LİSE ÖĞRENCİLERİNİN ELEKTROKİMYA KONUSUNDAKİ KAVRAMLARI ANLAMALARINDA KAVRAMSAL DEĞİŞİM YAKLAŞIMINA DAYALI GÖSTERİ YÖNTEMİNİN ETKİSİ Ebru GEDİK 1, Hamide ERTEPINAR 2, Ömer GEBAN 1 1 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, OFMA Bölümü, ANKARA 2 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü, ANKARA ÖZET Bu çalışmanın amacı kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yönteminin kullanımının lise üçüncü sınıf öğrencilerinin elektrokimya konusundaki kavramlarla ilgili başarılarına ve kimya dersine olan tutumlarına etkisini geleneksel kimya öğretim yöntemi ile karşılaştırmaktır. Çalışma, 46 lise üçüncü sınıf öğrencilerinin katılımıyla gerçekleştirilmiştir. Araştırmada Elektrokimya Kavram Testi, öğrencilerin elektrokimya konusundaki başarılarının, Kimya Dersi Tutum Ölçeği ise öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarının ölçülmesinde kullanılmıştır. Bilimsel İşlem Beceri Testi ile de öğrencilerin bilimsel işlem becerileri ölçülmüştür. Analiz sonuçları, kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin elektrokimya kavramları ile ilgili başarılarının, geleneksel kimya anlatımı öğretilen öğrencilere göre daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarının geleneksel kimya öğretiminden faydalanan gruba göre daha pozitif olduğu gözlenmiştir. Bilimsel işlem becerisi ise öğrencilerin elektrokimya ile ilgili başarıları için güçlü bir belirleyicidir. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Deneye Dayalı Kavramsal Değişim Yaklaşımı, Geleneksel Kimya Anlatımı, Kavram Yanılgısı, Gösteri Yöntemi. 1.GİRİŞ Son yıllarda öğrencilerin bilişsel gelişimlerinin öğrenme üzerindeki etkilerini inceleyen pek çok araştırma yapılmıştır. Araştırmalarda kişilerin varolan bilişsel yapılarının yeni olayları algılamalarına etki ettiğini göstermektedir [1]. Yeni kavramlar varolan bilgilerle çelişmeden ilişkilendirebiliyorsa özümsenir; çelişiyorsa, özümsenmez, bilimsel gerçeklere aykırı kavramlar gelişebilir. Bu yanlış kavramlar bilim adamlarınca kavram yanılgısı olarak isimlendirilir [2][3] [4]. Kimya alanındaki kavram yanılgılarının önemli bir bölümü elektrokimya konuları ile ilgilidir. Öğrencilerin ve öğretmenlerin elektrokimya konusuna bakışlarıyla ilgili pek çok araştırma yapılmıştır. Bu konuya ilginin temel sebebi öğrenci ve öğretmenlerin bu konuyu zor olarak nitelendirmeleridir. Yapılan araştırmalar öğrenci ve öğretmenlerin bu konuda güçlüklerle karşılaştıklarını doğrulamaktadır. Allsop ve George (1982) [5] öğrencilerin elektrokimyasal piller konusundaki kavram yanılgılarını araştırmış ve bu kavram yanılgılarını rapor etmiştir. Yaptıkları araştırmada öğrencilerin kimyasal reaksiyonları tahmin ederken standart indirgenme potansiyellerini kullanmada problemleri olduğunu tespit etmişlerdir. Garnett ve Treagust (1992 a, 1992b) [6] [7] yükseltgenme tepkimeleri galvani ve elektrolitik piller konularında öğrencilerin kavram yanılgılarını tespit etmişlerdir. Sanger ve Greenbowe (1997a, 1997b) [8] [9] elektrolitik piller ve tuz köprüsünün işlevi konularında öğrencilerin kavram yanılgılarını ortaya çıkarmışlardır. Öğrencilerin konuyla ilgili kavram yanılgılarından bazıları şunlardır: 1)Bütün kimyasal denklemlerde, yükseltgenme oksijen eklenmesi, indirgenme oksijen ayrılması olarak tanımlanır. 2)Elektrokimyasal pillerde elektron katottan çözeltiye girer, çözelti içinden tuz köprüsüne oradan da anot tarafına geçerek akımı tamamlar. 3)Proton metalik iletken içersinden akmaktadır. 4)Akım pozitif yüklerin (proton) akışıdır. 5)Elektrokimyasal pillerde anot ve katot bölümleri fiziksel yerlerine göre tespit edilir. Anot daima sağ, katot da daima sol taraftadır. Eğitim sistemimizde temel amaç, öğrencilere mevcut bilgileri aktarmaktan çok bilgiye ulaşma becerilerini kazandırmak olmalıdır. Ezberden çok, karşılaşılan yeni durumlarla ilgili problemleri çözebilme becerilerini kazandırılmalıdır. Öğrencilere gereken bilgi birikiminin aktarılması yanında belki de daha çok öğrencileri her şeyi bilen bireyler olarak değil, bilgiye ulaşma becerisine sahip, bilgi üreten bireyler olarak yetiştirilmelidir. Bunun için öğrencilerin yeni bilgiyi önceki deneyimleriyle ilişkili olarak keşfedebilecekleri uygun öğrenme yöntemleri uygulanmalıdır. Öğretmenler, öğrencilerin bilim yapma süresince eşlik etmeli, onların bilgilerini nasıl oluşturduklarını anlamaya çalışmalı, yeri
geldiğinde etkili sorular sorarak öğrencilerin öğrenme sürecini yönlendirmeli ve kolaylaştırmalı, gerektiğinde öğrencileri doğru kaynaklara yönlendirmelidir. Bu çalışmada kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yönteminin elektrokimya konusundaki kavramlarla ilgili başarıları ve kimya dersine olan tutumları incelenmiştir. 2. YÖNTEM 2.1. Örneklem: Bu çalışma, ODTÜ Geliştirme Vakfı Özel Lisesinden aynı öğretmenin iki ayrı sınıftaki 46 lise üçüncü sınıf öğrencilerinin katılımıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışma 2000-2001 yılı sonbahar döneminde yapılmıştır. İki sınıftan biri rasgele deney grubu olarak seçilmiş ve bu sınıfta elektrokimya konusu öğretilirken kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi uygulanmıştır. Diğer sınıfta ise konu öğrencilere geleneksel yöntemle anlatılmıştır. 2.2. Veri Toplama Aracı 2.2.1. Elektrokimya Kavram Testi: Kimya öğretmenleriyle yapılan görüşmeler ve literatür taraması sonucu elde edilen bulgular kullanılarak Elektrokimya Kavram Testi geliştirilmiştir. Geliştirilen testin geçerliliği kimya eğitim, kimya ve ölçme değerlendirme alanındaki uzmanlar tarafından incelenmiştir. Teste her biri 5 seçenekli 20 soru yer almıştır. Testin alfa güvenirlilik katsayısı 0.68 olarak bulunmuştur. Teste yer alan bir soru Tablo 1 de örnek olarak verilmiştir. Tablo1. Elektrokimya Kavram Testinde Yer Alan Örnek Soru Elektrokimya Konu Testi Soru 3 : Aşağıdaki verilen tepkimelerden hangileri redoks tepkimesidir? I. 2HI + Cl 2 2HCl + I 2 II. CaCO 3 CaO + CO 2 III. 2Ag + 2H 2 SO 4 Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O IV. NaCl + AgNO 3 NaNO 3 + AgCl a) II-IV b) I- III c) II - III d) I- IV e) II- III- IV 2.2.2. Kimya Tutum Ölçeği: Öğrencilerin kimya dersine karşı tutumlarını ölçmek için Geban Ve diğerleri (1994) [10] tarafından geliştirilen 15 maddeli Likert tipi ölçek kullanılmıştır. Ölçeğin alfa güvenirlilik katsayısı 0.83 olarak bulunmuştur. 2.2.3. Bilimsel İşlem Beceri Testi: Okey ve diğerleri ( 1982 ) [11] tarafından geliştirilen Bilimsel İşlem Beceri Testi öğrencilerin bilimsel işlem becerilerine ölçmek için geliştirilmiştir. Geban ve diğerleri ( 1991) [12] tarafından Türkçe ye çevrilen test her biri 4 seçenekli 36 soru içermektedir. 2.3 Uygulama Bu çalışmada,iki sınıftan biri rasgele deney grubu olarak seçilmiş ve bu sınıfta elektrokimya konusu öğretilirken kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi uygulanmıştır. Diğer sınıfta ise konu öğrencilere geleneksel yöntemle anlatılmıştır. Kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi hazırlanırken öğrencilerin elektrokimya konusundaki kavram yanılgıları dikkate alınmış ve öğrencilerin konuyla ilgili kavram yanılgılarının azaltılması hatta yok edilmesi hedeflenmiştir. Araştırma süresince, kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan grupta öğrenciler ve öğretmen arasında iletişim kurulmuştur. Konuyla ilgili gösterileri yaparken öğretmen deneyler ve konu hakkında sorular sorarak öğrencilerin konuyla ilgili bilimsel gerçekleri kendilerinin bulmalarına imkan tanımıştır. Deney sonuçları ve konuyla ilgili yapılan sonuçlar öğrencilerle tartışılmıştır. Bu ortamda tartışma ortamı yaratılmıştır. Öğretmen yanıtlardan ve yorumlardan öğrencilerin kavram yanılgılarına sahip olup olmadığını gözlemlemiş eğer varsa bu kavram yanılgılarını giderecek açıklamalar yapmış ve gösteriler sunmuştur. Tablo 2. de kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan sınıftaki uygulamadan bir kesit yer almaktadır.
Tablo 2. de kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan sınıftaki uygulamadan kesit. Öğretmen elektrokimyasal pillerde anot ve katot ifadelerini anlatırken aşağıda görülen deney düzeneğini hazırlamış, öğrencilerden bu düzeneği defterlerine çizmelerini istemiştir. Cu electrot Tuz köprüsü KNO 3 Zn electrot 1M CuSO 4 çözeltisi 1M ZnSO 4 çözeltisi Öğrencilerden devreyi kapatmadan önce ve sonra meydana gelen değişiklikleri gözlemlemelerini ve bunları belirtmelerini istemiştir. Öğrenciler devre kapatıldıktan sonra kimyasal bir reaksiyon gerçekleştiğini bunun sonucu olara da lambanın yandığı sonucuna varmışlardır. Öğretmen standart indirgenme potansiyellerini kullanarak gerçekleşecek indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerini defterlerine yazmalarını istemiştir. Öğrencilerin yanıtları tartışılmış, tepkimeleri yanlış yazan öğrencilerin kavram yanılgıları olup olmadığı gözlemlenmiştir. ; varsa bu yanılgıları giderecek açıklamalar yapılmıştır. Standart indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri yazıldıktan sonra öğretmen öğrencilerden pildeki anot ve katot bölümlerini istemiş ve cevaplarını sebepleriyle birlikte defterlerine yazmalarını istemiştir. Öğretmen öğrencilerin yanıtlarını kendi aralarında tartışmalarına fırsat tanımıştır. Daha önce yapılan araştırmalarda öğrencilerin anot ve katot belirlemede kavram yanılgıları olduğu bilinmektedir (elektrokimyasal pillerde anot ve katot bölümleri fiziksel yerlerine göre tespit edilir. Anot daima sağ, katot da daima sol taraftadır). Böyle bir kavram yanılgısının öğrencilerde oluşmaması için öğretmen ikinci bir gösteri yapmıştır. Deney düzeneğini ters çevirmiş ve düzeneğin bu halini de defterlerine çizip gözlemlemelerini istemiştir. Öğrenciler standart indirgenme potansiyellerini kullanarak yeni düzenekte gerçekleşen yükseltgenme ve indirgenme tepkimelerini de defterlerine yazmışlardır. Her iki düzenekteki tepkimelerinin aynı olduğunu gözlemlemişlerdir. Sınıf içi yapılan tartışmalarda öğrenciler anot ve katodun pilin fiziksel konumuna bağlı olmadığı; yarı pil tepkimelerinin gerçekleştiği bölümlere bağlı olduğu sonucuna varmışlardır. 2.4. Verilerin Analizi Bu çalışmanın hipotezlerini test etmek için t-testi ve Ortak Değişkenli Varyans Analizi kullanılmıştır. Analiz sonuçları, kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin elektrokimya kavramları ile ilgili başarılarının, geleneksel kimya anlatımı öğretilen öğrencilere göre daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarının geleneksel kimya öğretiminden faydalanan gruba göre daha pozitif olduğu gözlenmiştir. Bilimsel işlem becerisi ise öğrencilerin elektrokimya ile ilgili başarıları için güçlü bir belirleyicidir. 3. BULGULAR Uygulamanın başında her iki gruba elektrokimya konu testi uygulanmış ve iki grubun ön test sonuçlarında herhangi bir fark gözlenmemiştir. İki farklı öğretim yönteminin öğrenci başarılarındaki etkisini karşılaştırmak için ortak değişkenli varyans analizi kullanılmıştır. Bu analiz yapılırken öğrencilerin bilimsel işlem becerileri ortak değişken olarak alınmıştır. Analiz sonuçları tablo 3 te verilmiştir.
Tablo 3. Ortak Değişkenli Varyans Analiz Sonuçları: kaynak DF SS MS F P Ortak Değişkenli Varyans 1 110.674 110.674 13.510 0.001 Öğretim yöntemi 1 57.192 57.192 6.982 0.011 hata 43 352.250 8.192 Uygulama sonunda yapılan teste ise kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan gruptaki öğrencilerle, geleneksel kimya anlatımı kullanılan gruptaki öğrenciler arasında belirgin bir fark görülmüştür. Tablo3 te görüldüğü gibi, bulduğumuz istatistiklerin manidarlık derecesi 0.05 ten küçük olduğu tespit edilmiştir. (p= 0.11, p= 0.001)Analiz sonuçları kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin elektrokimya kavramları ile ilgili başarılarının geleneksel kimya anlatımı öğretilen öğrencilere göre daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca bilimsel işlem becerisi ise öğrencilerin elektrokimya ile ilgili başarıları için güçlü bir belirleyici olduğu tespit edilmiştir. Kimya tutum Ölçeği de çalışmadan önce ve sonra uygulanmıştır. İki farklı öğretim yönteminin öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarını karşılaştırmak için t-testi kullanılmıştır. Çalışma öncesinde her iki grup arasında bir fark gözlenmezken, çalışma sonunda uygulanan kimya tutum ölçeği sonuçlarında her iki grup arasında belirgin bir fark görülmüştür. Analiz sonuçları tablo 4 te verilmiştir. Tablo 4. Kimya Tutum Ölçeği Sonuçları: Grup n X S df t-value p kgygm gkö 24 59.43 5.661 44 2.11 0.038 22 53.77 5.871 Tablo 4 te görüldüğü gibi bulduğumuz istatistiğin mandarlık derecesi 0.05 ten küçük olduğu görülmüş ( p= 0.038), kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarının geleneksel kimya anlatımı öğretilen öğrencilere göre daha pozitif olduğu gözlenmiştir. 4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışma kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yönteminin öğrencileri elektrokimya konusundaki kavramlarla ilgili başarılarına ve kimya dersine olan tutumlarına etkisini araştırmak amacıyla düzenlenmiştir. Araştırma sonucunda kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin elektrokimya kavramları ile ilgili başarılarının, geleneksel kimya anlatımı öğretilen öğrencilere göre daha yüksek olduğunu gözlemlenmiştir. kavramsal değişim yaklaşımına
dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin kimya dersine olan tutumlarının ve başarılarının arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca bilimsel işlem becerisinin öğrencilerin elektrokimya ile ilgili başarıları için güçlü bir belirleyici olduğu tespit edilmiştir. Öğrencilerde var olabilecek kavram yanılgılarıyla başa çıkabilmenin ilk yolu kavram yanılgılarının farkında olmaktır. Öğretmenler öğrencilerin önceki konularla ilgili bilgilerinin ve bu konudaki olabilecek kavram yanılgılarının bilincinde olmalıdır. Ders konuları ve içerikleri hazırlanırken öğrencilerin kavram yanılgılarını giderecek uygun öğretim yöntemleri geliştirilmelidir. Kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi uygulanan grupta, öğrencilere olabilecek kavram yanılgıları hissettirilmiş, sorular ve gösterilerle bunlar ortaya çıkarılmıştır. Sunulan gösteriler ve tartışmalarla öğrencilerin bilimsel gerçekleri fark etmelerine ve konuyla ilgili ön bilgileriyle bunları birleştirmelerine imkan tanınmıştır. Öğrenciler bilimsel gerçekleri gözlemleyerek ve tartışarak keşfetmişlerdir. Bu bakımdan kavramsal değişim yaklaşımına dayalı gösteri yöntemi kullanılan öğrencilerin kavram yanılgılarını azaltma yada önlemede etkili olmuştur. Sonuçlar her ne kadar olumlu olsa da daha güvenilir bir genelleme yapabilmek için benzer bir çalışmanın farklı okulları kapsayan daha geniş bir öğrenci grubu, farklı yaş grupları ve farklı konular üzerinde uygulanması önerilmektedir. 5. KAYNAKÇA 1. UMPERG ( The University of Massachusetts Physics Education Research Group ) (2002) A Constructivist View of Science Education, <http://umperg.physics.umass.edu/perspective/constructivism> 2. Driver, R., & Easy, J. Pupils and paradigms: A review of literature related to concept development in adolescent science students. Studies in Science Education, 5,61-84, (1978). 3. Gilbert, J.K., Osborne, R,J., &Fensham, P.j. Children s science and its consequences for teaching. Science Education, 66,623-633, (1982). 4. Cho, H., Kahle, J.b., & Nordland, F.H. An investigation of high school biology textbooks as sources of misconceptions and difficulties in genetics and some suggestions for teaching genetics. Science Education, 69, 707-719, (1985). 5. Allsop, R. T., and George, N. H. (1982). Redox in nuffield advanced chemistry. Education in Chemistry, 19, 57-5. 6. Garnett, P. J., and Treagust, D. F. (1992a). Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: electrochemical (galvanic) and electrolytic cells. Journal of Research in Science Teaching, 29, 1079-99. 7. Garnett, P. J., and Treagust, D. F. (1992b). Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: Electric circuits and oxidation-reduction equations. Journal of Research in Science Teaching, 29, 121-42. 8. Sanger, M. J., and Greenbowe, T. J. (1997a). Common student misconception in electrochemistry: Galvanic, electrolytic, and concentration cells. Journal of Research in Science Teaching, 34, 377-98. 9. Sanger, M. J., and Greenbowe, T. J. (1997b). Common student misconception in electrochemistry: current flow in electrolyte solutions and the salt bridge. Journal of Research in Science Teaching, 30, 111-126. 10. Geban, Ö., Ertepınar H., Yılmaz, G., Altın, a., and Şahbaz, F. (1994). Bilgisayar destekli eğitimin öğrencilerin fen başarılarına ve fen bilgisi ilgilerine etkisi. I. Ulusal Fen Bilimleri Eğitimi Sempozyumu: Bildiri Özetleri Kitabı, ss: 1-2, 9 Eylül Üniversitesi, İzmir. 11. Okey, J. R., Wise, K. C., and Burns, J. C. (1982). Integrated Process Skill Test-2. (Available from Dr. James R. Okey, Depertmant of Science Education, University of Georgia, Athens, GA 30362). 12. Geban, Ö., Aşkar, P., and Özkan, İ. (1991). Effects of computer simulations and problem solving approaches on high school students. Journal of Educational Research, 86(1), 5-10.