kimyanın doğası ve öğretimi
advertisement
KİMYANIN DOĞASI VE ÖĞRETİMİ Samih BAYRAKÇEKEN Nurtaç CANPOLAT Suat ÇELİK Atatürk Üniversitesi Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi Kimya Eğitimi Anabilim Dalı Sunum İçeriği Giriş Kimyanın Tarihsel Gelişimi Kimya Felsefesi Kimyanın Kapsamı Kimya İmajı Kimyada Açıklama Sonuç 2 Giriş “Kimyanın doğası” ile genellikle kimyanın kökeninde yer alan değer ve inançlar, bilgi üretim süreçleri, gelişimi ve bu bilgilerin niteliği kastedilmektedir. Kimya bilgilerinin üretiminde gözlem yapma, hipotez kurma ve sonuç çıkarma gibi etkinliklerin kimyacının sahip olduğu anlayışlardan etkilenip etkilenmemesi kimyanın doğası ile ilgilidir. Kimyanın doğasına yönelik bilgiler önemli ölçüde kimyanın tarihine ve felsefesine dayandırılmaktadır. 3 Kimyanın Tarihsel Gelişimi Kimya sözcüğünün, kimyanın modern bir bilim haline gelmeden önceki haline karşılık gelen simya ile aynı kökenli olduğu düşünülmektedir. Simya sözcüğünün Arapça “Alkimia” sözcüğünden türediği sanılmaktadır. “Al” Arapçada belirli artikel, “Kimia” ise Eski Mısır dilinde “Chem” (kara toprak) ya da Yunanca “Chyma” (metal eritme) sözcüklerinden geldiği yönündeki görüşler ön plana çıkmaktadır. Cabir İbni Hayyan 720-813 4 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Öncesi Dönem Kimya olarak nitelendirilebilecek uğraşın köklerinin, metallerin üretilmeye başlandığı, tunç çağı adı da verilen yaklaşık M.Ö. 3000 yıllarına kadar götürülmesi mümkündür. Bu süreç simyanın başlangıcına kadar olan dönem olarak da nitelendirilebilir. Bu dönemde yapılan işlem ve üretimlerin kuramsal bir alt yapısı bulunmayıp tamamen deneme-yanılmaya dayalıdır. 5 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Öncesi Dönem Ancak M.Ö. 4. yüzyıl civarında düşünürler doğayı anlama ve açıklama çabasıyla çeşitli spekülasyonlar ortaya atmışlardır. Örneğin bu dönem düşünürlerinden Aristotales (M.Ö. 384-322) tarafından ortaya atılan bir kurama göre doğada; toprak, hava, su ve ateş olmak üzere dört temel element bulunmaktadır. 6 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Öncesi Dönem Ayrıca Aristotales’ten de önce Demokritos ( ̴M.Ö. 470–380) maddenin atom adını verdiği daha küçük parçalara bölünemeyen taneciklerden oluştuğu fikrini ortaya attı. Ancak Aristotales tarafından desteklenmeyen bu görüş, Dalton’un (1766–1844) atom kuramına kadar geçen yaklaşık 2000 yıl süre boyunca kabul görmemiştir. 7 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Öncesi Dönem M.Ö. 4.yüzyıla kadar yapılan çalışmalar daha çok deneme-yanılma ağırlıklı olduğu daha sonraki çalışmaların ise daha çok olgusallıktan yoksun spekülasyonlara dayalı türden olduğu söylenebilir. Bir uğraşın bilimsel olarak nitelendirilebilmesi olgu ve mantık boyutlarını içermesini gerektirir. 8 Kimyanın Tarihsel Gelişimi Bilim tarihçisi Hermann Kopp, simyanın başlangıcından modern kimyanın başlangıcına kadar olan süreci aşağıdaki şekilde dönemlere ayırmaktadır: Simya çağı (M.S. 300-1600) Tıbbi kimya çağı (1600-1700) Filojiston kimyası çağı (1700-1800) Nicel kimya çağı (1800 yılı sonrası) 9 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Çağı Simya bugünkü anlamda bir bilim olmaktan ziyade bir sanat olarak nitelendirilebilir. Simyaya kimyanın bilim öncesi hali olarak da bakılabilir. Simya; astronomi, astroloji, mitoloji, din, sihir vb. birçok alanla ilişkili olup çeşitli pratik laboratuvar uygulamalarından gizemciliğe varan geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. 10 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Çağı Simya çağında, simyacıları araştırma yapmaya motive eden iki önemli hedefleri bulunmaktaydı: • Kurşun ve çinko gibi metalleri değerli bir metal olan altına dönüştürerek zengin olmak • Ölümsüzlük sağlayacak hayat iksirini bulmaktır 11 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Simya Çağı Simyacıların çalışmaları sonucunda daha sonra kimyacıların da kullandıkları; • fırınlar • damıtma düzenekleri • su banyosu gibi pek çok araç gereç ve • damıtma • süzme • süblimleştirme • kristallendirme gibi laboratuvar teknikleri geliştirilmiş ve bugün element ve bileşik olarak bilinen çeşitli kimyasal maddeler keşfedilmiştir. Ünlü Simyacı Panopolisli Zosimos (Yaklaşık 300) 12 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Tıbbi Kimya Çağı Tıbbi kimya çağı olarak nitelendirilen dönemde simyacılık anlayışının etkileri devam etmekle birlikte kimyacıların çalışmaları daha çok hastalıkların tedavisine yönelik ilaç hazırlama üzerine yoğunlaşmıştır. Ebubekir El-Razi 13 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Kimya biliminin gelişimi üzerine kimilerine göre engelleyici kimilerine göre ise katkı sağlayıcı etkisinin olduğu düşünülen yanma kuramı yaklaşık yüz yıl boyunca kabul görmüştür. Bu kuram ilk olarak alman simyacı Becher (1635-1682) tarafından ortaya atılmış ve daha sonra öğrencisi Stahl (1660-1734) tarafından geliştirilip filojiston (ateş ruhu veya ateş maddesi) kuramı olarak adlandırılmıştır. George Ernst Stahl 1660-1734 14 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Stahl hocasının kuramının yaygın kabul görmesini sağlamış ve zamanında büyük ün kazanarak kimilerine göre bütün kimyacı ve fizikçilerin en büyüğü unvanını almıştır. Ünlü filozof Kant bile kuramı çok önemseyerek Galile’nin düşme kuramı ile eşdeğer görmüştür. 15 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Filojiston kuramına göre, her yanıcı madde; biri yanıcı olmayan sabit bir madde (kül, kireç ya da toprak) öteki yanıcı bir ilke olan filojistondan oluşmaktadır. Kurama göre bir cismin yanabilirliği ne kadar fazla ise içerdiği filojistonu o kadar fazladır. Madde yandığında filojiston kısmı maddeden ayrılmaktadır. Bu açıklama akla uygun olup ilk bakışta tüm yanma olaylarına uygulanabiliyordu. 16 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Ancak metallerin yanması sonucunda geriye kalan kalkın (metal oksit) kütlesinin metalin yanmadan önceki kütlesinden fazla olması durumu biliniyordu ve bu durum kükürt ve kömür gibi maddelerin yanmasından farklı olup, anlaşılması güçtü. Yanan metalden filojiston denen bir madde ayrıldığı halde kütlesinin artmış olması nasıl açıklanabilirdi? 17 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Filojiston kuramını benimseyen kimyacılara göre; filojiston serbest kaldığında diğer maddeler gibi yer merkezine doğru değil gökyüzüne doğru yükselir. Bu nedenle göksel bir nitelikte olan filojiston negatif kütlelidir. Maddi bir varlığın negatif kütleli olması fikri insan deneyimine aykırı olup saçma bir fikirdi. 18 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Ayrıca havasız ve/veya kapalı ortamlarda yanmanın olmadığı gözlendiğinde filojiston kuramına göre havanın rolü açıklanamamıştır. Kapalı ortamlarda yanmanın gerçekleşememesi durumu ise filojistonun kaçmasının engellenmiş olması ile açıklanmaktadır. Bu örnekler, kuramın bir kısım olgulara mantıklı açıklamalar getirmekte yetersiz kaldığını göstermektedir. Bu nedenle krize giren kuram sorgulanmaya başlandı ve yeni arayışlara girişildi. 19 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Yanlış da olsa yanma olayını açıklamak üzere ortaya atılan filojiston kuramının kimyanın gelişmesine birçok yönden katkı yaptığı söylenebilir. Öncelikle bu kuram olguların açıklanmasına yönelik kuramsal yapıların geliştirilmesine önemli ilk örneklerden biri olması açısından değerlidir. 20 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Filojiston Çağı Bilimsel kuramların birbiriyle ilişkisiz gibi görünen birçok olguyu ilişkilendirme ve açıklama özelliği filojiston kuramında da belirli ölçüde görülmektedir. Örneğin birbirleri ile ilişkisiz gibi görünen yanma, oksidasyon ve solunum gibi olayların gerçekte ilişkili olup ortak yönlerinin bulunduğu bu teori ile ortaya konmuştur. 21 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Nicel Kimya Çağı Başta Lavoisier (1743-1794) olmak üzere bir çok bilim insanının hava, gazlar ve yanma olayı ile ilgili olarak yaptıkları sistemli deneysel çalışmalar, dört element ve filojiston teorilerinin önemli ölçüde sorgulanmasına yol açmıştır. 22 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Nicel Kimya Çağı Özellikle 18. yüz yılın sonlarına doğru; • Deneylerin sistematik bir şekilde yapılması • Terazinin yaygın olarak kullanılması • Deneylerde kullanılan maddeler arasında nicel ilişkilerin kurulması • Teorilerin doğrudan deney sonuçları ile ilişkilendirilip test edilmesi nicel kimya çağının ya da başka bir ifadeyle modern kimyanın başlangıcı olarak düşünülebilir. 23 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Nicel Kimya Çağı Stahl’ın filojiston teorisinden Lavoisier’in oksijen teorisine geçiş Thagard tarafından bilim tarihinde en çok bilinen ve evrensel olarak bilimsel devrim şeklinde nitelendirilen yedi önemli kavramsal değişim arasında gösterilmektedir. Sözü edilen yedi değişim arasında; Newton fiziğinden Einstein’in görelilik teorisine ve Batlamyus’un (Ptolemy) yer merkezli teorisinden Kopernik’in (Copernicus) güneş merkezli anlayışına geçişler de sayılmaktadır. 24 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Nicel Kimya Çağı Thomas Kuhn, bilimdeki gelişmelerin her zaman birikimsel olarak ilerlemeyip bazen önemli devrimsel gelişmelerin olduğu tezini ileri sürmektedir. Kuhn’a göre bilimsel etkinlikler iki dönemli bir süreç sergilemektedir. Bu dönemler normal bilim, olağanüstü bilim olarak adlandırılmaktadır. Geleneksel anlayışta bilimdeki değişmelerin devrimsel olmayıp evrimsel olduğu ve bilim insanlarının çalışmalarının süreklilik gösterdiği kabul edilmekteydi. Thomas Samuel Kuhn (1922 – 1996) 25 Kimyanın Tarihsel Gelişimi: Nicel Kimya Çağı Kuhn’un bilimsel gelişim teorisine göre, normal bilim döneminde bilim insanları belli bir paradigma çerçevesinde araştırmalarını yürütürler. Ancak mevcut paradigma ile açıklanamayan durumlar ortaya çıkınca kriz dönemine girilir ve yeni bir paradigmaya ihtiyaç duyulur. Yanma olayı ile ilgili olarak filojiston teorisinden oksijen teorisine geçiş böyle bir paradigma değişimi sonucu olup olağan üstü bilim örneği olarak nitelendirilmektedir. 26 Kimya Felsefesi Kimya felsefesi olarak nitelendirilebilecek çalışmalarda ana temalar olarak; İndirgeme (kimyanın fiziğe indirgenmesi tartışması), Kimyada açıklama, Kimyanın yasaları, Teorileri ve modelleri, Asimetrik ilişki, ele alınmaktadır. 27 Kimya Felsefesi Kimya tarihi alanında çok sayıda çalışma olduğu halde kimya felsefesi alanında çalışmaların sayısı oldukça azdır. Kimyanın doğasının anlaşılabilmesi için kimyanın felsefesine yönelik daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır. 28 Kimya Felsefesi Kimya felsefesine yönelik çalışmaların 1990’lı yıllarda başladığı söylenebilir. Kimya felsefesine yönelik uluslararası ilk kongre 1994 yılında Londra’da düzenlenmiştir. Daha sonraki yıllarda konu ile ilgili olarak bazı dergi ve kitaplara rastlanmaktadır. 29 Kimya Felsefesi Doğrudan kimya felsefesi ile ilgili olarak iki adet dergi bulunmaktadır: Foundations of Chemistry HYLE--International Journal for Philosophy of Chemistry (on-line) 30 Kimya Felsefesi Ayrıca kimya felsefesi ile ilgili yaygın bilinen beş adet kitap bulunmaktadır: Philosophy of chemistry: between the manifest and the scientific image (2000) Of minds and molecules: new philosophical perspectives on chemistry (2000) 31 Kimya Felsefesi Collected papers on philosophy of chemistry (2008) Chemistry: the impure science (2008) Philosophy of chemistry: synthesis of a new discipline(2006) 32 Kimyanın Kapsamı Kimyanın doğasının anlaşılması açısından aşağıdaki sorular üzerinde düşünülmesini önemli görmekteyiz: Kimya nedir? Kimya için üzerinde uzlaşılmış bir tanım var mıdır? Kimyayı kimya kılan unsurlar nelerdir? Kimya uğraşının tanımlanmış sınırları var mıdır? Hangi konular kimya alanına girer? Kimyacıların üzerinde çalıştığı her konu kimya olarak nitelendirilebilir mi? Kimlere kimyacı denir? 33 Kimyanın Kapsamı Kimya ile ilgili çeşitli tanımlar yapılabilmektedir. Bunlar arasında en fazla ilgi gören tanım, Pauling tarafından yapılan kimya tanımıdır. Ünlü kimyacı Linus Pauling kimyayı maddelerin bilimi olarak nitelendirmekte olup “maddelerin yapı, özellik ve birbirlerine dönüşümlerini sağlayan reaksiyonları inceleyen bir bilim” şeklinde tanımlamaktadır. (1901 -1994) 34 Kimyanın Kapsamı Pauling yapmış olduğu bu tanımın hem çok dar hem de çok geniş olduğunu ileri sürmektedir. Tanımın çok dar olması özellikle maddeler arasındaki etkileşmelerde alınan verilen enerjinin tanımda yer almamasına dayandırılmaktadır. Diğer taraftan tanımın çok geniş olması görüşü ise, bu tanımda hemen hemen bilimin tamamının kapsanmasına dayandırılmaktadır. Çünkü birçok bilim dalı maddenin incelenmesi ile ilgilidir. Mühendislik Tıp Biyoloji Kimya Ekonomi Üretim Jeoloji 35 Kimyanın Kapsamı Örneğin astrofizikçiler, yıldızlarda ve diğer göksel cisimlerde mevcut olan maddelerle; nükleer fizikçiler, atomların çekirdeklerini oluşturan maddelerle; biyologlar canlı organizmalarda mevcut olan maddelerle; jeologlar ise yerkabuğundaki mineral adı verilen maddelerle ilgilenmektedirler. Pauling (1970), bu nedenle, kimya ve diğer bilimler arasında bir sınır oluşturmanın çok zor olacağını ifade etmektedir. 36 Kimyanın Kapsamı Pauling’in tanımı dışında yapılan birçok tanımda da maddelerin kimyasal özellikleri ile ilgili değişime vurgu yapılmaktadır. Bir maddenin kimyasal özelliği; maddenin hava veya suyla temas ettiğinde Isıtıldığında veya soğutulduğunda Güneş ışığına maruz bırakıldığında Başka bir madde ile karıştırıldığında nasıl davranacağını ifade etmektedir. 37 Kimyanın Kapsamı Maddelerin kimyasal davranışları son derece önemli olup yaşamımızı kimyasal reaksiyonları kullanabilme ve kontrol edebilme yeteneğimizle büyük ölçüde iyileştirilebiliriz. Canlı yaşamı büyük ölçüde kimyasal reaksiyonlara dayanmaktadır. Sulu çözeltilerle dolu biyolojik hücrelerde her an binlerce kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği bilinmektedir. 38 Kimya İmajı Halkın kimya/kimyacı imajı nedir? Tarihi süreçte modern kimya öncesi ortaya çıkan simya ve daha öncesi benzeri çalışmalar da dahil edilerek düşünüldüğünde, kimyanın uzunca bir geçmişinin olduğu söylenebilir. Pratikte uygulanan bazı işlemler yönünden aralarında benzerlikler bulunmasından dolayı birçok kimse tarafından simya ile kimya ilişkilendirilmekte ve hatta aynı uğraş olarak algılanmaktadır. 39 Kimya İmajı Kimya imajının oluşumunda, çoğunlukla kimyanın tarihsel uzantısı olarak kabul edilen simya, kimya endüstrisi, roman ve filmler belirleyici rol oynamaktadır. İmaj oluşumunda simya, simyacı, kimya, kimyacı, kimya endüstrisi gibi unsurlar ayrım yapılmaksızın birlikte algılanmaktadır. Kimyanın bilim ve teknolojinin karışımı hibrit bir yapıya sahip olması da imaj oluşumunda etkili olmaktadır. 40 Kimya İmajı Bu şekilde tarihsel ve kültürel etkilerle kimya için zehirli maddeler saçarak ; • Havayı • Suyu • Toprağı kirleten bir etkinlik imajı oluşmuştur. 41 Kimya İmajı Son zamanlarda önemli bir aşama kateden nano teknoloji ve yeşil kimya gibi çalışmaların olumlu kimya imajına katkı sağlayacağı düşünülebilir. 42 Kimya İmajı Kimyacıların kendileri ile ilgili imajı nedir? Halkın kimya imajının aksine, kimyacılar kimyanın dönüştürme gücünü kullanarak insanların yaşamlarını kolaylaştırıcı ve yaşam kalitesini yükseltici birçok ürün ve malzeme geliştirilmesine katkı yaptıklarını düşünmektedirler. Bu nedenle kimyacılar genellikle kendilerini insanlığın hizmetine adanmış kişiler olarak görmektedirler. 43 Kimya İmajı Örneğin, ölümcül hastalıkların tedavisi için ilaçların geliştirilmesi, tarımda verimi artırıp gıda sıkıntısını gideren gübrelerin yapımı, insanların daha iyi görünüme sahip olması için kozmetiklerin yapımı, insanların daha temiz su içmesinin sağlanması için suların arıtılması, vb. birçok yararlı iş yaptıklarını düşünmektedirler. 44 Kimya İmajı Kimyanın gelişimi açısından öğrencilerin kimyaya karşı tutumları oldukça önemli bir role sahiptir. Öğrencilerde kimyaya karşı olumlu tutumların gelişmesinde de halkın kimya imajının etkili olması beklenir. Kimyaya karşı olumlu bir tutum daha çok öğrencinin kimyaya yönelip kimya alanını tercih etmesinde önemli bir faktör olacaktır. 45 Kimya İmajı Kimya öğretimi ve özellikle ders kitapları olumlu kimya imajının oluşmasına katkı sağlayacak şekilde düzenlenmelidir. Bu amaçla kimya öğretimi, kimyanın tarihine ve felsefesine de yer verilerek kimyanın sosyal ve tarihsel kökenleri ile ilişkilendirilmelidir. Böylece kimyanın bir insan uğraşı olarak takdir edilmesi mümkün olacaktır. 46 Kimyada Açıklama Bilim evrendeki olguları betimleme ve açıklama olarak da tanımlanmaktadır. Betimlemede olgular tespit edilir, sınıflanır ve ifade edilir. Bilimde açıklama ise bilim felsefesinde farklı görüşlerin olduğu sorunlu bir konudur. Bazı düşünürlere göre bilimde olgu veya olgular arası ilişkileri belirleyip sınıflama ve ifade etmeden öte bir açıklama yapılamaz. 47 Kimyada Açıklama Bu görüşe göre açıklama iyi bir betimlemeden ibarettir. Ancak günümüzün teorik bilim dallarında olguların sadece toplanıp sınıflandırılması yeterli görülmemekte niçin veya neden sorusuna da cevap aranmaktadır. Betimlemede bir olgunun oluş biçimi ifade edilirken açıklamada daha çok oluş nedeni ayrıntılı olarak anlatılır. Bir olguyu betimlemek için olgunun dışına çıkmaya gerek yoktur. Olguyu izlemek ve kaydetmek yeterlidir. 48 Kimyada Açıklama Bir olgunun açıklanmasında ise olgunun dışında başka olgulara başvurmak gerekmektedir. Örneğin, çözünme olgusunda; maddelerin suda çözünen ve çözünmeyenler şeklinde sınıflandırılması ve çözünme esnasında gözlenen durumun ifade edilmesi betimleme iken çözünme olgusunun nedeni olarak moleküller arası etkileşimlerin ifade edilmesi açıklamadır. 49 Kimyada Açıklama Kimyada betimleme ve açıklamalara yönelik olarak yaygın şekilde yasa, teori ve modeller kullanılmaktadır. Açıklamalar daha çok teori ve modeller kullanılarak yapılır. Bilimler arasında belki de kimya, modellerin en yaygın olarak kullanıldığı bir alandır. Kimyanın anlaşılmasında ve anlatılmasında modeller çok önemli bir işleve sahiptir. 50 Kimyada Açıklama Modellerin özellikle kimya alanındaki yaygın kullanımı kimyadaki kavramların son derece soyut ve karmaşık yapısına bağlanmaktadır. Kimyanın anlaşılması kimyada kullanılan modellerin anlaşılmasına bağlıdır. Kimyanın uğraş alanı olan atom ve moleküller çok küçük varlıklar olup nano-ölçek boyutlarındadır. 51 Kimyada Açıklama Bu nedenle makro-ölçekteki kimyasal maddelerin gözlenen davranışlarının nano-ölçekteki özelliklerle ilişkilendirilmesi için uygun modeller/teoriler ortaya konulması kimyacıların yaratıcı bir şekilde hayal güçlerini kullanmalarını gerektirir. 52 Kimyada Açıklama Kimya öğretimi en az üç kavramsal düzeyin öğrenilmesini amaçlar; • Makro düzey (Laboratuvar ve gerçek dünya olayları) • Nano düzey (İyonlar, atomlar ve moleküller gibi parçacık modelleri) • Sembolik düzey (Matematiksel ve kimyasal eşitlikler, formüller) 53 Kimyada Açıklama 54 Kimyada Açıklama: Modeller Model, bir düşüncenin, objenin, olayın, sürecin veya bir sistemin temsil edilmesi olarak tanımlanabilir. Modeller, fiziksel evrende bulunan çok küçük, çok büyük, çok karmaşık ve duyularla ulaşılamayan varlıkların sadeleştirilmiş temsili gösterimi olarak da nitelendirilebilir. 55 Kimyada Açıklama: Modeller Model oluşturma temelde benzetmeye dayanır. Modellerin en önemli işlevi açıklamadır. Düşünceler, nesneler, olaylar, sistemler veya süreçlerin modelleri olabilir. Modeller; şekil, grafik ve şemalarla ifade edilebileceği gibi, sözlü ifadeler, matematiksel bağıntılar ve üç boyutlu nesneler şeklinde de ifade edilebilir. Modellerle; soyut, karmaşık ve duyularla ulaşılamayan varlıklar basitleştirilerek daha anlaşılır hale getirilmektedir. 56 Kimyada Açıklama: Modeller Kimya eğitimi ve kimya alanındaki araştırmalarda modeller yaygın olarak kullanılmaktadır. Moleküllerin yay-top ve top-çubuk modelleri, atom modelleri, katıların kristal örgü yapıları modelleri, ideal gaz modeli, orbital modelleri, bağ oluşumu modelleri, orbitallerin melezleşme modelleri vb. kimyada sıklıkla kullanılan modellerdir. 57 Kimyada Açıklama: Modeller Bilimde kullanılan modellerle uçak, bina, gemi maketleri ve moda alanında kullanılan modeller birbirinden farklıdır. Uçak, gemi ve bina modelleri, gerçeği zaten mevcut olan bu yapıların hacimleri küçültülerek üzerlerinde çalışmayı kolaylaştırmak için yapılmakta olup bilimdeki model anlayışından farklıdır. 58 Kimyada Açıklama: Modeller Kimya öğretiminde, bilimde kullanılan modellerin gerçeğin kopyaları olmadığı anlayışını da öğrencilerin kazanmaları önemlidir. Model terimi zaman zaman teori terimi ile eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. Ancak, bunlar arasında ayrım yapan kaynaklar da bulunmaktadır. 59 Kimyada Açıklama: Modeller Teorilerin tümevarım veya icat yolu ile olguları açıklamak için oluşturuldukları, modellerin ise teorilerden tümdengelim yolu ile oluşturuldukları ifade edilmektedir. Kapsamı oldukça geniş olan modern atom teorisinden anlaşılması daha kolay olan atom modelinin çıkarılması bu duruma örnek verilebilir. 60 Kimyada Açıklama: Modeller Modellerin Bazı Özellikleri Modeller gerçeğin birebir kopyaları değildir. Modellerin oluşturulmasında kabuller vardır. Basit modeller genellikle sınırlı kabuller içerir ve sadece nitel bilgi elde etmede kullanılabilir. Basit bir modelden ileri düzeyde bir açıklama beklenmemelidir. Modellerin amacına uygun olarak kullanılabilmesi için zayıf ve güçlü yönleri bilinmelidir. Modellerin her durumda doğru olması beklenmemelidir. 61 Kimyada Açıklama: Modeller Bir modelin yanlış tahminde bulunması olgunun doğasının temel özelliklerinin anlaşılmamış olduğunu gösterir. Bu durum söz konusu olgunun anlaşılması için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğu anlamına gelmektedir (Örneğin hidrojen bağına yönelik modeller). 62 Kimyada Açıklama: Modeller Kimyada Rakip Teoriler/Modeller Kimyada aynı olguyu açıklayan rakip teorilerin varlığı da dikkat çekicidir. Örneğin: Oksijen molekülünün bağ yapısını açıklamada moleküler orbital modeli veya valans bağ modeli kullanılabilmekle birlikte oksijen molekülünün moleküler orbital modeline göre paramanyetik, valans bağ modeline göre ise diamanyetik özellikte olduğu tahmin edilmektedir. Deneysel gözlemler oksijen molekülünün paramanyetik özellikte olduğunu ortaya koymaktadır. Valans bağ modeli oksijen molekülündeki kuvvetli bağı ön görürken manyetik özelliği ön görmede başarılı olamamıştır. 63 Kimyada Açıklama: Modeller Kimyada Rakip Teoriler/Modeller Kimyacılar problemlerin çözümünde teorileri kullanırken oldukça esnek bir davranış gösterirler. Teorileri ilgilendikleri problemin çözümü için uygun olup olamamasına göre tercih ederler. Probleme daha iyi açıklama getirebilen teori tercih edilir. Ayrıca kimya kitaplarında zaman zaman farklı modeller arasında ayırım yapılmaksızın hibrit ifadelere de rastlanmaktadır. 64 Kimyada Açıklama: Modeller Kimya bilimi modellerin bir koleksiyonu olarak düşünülebilir. Sadece kimyasal bağlar konusu örnek olarak ele alındığında; Moleküler orbital, Valans bağ, Hibritleşme, Valans kabuğu elektron çifti itme, Ligand alan modelleri/teorileri gibi çok sayıda model sayılabilir. 65 Kimyada Açıklama: Modeller Ayrıca, bunlar dışında adı model olarak konulmamış fakat model işlevi gören açıklamalar da yaygın olarak kullanılmaktadır. 66 Kimyada Açıklama: Modeller İyonik katıların suda çözünmesi olayının, iyonların su molekülleri ile sarılması şeklinde açıklanması Hal değişimi olaylarının tanecikler arası çekim kuvvetleri ile açıklanması Elmasın sertliğinin bağ yapısı ile açıklanması Demirin paslanmasının açıklanması gibi birçok açıklama çoğunlukla model olarak adlandırılmadan kullanılmaktadır. 67 Kimyada Açıklama: Modellerin Kimya Eğitimindeki Önemi Kimya öğretiminde ve ders kitaplarında çoğunlukla olgu model ayrımı yapılmamaktadır. Bu durum kimyanın doğasının anlaşılmasını güçleştirmektedir. Olgu İyonik katıların suda çözünmesi Katıların belirli bir sıcaklıkta erimesi Model Çözünmenin nasıl gerçekleştiğinin açıklanması Erimenin nasıl gerçekleştiğinin açıklanması 68 Kimyada Açıklama: Modellerin Kimya Eğitimindeki Önemi Yeni kimya öğretim programlarında öğrenci kazanımları arasında model oluşturma gibi özelliklerin kazandırılmasına yer verilmektedir. Öğrencilerin model oluşturma gibi üst düzey becerileri kazanabilmeleri için onların öncelikle modellerin doğası ve olgu model ayrımı konusunda yeterli bir anlayışa sahip olmaları gereklidir. 69 Kimyada Açıklama: Modellerin Kimya Eğitimindeki Önemi Model denilince çoğunlukla kimyada ün kazanmış; bağ modelleri, atom modelleri, asit-baz modelleri gibi ileri düzeyde modeller anlaşılmaktadır. Bu durum öğretmenlerin ve öğrencilerin kimya öğretimi sürecinde model oluşturmanın zor olduğu ve kendilerinin model oluşturamayacakları düşüncesine kapılmalarına yol açmaktadır. 70 Kimyada Açıklama: Modellerin Kimya Eğitimindeki Önemi Öğrencilerin kimya okur-yazarı olabilmeleri için kimya öğretiminde hazır reçeteler izlenerek yapılan deneyler yerine onların birer kimyacı gibi deneyler tasarlamaları, veriler toplamaları ve verilerden hareketle modeller oluşturmaları için uygun etkinlikler yapmaları sağlanmalıdır. 71 Kimyada Açıklama: Yasalar Kimya bilgisi arasında yasalar da önemli bir yer tutmaktadır. Yasalar olgular arası ilişkilerin özlü ifadeleridir. Kimya alanından; periyodik yasa, kütlenin korunumu yasası, sabit oranlar yasası gibi birçok yasa örneği verilebilir. Fiziğin yasaları olarak bilinen ideal gaz yasaları ve termodinamiğin yasaları gibi yasalar, pratik olarak daha çok kimyacılar tarafından kullanılmaktadır. 72 Kimyada Açıklama: Yasalar Kimya öğretiminde yasa ve model kavramları arasındaki ilişkinin bilinmesi önemlidir. Birçok kaynakta, modellerin yeni kanıtların toplanmasıyla gelişerek yasalara dönüşeceği şeklinde yanlış ifadelere rastlanmaktadır. 73 Kimyada Açıklama: Yasalar Hipotezler, içeriklerine göre, bilimsel model veya yasalara dönüşebilir. Ancak modeller/teoriler yasalara dönüşmeyip, yanlışlanamadıkları sürece, model olarak, yasalar da yasa olarak kalırlar. Gazların kinetik modelinin gaz yasalarından çok sonra ortaya konmuş olması da bu durumu desteklemektedir. 74 Kimyada Açıklama: Yasalar Kimyanın yasaları fiziğin yasalarına göre daha az kesin olma özelliğine sahiptir. Kimyanın yasaları genellikle daha yaklaşık olup daha fazla istisnalar içerir. Örneğin Dulong-Petit yasası hem yaklaşık hem de istisnaları fazla olan yasadır. 75 Kimyada Açıklama: Yasalar Bu yasa ile katı elementlerin %90’nından fazlasının oda sıcaklığındaki molar ısı kapasitesi yaklaşık %5 sapma ile belirlenebilmektedir. Ancak, bazı elementler için bu yasaya göre belirlenen molar ısı kapasitesi değerleri deneysel değerlerinden %20’ye varan oranlarda sapma göstermekte olup bu durum yasanın istisnaları olarak nitelendirilmektedir. 76 Kimyada Açıklama: Yasalar Kimyanın önemli yasalarından biri de fiziğe indirgenmesi mümkün olmayan periyodik yasadır. Periyodik yasa, “Elementlerin özellikleri atom numaralarının periyodik fonksiyonlarıdır.” olarak tanımlanabilir. Bu yasaya göre, elementler atom numaralarına göre dizildiklerinde bezer kimyasal ve fiziksel özellikler periyodik olarak tekrarlanır. Bu yasa fizikteki Newton’un hareket yasaları gibi kesinliği yüksek yasalarla karşılaştırıldığında, oldukça yaklaşık bir yasa olarak değerlendirilebilir. 77 Kimyada Açıklama: Yasalar Bu yasadaki periyodikliğin oldukça yaklaşık olması, bu yasanın doğasını fizikteki yasaların doğasından ayıran en önemli özelliktir. Periyodik cetvelin 7 A grubunda bulunan flor, klor, brom ve iyot elementleri birbirinden oldukça farklı özelliklere sahiptir. Farklılıklar hem fiziksel hem de kimyasal açıdan oldukça belirgindir. Fiziksel özellikler açısından bakıldığında; oda şartlarında flor ve klor gaz, brom sıvı, iyot ise katı haldedir. Kimyasal özellikler yönünden de aynı grupta olmalarına rağmen florun diğerlerine göre çok daha reaktif olduğu bilinmektedir. 78 Kimyada Açıklama: Kimya Öğretiminde Yasalar Bilim felsefesindeki yasa kavramı ağırlıklı olarak fizik yasaları esas alınarak oluşturulduğu için, kimya alanındaki ders kitaplarında ve kimya öğretiminde de yasalar kimya bilgi yapısının farklılığı dikkate alınmadan genellikle aynı şekilde nitelendirilmektedir. Kimya öğretiminde periyodik yasa gibi yasa örnekleri tartışma konusu yapılıp diğer bilim dallarındaki yasalardan ayırıcı özelliklerine açıkça vurgu yapılması suretiyle özelde kimya yasalarının genelde ise kimya bilgisinin doğasının daha iyi anlaşılması sağlanabilir. 79 Sonuç Genel olarak bilimin doğasının anlaşılması konusu üzerine yapılan araştırmalar; bireylere sadece bilimsel araştırma etkinliklerinin yaptırılmasının ya da sadece bilimin doğasının anlatılmasının onların doğru bir bilim anlayışına sahip olmalarını sağlamadığını göstermektedir. Sadece bilimsel araştırma etkinliği yaparak bilimin doğasının anlaşılacağını beklemek, solunum yapılarak solunum mekanizmasının ya da bitkilerin büyümesini gözleyerek fotosentez olayının anlaşılabileceğini beklemek gibidir. 80 Sonuç Bilimin doğası konusunda kabul edilebilir anlayışların geliştirilebilmesi için derslerde planlanan aktivitelerin bilimin doğası ile açıkça ilişkilendirilerek uygulanması gerektiği belirtilmektedir. Bilimin doğasının öğretimine yönelik yapılan araştırmalar doğrultusunda genel olarak böyle bir öneri bulunmasına rağmen; kimyanın doğasının öğretimine yönelik dikkate değer araştırma bulunmadığından aynı öneriyi kimyanın doğasının öğretimi için de yapmak oldukça güç görünmektedir. Bu güçlüğün diğer bir nedeni de kimyanın doğasına yönelik dikkate değer araştırmaların da bulunmamasıdır. 81 KAYNAKLAR Asimov, I., A Short History of Chemistry, Published by Anchor Books, Doubleday and Company, Inc., Garden City, New York, 1965. Bayrakçeken, S. Doymuş, K, Canpolat, N. and Pınarbaşı, T. (2002). Fen Derslerinin Öğretiminde "Teori" Kavramı, Çağdaş Eğitim Dergisi, 27(293), 21–26. Bensaude-Vincent, B., Simon, J. Chemıstry The Impure Science. Imperial College Press: London, 2008. Berkem, A. R., Kimya Tarihine Toplu Bir Bakış, Türkiye Kimya Derneği Yayınları: 12, İstanbul, 1996. Bhushan, N. Rosenfeld S. Eds. Of Minds and Molecules. Oxford University Press: New YYork, 2000. Birk, J. P., Chemistry, Houghton Mifflin Company, p. 10, Boston, 1994. Coll, R. K. The Role of Models, Mental Models And Analogies in Chemistry Teaching, (in Metaphor and Analogy in Science Education, Eds: Peter J. Aubusson, Allan G. Harrison and Stephen M. Ritchie), pp. 65-77, Springer: Netherland, 2006. Collette, A. T. and Chiappetta, E.L. (1989). Science Instruction in the Milde and Secondary Schools. Columbus: Merrill Publishing Company. Cotton F. A. & Wilkinson, G. W. Advanced Inorganic Chemistry. İnterscience Publishers: New York, 1972. 82 KAYNAKLAR Crosland, M. P., Kimya Dili Üzerine Tarihsel İncelemeler (Çev: Prof. Dr. Zeki Tez), Nobel Yayın Dağıtım, Ankara, 2000. Çelik, S. (2009). Projeye dayalı öğrenme yaklaşımının fen bilgisi öğretmen adaylarının bilim ve teknolojinin doğası anlayışlarına ve bilimsel süreç becerilerine etkisi, Yayınlanmamış Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Erzurum. Çelik,S., E. Şenoçak., S. Bayrakçeken., Y. Taşkesenligil ve K. Doymuş, (2005). Aktif Öğrenme Stratejileri Üzerine Bir Derleme Çalışması, Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi Dergisi, 11,155-185 . Del Re, G. (2000). Models and Analogies in Science. International Journal for Philosopy of Chemistry, 6(1), 5-15. Dewey, F. M., Understanding Chemistry: An Introduction, West Publishing Company, New York, 1994. Erduran, S. & Scerri, E. The Nature of Chemical Knowledge and Chemical Education,pp. 727 (in Chemical Edication: Towards Research-based Practice, Gilbert et al., Eds. ), Kluwer Academic Publishers, Netherland, 2002. Erduran, S. (2001). Philosophy of Chemistry: An Emerging Field with Implications for Chemistry Education, Science & Education, 10, 581–593. Fraser, B. J. and Tobin, K. G. (Eds.). International Handbook of Science Education, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2003. 83 KAYNAKLAR Gilbert, J. K. and Boulter, C. (1998a). Models in Explanations, Part 1: Horses for Courses?, International Journal of Science Education,20(1), 83-97. Gilbert, J. K. and Boulter, C. (1998b). Models in Explanations, Part 2: Whose Voice? Whose Ears?, International Journal of Science Education, 20(2), 187-203. Gilbert, J. K., De Jong, O., Justi R., Treagust, D. F. and Van Driel, J. H. (Eds.) Chemical Education: Towards Research-based Practice, Kluwer Academic Publishers, p. xi, New York, 2003 Harre, R., 2010, Causal concepts in chemical vernaculars, Foundion Chemistry, 12, pp. 101–115. Hein, M., Best, L. R., and Arena S., Introduction to General, Organic, and Biochemistry, Sixth Edition, Brooks/Cole Publishing Company, p. 2, New York, 1997. Hoyningen-Huene, P., (2008). Thomas Kuhn and the chemical revolution, Foundion Chemistry, 10, pp.101–115. Huheey, J. E. Inorganic Chemistry. Harper International Edition: New York, 1978. Kuhn, T. S., Bilimsel Devrimlerin Yapısı (İkinci Baskıdan Çeviren Nilüfer Kuyaş). Alan Yayıncılık: İstanbul, 2003. Lederman, N. G., Abd-El-Khalick, F., Bell, R. L. and Schwartz, R. S. (2002). Views of Nature of Science Questionnaire: Toward Valid and Meaningful Assessment of Learners’ Conception of Nature of Science. Journal of Research in Science Teaching, 39, 479521. 84 KAYNAKLAR Lederman, N., and F. Abd-El-Khalick. 1998. Avoiding denatured science: Activities that promote understanding of the nature of science. In The nature of science in science education: Rationales and strategies, ed. W. McComas, 83–126. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers. Lewis, M. And Waller, G. Thinking Chemistry. Oxford University Press: New York, 2000. Malone, L. J., Basic Concepts of Chemistry, 5th Ed., John Wiley and Sons, Inc., New York, 1997. Martin, D. J. (1998). Elementary Science Methods: A Constructivist Approach. New York: Delmar Publishers. Moore, J., Stanitski, C., & Jurs, P., Chemistry: The Molecular Science, 4th Ed., Brooks/Cole, United States, 2011. Pauling, L., General Chemistry, Dover Publications, Inc., pp 1-2, New York, 1970. Schummer, J., Bensaude-Vincent, B., Tiggelen, B. V. The Public Image of Chemistry. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, Singapore, 2007. Science and the Teaching of Physics and Chemistry, Science & Education, 12: 703–717. Solbes, J., & Traver, M. (2003). Against a Negative Image of Science: History of Science and the Teaching of Physics and Chemistry. Science & Education, 12, 703-717. Tez, Z., Kimya Tarihi, V Yayınları, Ankara 1986. Thagard, P., Conceptual Revolutions, Princeton University Press, pp. 6, 39-51, Princeton, 1992. 85 KAYNAKLAR Treagust, D. F., Chittleborough, G. and Mamiala, T. L. (2002). Students’ Understanding of the Role of Scientific Models in Learning Science, International Journal of Science Education, 24(4), 357-368. van Brakel, J., 1997, Chemistry as The Science of The Transformation of Substances, Synthese 111: pp. 253–282. Vihalemm, R., in press, The autonomy of chemistry: old and new problems, Found Chem, DOI 10.1007/s10698-010-9094-5. Weisberg, M., Water is Not H2O, Chapter 18, in Philosophy of Chemistry: Synthesis of a New Discipline (Baird, D., Scerri, E., and McIntyre, L., Eds.), p. 338, Springer, Dordrecht, 2006. Yıldırım, C., Bilim Tarihi, Remzi Kitabevi, İstanbul, 1992. Zumdahl, S.S. Chemistry (2nd ed.). D.C. Heath, Lexington, 1989. 86 TEŞEKKÜR Bu sunumun hazırlanmasına değerli katkıları yapan Yüksek Lisans Öğrencisi Adem YILMAZ’a teşekkür ederiz. 87 TEŞEKKÜR 88
