Van eter (999)) göstermektedir ki diğer kavramsal güçlükler yanında bu baş-parmak kuralının da öğrenilmesinde ve problemlerde sunulan değişik durumlara uygulanmasında öğrenciler zorluk çekmektedir. Fizik problemlerinde ipler, makaralar, yaylar ve kütlelerden oluşan sistemler çok değişik kombinasyonlar halinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Deneyimlerimiz göstermiştir ki öğrenciler bu tür promlemleri analizde, anlamada, formül uygulamada ve çözmede hayli zorluklarla karşılaşmaktadırlar. Bu durum bir çok sebepten kaynaklanabilir. Ancak yine deneyimler göstermiştir ki çoğu kez çok basit olduğu ve belirli yaşlardaki hemen her kesin bildiği varsayılan bir ipte oluşan gerilim konusu çoğu üniversite öğrencileri tarafından dahi gerektiği gibi anlaşılamamaktadır. Bu da dolayısı ile ilgili problemlerin çözümünü zorlaştırmaktadır. Camp ve Clement (994) öğrencilerde bu konu ile ilgili sıklıkla karşılaşılan önkavramları (perconceptions) altı madde halinde sıralamışlardır (ünite 4, s.):. Bir ipteki gerilim, ipin iki ucuna etkiyen kuvvetlerin toplamıdır.. Güçlü ipler, zayıf veya esneyebilen iplere göre daha fazla kuvvetle çeker. 3. Bir yaylı dinamometre simetrik değildir ve dolayısı ile iki ucunda eşit kuvvetle çekmez. 4. Duvar veya direk gibi rijit cisimler kendilerine bağlanan iplere bir kuvvet uygulamazlar. 5. İki ip durağan ve sürtünmesiz bir cismin uçlarından eşit olmayan kuvvetlerle çekebilir. 6. Aynı kuvvet tek bir yaya ve seri haldeki iki yaya uygulanırsa tek yay daha fazla esner. Öğretmenlerin bu tür öğrenci ön yargılarından ve bunların yol açabileceği öğrenme güçlüklerinden haberdar olamları daha verimli ders planları yapabilmelerine imkân tanıyabilecektir. Öğretmen adaylarından alan ile ilgili bilgiler ve bu alan bilgisinin pedagojik yönünü öğrenmeleri beklenmektedir. Bu çalışma hem ipteki gerilim konusunu hem de bu konunun pedagojik yönünü ele almaktadır.. YÖNTE Bu çalışma 00 bahar döneminde Gazi Eğitim Fakültesinde üç farklı sınıf ve anabilim dalında okuyan öğrencilere altı açık-uçlu soru yöneltilerek gerçekleştirilmiştir (bkz. Şekil ). İlk beş soru birer durum son soru ise üç durum içermektedir. Bu çalışmaya İlköğretim Fen Bilgisi Öğretmenliği. sınıfından (İFÖ I) 43, İlköğretim atematik Öğretmenliği 3. sınıfından (İÖ III) 4 ve Ortaöğretim atematik Öğretmenliği 4. sınıfından (OÖ IV) 3 öğrenci olmak üzere toplam 99 öğretmen adayı katılmıştır. Veri toplandığı sırada bu üç grupta bulunan tüm öğrenciler temel fizik dersini almış durumdaydılar. Öğrencilerden cevaplarını anket formu üzerinde belirtmeleri istenmiş ve ayrıca bir cevap kağıdı kullanılmamıştır. Testin uygulanması genellikle -5 dakikada tamamlanabilmektedir. Şekillerde temsil edilen durumlar için uygunluk açısından kullanılan ipler, makaralar ve yaylı tartılar (dinamometreler) ağırlıksız kabul edilmiştir. Sorular bir uzman gözüyle incelendiğinde her soruda temsil edilen durumun aslında tek bir aynı duruma denk düştüğü görülecektir.
Ad Soyad: Sınıf: No: Dinamometreler hangi değerleri gösterecektir, niçin? Bu sorularda ideal şartların sağlandığını düşünün, yani bütün ipler, dinamometreler ve makaralar ağırlıksız ve yüzeyler arasında sürtünme yok. ) ) 3) 4) 5) 6) Tavan Yer Şekil. Araştırmada kullanılan anket formu. 3. BULGULAR Öğrencilerin altı sorudaki toplam sekiz durum için verdikleri cevapların gruplara göre dağılımı Tablo, ve 3 te sunulmuştur. Buna göre 43 İFÖ I öğrencisinin cevapları 3 değişik kategori
oluşturmaktadır. İÖ III öğrencilerinin cevapları 6, OÖ IV öğrencilerinin cevapları ise kategoriye ayrılmıştır. Sunulan sekiz durum birer puan olarak değerlendirildiğinde elde edilen toplam puanların gruplara göre dağılımı Tablo 4 te sunulmuştur. Bu analizler sonucu ortaya çıkan bulgular şu şekildedir: 3. Genel saptamalar: Öğrencilerin ancak % 4 ü tüm durumları doğru olarak cevaplayabilmişlerdir. Öğrencilerin % 86 sının bir ipte oluşan gerilimi anlamaya yönelik yanlış önkavramları olduğu görülmektedir. Öğrencilerin % 60 ı birden fazla durumu doğru cevaplayamamışlardır. Öğrencilerin % 60 ı, veya 3 durumu doğru cevaplayamamışlardır. Öğrencilerin dörtte biri sadece tek bir durumu doğru cevaplayamamışlardır. Öğrencilerin dörtte biri 4 ve daha fazla durumu doğru cevaplayamamışlardır. 3. Kavramsal zorluk saptamaları: Bir ipteki gerilim ipin iki ucuna etkiyen kuvvetlerin toplamıdır (bkz. soru 3, % ; soru 6, % 8). Bir ipin iki ucuna etkiyen eşit kuvvetler birbirinin etkisini yok eder ve ipte bir gerilim oluşmaz (bkz. soru 3, %3). Rijit duvar veya direkler kendilerine bağlanan bir ipe kuvvet uygulayamazlar (bkz. Soru 4, %0). Bir ucunu bir insanın tuttuğu veya rijit bir yere bağlı bir ipte gerilim oluşmaz (bkz. Soru 5, %6). İki ucuna eşit kütleli cisimler bağlı ve iki sabit makaradan geçen bir ipin düşey kısımlarında cisimlerin ağırlıklarından dolayı ve onlardan birinin ağırlığına eşit bir gerilim kuvveti oluşur; fakat, bu cisimlerin oluşturduğu kuvvet ortadaki yatay kısımda bir birini yok eder (bkz. Soru 6, % 37). İki ucuna eşit kütleli cisimler bağlı ve iki sabit makaradan geçen bir ipin düşey kısımlarında cisimlerin ağırlıklarından dolayı ve onlardan birinin ağırlığına eşit bir gerilim kuvveti oluşur; fakat, bu cisimlerin oluşturduğu kuvvet ortadaki yatay kısımda bir birinin üstüne biner (bkz. Soru 6, % 8). 4. YORU / TARTIŞA Bulgular bir ipte oluşan gerilimin öğrenciler tarafından anlaşılmasında güçlükler olduğunu ortaya koymaktadır. Çoğu zaman basit bir husus olarak düşünülebilecek bu konu da bile öğrencilerin çok çeşitli görüşler ortaya koymaları konunun önemine ve üzerine daha ayrıntılı eğilinmesi gerektiğine işaret etmektedir. 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Bu çalışmada bir ipte oluşan gerilim hakkında öğretmen adaylarının güçlü bazı kavramsal anlama zorluklarına ship oldukları saptanmıştır. Bu zorlukların üstesinden gelinebilmesi için ilk akla gelen şey çok yaygın olarak kullanılan bu kavramın eğitim öğretimin ilk yıllarından itibaren sistematik bir şekilde ele alınması ve kavramsal zorlukları ortaya çıkarıp yenmeye yönelik bir programın uygulanmasıdır. Camp ve Clement (994) öğrencilerin ön kavramları ile başa çıkmada kullanılabilecek ders işleme yöntemleri geliştirmişlerdir. Benzeşim silsileleri (bridging analogies) yöntemini bir çok konuya uygulamışlardır. Bu araştırmacıların bir ipte oluşan gerilimin öğrenilmesine yönelik tespit ettikleri hedef öğrenci kazanımları şunlardır:. Öğrenci, ipler ve yaylar arasındaki benzerlikleri görebilmelidir.. Öğrenci, bir ip boyunca her noktada gerilme kuvvetinin aynı olduğunu anlamalıdır. 3. Öğrenci, gerilmiş tek bir ip veya yay üzerine etkiyen kuvvetlerin bir zihinsel modelini oluşturabilmelidir. 4. Öğrenci bir ipteki gerilim kavramını kelime ve çizimler kullanarak tanımlayabilmelidir. 5. Öğrenci, bir dinamometrenin sadece göze hoş görünen bir kutu içine yerleştirilmiş simeterik bir yaydan ibaret olduğunu anlayabilmelidir. 6. Öğrenci, bir makaranın bir ipteki gerilim tarafından oluşturulan kuvvetin büyüklüğünü değil sadece yönünü değiştiren bir araç olduğunu anlayabilmelidir.
Öğrencilerin öğrenme sürecinde kendilerini baş sorumlu sayan ve aktif öğrenmeyi teşvik eden yöntemlerle, kendilerinin gerek tekbaşına gerekse sınıf arkadaşları ile gruplar halinde bizzat deneyerek bilgi yapılandırdıkları öğrenme ortamlarının bu ve benzeri konularda çok daha anamlı ve öğrenilenleri ise uzun vadelikılacağı düşünülmektedir. Öğretmen adayları ile her seviyede fizik eğitimini yürüten eğitimciler bu tür önkavramların varlığından ve bunlarla etkin başa çıkma yollarından haberdar edilmelidirler. İşte bu çalışma böyle bir çabanın ürünü olarak gerçekleştirilmiştir. 6. KAYNAKLAR Camp, C. & Clement, J. (994). Preconceptions in echanics: Lessons dealing with students conceptual difficulties. Dubuque, IO: Kendal/Hunt. Taşar,. F., Van eter, P. N. (999, Ağustos). An Investigation of One Student s Learning Process in Simple achines. American Association of Physics Teachers Yaz Toplantısı nda sunulmuş bildiri, San Antonio, TX. Tablo. İFÖ I grubundaki öğrencilerin cevaplarının kategorilere ayrımı. Puan Soru/Durum Öğr. 3 4 5 6/ 6/ 6/3 sayısı Toplam 8 9 9 7 7 7 0 5 3 7 0 6 0 0 3 6 0 6 7 6 0 6 T+ 5 / / 5 / 5 0? 0 5 0 0 7 5 0 T- 0 5 yerin çekişi insanın çekişi 5 0 T- F- 4 0 / /3 0 4 0 < < 0 3 4 3 0 F- 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 G- G- G- G-T G-T G-T 0 G-T T T T
Tablo. İÖ III grubundaki öğrencilerin cevaplarının kategorilere ayrımı. Soru/ Durum 6 7 5 5 3 0 3 / 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 / 5 0 insan- 0 0 0 / 6/ 0 0 0 0 6/ 0? 0 0 0 0? 0 0 0 0 6/3 0 0 0 0 Puan 8 7 7 6 6 6 6 5 4 4 4 4 4 3 3 Tablo 3. OÖ IV grubundaki öğrencilerin cevaplarının kategorilere ayrımı. Puan Soru/Durum Öğr. 3 4 5 6/ 6/ 6/3 sayısı Toplam 8 3 3 7 0 3 7 7? 6 7? 6 0 0 6 0 6 0 0 5 6 0 0 5 0 0 0 5 0 < 5 0 0 0 7 5 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 0 4 4 3 0 0 0 0 0 3 -T -T /3 /3 /3 4 3 / 0 K-??? / 0 -K 0 0 0 -T - 0 -T -T -T 0 -T T Tablo 4. Sunulan sekiz durum birer puan olarak değerlendirildiğinde elde edilen toplam puanların gruplara göre dağılımı. Puan 8 7 6 5 4 3 0 Toplam İFÖ I 9 3 7 7 3 0 43 İÖ III 6 7 5 0 0 4 OÖ IV 3 6 5 7 4 4 0 3 Toplam 4 5 9 5 8 4 0 99