öğrencilerin momentumun korunumu hakkındaki düşünceleri ve bu

ÖĞRENCİLERİN KUVVET VE HAREKETİ KAVRAYIŞLARININ BİR TANI-TESTİ
İLE SAPTANMASI
Mehmet Fatih TAŞAR
Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü, ANKARA
ÖZET: Kuvvet ve hareket hakkında 20 maddeli bir anket formu geliştirilmiş ve 2002 bahar döneminde Gazi Eğitim
Fakültesinde 1. sınıfa devam eden 90 öğrenciye uygulanmıştır. Bulgular literatürde sıkça tekrarlanan öğrenci
önkavramlarının bu çalışmadaki örneklemde de üniversite Temel Fizik dersleri sonrasında bile güçlü bir şekilde kendini belli
ettiğini ortaya koymaktadır. Geliştirilen Kuvvet ve Hareket Tanı Testi’nin (KHTT) bu tür önkavramların tespitinde faydalı
bir araç olarak kullanılabilecek kapasite olduğu görülmüştür.
1. GİRİŞ
Çeşitli yaş ve eğitim/öğrenmişlik düzeylerindeki öğrencilerin kuvvet ve hareket hakkındaki
düşünceleri kavramsal olarak bir çok araştırmacı tarafından incelenmiştir. Aslında bu konu fen eğitimi
araştırmaları içinde en çok ele alınmış ve araştırılmış konudur Duit (1993). Zaman içinde bu yoğun
araştırmaların bir sonucu olarak Hestenes, Wells ve Swackhamer (1992), Hestenes ve Wells (1992), ve
Thornton ve Sokoloff (1998) tarafından öğrencilerin kuvvetin harekete etkisi üzerine görüşlerini açığa
çıkarmak için kullanılan testler geliştirilmiştir.
Driver, Squires, Rushworth, and Wood-Robinson, (1994, s. 149) araştırma çalışmalarında
öğrencilerin kuvvet ve hareket hakkındaki temel düşüncelerini şu şekilde özetlemişlerdir:
eğer bir hareket varsa, bir kuvvet etkiyor demektir;
eğer hareket yoksa, o zaman etkiyen bir kuvvet de yoktur;
hareket olmaksızın kuvvetten bahsedilemez;
bir cisimhareket ettiğinde, onun hareket yönünde bir kuvvet vardır;
hareket halindeki bir cisim kuvveti tükendiğinde durur;
hareket halindeki bir cisimin içinde hareketini sürdürmesini sağlayan bir kuvvet vardır;
hareket, etkiyen kuvvetle orantılıdır;
sabit bir hız, sabit bir kuvvettin sonucu ortaya çıkar.
Gilbert ve Zylbersztajn (1985) öğrencilerin alternatif görüş-çerçeveleri (alternative frameworks)
hakkındaki araştırma bulgularını değerlendirmişler ve “hareket kuvvet çağrıştırır” kavramasının,
sürtünmenin Newton kanunlarından tamamen farklı bir görüş-çerçevesinde ele alınmasından
kaynaklandığı sonucuna varmışlardır. Literatürde bulunan öğrencilerin kuvvet ve hareket hakkındaki
önkavramları Taşar (2001, s. 25-33) tarafından daha detaylı bir şekilde ele alınmıştır.
2. YÖNTEM
Bu araştırmanın temelinde kuvvet-hareket ilişkisi hakkında öğrencilerin bir çok araştırmada da
beyan ettikleri “kuvvet ile hız arasında doğrusal ilişki vardır” kanısı yatmaktadır. Öğrencilerin bu
sezgisel kanıya mı, yoksa Newton kanunları ile ifade edilen fiziksel kavramlara mı sahip olduklarını
bir tanı-testi ile belirleyebilmek amacıyla 20 maddeli bir doğru-yanlış testi geliştirilmiştir.
Kuvvetin hareket ile olan ilişkisinin saptanması, üzerine sürekli değişken bir net kuvvet etki
eden bir cismin hız ve konum değişimlerinin nasıl olması gerektiği kurgusu üzerine oturtulmuştur. Bu
değişken net kuvvet öğrencilere sunulan durum içinde önce sürekli olarak düzgün bir şekilde
azalmakta ve sıfır değerini aldığı andan itibaren de ters yönde sürekli olarak düzgün bir şekilde
artmaktadır (bkz Şekil 1).
Doğru-yanlış soru tipi içeren testlerin geçerliğine karşı getirilen kayda değer bir eleştiri,
cevapların sadece iki seçenek içermesinden dolayı duruma uygun cevabın rastlantısal olarak yüzde elli
olasılıkla bulunabileceğidir. Bununla birlikte, bu çalışma için geliştirilen doğru-yanlış testinde sorular
verilen durumla ilgili olduğundan cevapların rastgele mi yoksa belli bir mantık silsilesi doğrultusunda
mı verildiği açıkça ortaya çıkmaktadır. Dolayısı ile öğrencilerin verdikleri cevaplardan, konu
hakkındaki kavrayışlarının bilimsel olup olmadığı anlaşılmakta ve düşünce tarzları açıkça ve kısa bir
süre içinde belirlenmektedir.
Kuvvet ve Hareket Tanı Testi
Durmakta olan bir cismi hareket ettirmek
için ona bir kuvvet uygulanmaktadır. Bu
cisim üzerindeki net kuvvetin büyüklüğünün
zamana göre değişimi yandaki şekilde
gösterilmiştir (t0 hareketin başlangıç anını ve
t1, t2, t3 ve t4 de eşit zaman aralıklarını
göstermektedir). Kuvvetin yönü t2 anında
ters çevrilmektedir. t0 – t4 zaman aralığında
cismin hareketine ilişkin aşağıdaki
yargılardan hangileri DOĞRU ve hangileri
YANLIŞTIR?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Kuvvet
F1
0
Zaman
t0
t1
t2
t3
t4
-F1
t2 anında kuvvetin büyüklüğü sıfır olunca o an için cismin hızı da sıfır olur.
t0 ve t4 anlarında hız en büyük değerlerini alır.
t2 anında hız en büyük değerini alır.
t2 anında cismin hareket yönü terse çevrilir.
t0 – t4 zaman aralığında cismin hareket yönü değişmez.
t2 anında cisim anlık olarak duracaktır.
t4 anında cisim tam harekete başladığı noktada olacaktır.
t4 anında cisim harekete başladığı konuma göre en uzak noktaya ulaşmış olacaktır.
Cisim t1 ve t3 anlarında aynı konumda fakat ters yönde hareket ediyor olacaktır.
t0 anında cismin hızı en büyük değerine ulaşıp giderek düzgün bir şekilde azalacak ve
sonra da aynı yönde düzgün bir şekilde artacaktır.
t0 anında cismin hızı en büyük değerine ulaşıp giderek düzgün bir şekilde azalacak ve
sonra da ters yönde düzgün bir şekilde artacaktır.
Cismin hızı t0, t2 ve t4 anlarında sıfır olur; t1 ve t3 anlarında ise en büyük değerini alır.
t0 anında kuvvetin uygulanmaya başlanması ile cisim giderek düzgün bir şekilde hızlanacak,
t2 anından itibaren de durana kadar düzgün bir şekilde yavaşlayacaktır.
Cismin hızı önce giderek azalan bir oranda artacak ve sonra da giderek artan bir oranda
azalacaktır.
Cismin hızı önce giderek artan bir oranda artacak ve sonra da giderek azalan bir oranda
azalacaktır.
Cismin hızı önce giderek azalan bir oranda artacak ve sonra da giderek azalan bir oranda
azalacaktır.
Cismin hızı önce giderek artan bir oranda azalacak ve sonra da hareketin yönü ters çevrilip
giderek artan bir oranda artacaktır.
Cisim hareketi süresince sabit bir ivmeye sahiptir.
Cisim hareketin ilk yarısında azalan bir ivmeye, ikinci yarısında ise artan bir ivmeye sahiptir.
Cisim hareketin ilk yarısında artan bir ivmeye, ikinci yarısında ise azalan bir ivmeye sahiptir.
Şekil 1. Kuvvet ve Hareket Tanı Testi.
Geliştirilen Kuvvet ve Hareket Tanı Testi (KHTT), Gazi Eğitim Fakültesi’nde ortaöğretim
matematik öğretmenliği 1. sınıfından (İMÖ I) 47 ve ilköğretim fen bilgisi öğretmenliği 1. sınıfından
(İFÖ I) 43 olmak üzere toplam 90 öğrenciye 2002 bahar döneminde uygulanmıştır. KHTT’deki
maddelerin temalara göre ayrımı Tablo 1.’de verilmiştir.
Tablo 1. KHTT’deki maddeler ve tema gruplarına dağılımı.
Temalar
Hızın
Hızın
Cimin
Hız-Zaman Grafiğinin
Büyüklüğü
Yönü
Konumu Şekli
Test maddeleri
1, 2, 3
4, 5, 6
7, 8, 9
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17
İvemnin
Büyüklüğü
18, 19, 20
3. BULGULAR
Araştırmada elde edilen veriler hem genel olarak doğru cevapların sıklığı açısından hem de
mevcut 5 ana temanın her biri hakkındaki tüm sorulara verilen cevapların durumlarına göre
incelenmiştir. Doğru cevap sayılarının İFÖ I ve İMÖ I gruplaındaki dağılımı Tablo 2’de verilmiştir.
Öğrencilerin temalar hakkında cevap kombinasyonları ise Tablo 3’te sunulmuştur.
Tablo 2. Puanların gruplara göre sıklık dağılımı
Öğrenci
Sayısı
Grup
İFÖ I
İMÖ I
Toplam
5
0
1
1
6
1
1
2
7
3
2
5
8
16
5
21
9
8
8
16
10
3
3
6
11
4
1
4
Puan
12 13
4
1
1
2
4
3
14
1
1
2
15
1
4
5
16
0
2
2
17
0
4
4
18
0
3
3
19
1
9
10
20
0
0
0
Cevap kombinasyonları
Tablo 3. İFÖ I grubundaki öğrencilerin cevap kombinasyon sınıflandırması ( uygun olmayan, 9 ise
uygun olan cevap kombinasyonlarını temsil etmektedir).
Temalar
Hızın
Hızın Yönü Cismin
Hız-zaman İvmenin
Gruplardaki
büyüklüğü
konumu
grafiğinin
büyüklüğü öğrenci sayısı
şekli
İlgili sorular 1, 2, 3
4, 5, 6
7, 8, 9
10 - 17
18, 19, 20
İFÖ I
İMÖ I
7
0
9
28
18
9
1
1
9
1
0
9
1
0
9
9
2
0
9
9
1
0
9
9
1
0
9
9
9
9
9
0
7
9
9
9
9
0
2
9
9
9
9
0
1
9
9
9
9
0
1
9
9
9
9
0
1
9
9
9
9
0
3
9
9
9
0
1
9
9
9
0
3
9
9
9
0
2
9
9
0
2
9
9
0
1
0
4
Tablo 3’te tespit edilen ilginç bir husus çok büyük bir oranda öğrencinin (%51) sunulan beş
temadan ilk dördü ile ilgili sorularda başarılı olamayıp son soruda doğru cevap vermeleridir. Bu bulgu
öğrencilerin kuvvet zaman grafiğinden hız ve konuma geçişte başarılı olamadıkları fakat ivmedeki
değişimleri doğru kestirebildikleri anlamına gelmektedir. Aynı bulgu “öğrenciler, ivme zaman
değişimini algıladıkları halde önkavramlarından dolayı bunu hız ve konum değişimlerine transfer
edemedikleri” şeklinde de formüle edilebilir.
Yine Tablo 3’ten çıkan ikinci bir bulgu ise öğrencilerin beşte dördünün (%80) verilen durum
için hız büyüklüklerini doğru çıkaramadıklarıdır. Öğrencilerin %81’i de hız zaman grafiğinin şeklini
kestirememişlerdir. Aynı şekilde öğrencilerin %76’sı cismin konum değişimlerini doğru
cevaplayamamışlardır.
4. YORUM/TARTIŞMA
Bu çalışma 1. sınıfataki öğretmen adaylarının temel fizik dersi aldıktan sonra dahi hala kuvvet
ve hareketle ilgili temel bazı kavram yanılgılarına sahip olduklarını göstermektedir. Her yaş ve
seviyede saptanan bu kavram yanılgılarının fizik ders(ler)i aldıktan sonra bile hüküm sürdüğü ve
değişime karşı çok dirençli olduğu yolunda literatürde çokça çalışma vardır.
5. SONUÇ VE ÖNERİLER
Öğrenci cevapları değerlendirildiğinde 13. maddedeki ifadenin 14. madde ile aynı paralelde
anlaşılabildiği görülmüştür. Dolayısyla, testi daha sade bir hale getirmek bakımından 13. maddenin
testten çıkarılması düşünülebilir.
Bu çalışma ile öğrencilerin kuvvet ve hareket hakkındaki yerleşik kanılarını kolayca saptamada
kullanılabilecek bir tanı-testi geliştirilmiştir. Ön-test / son-test olarak kullanılabilecek böyle bir test
öğretmenlere işledikleri dersin etkinliği hakkında faydalı dönütler verme bakımından önemlidir. Bu
test kolaylıkla çoktan seçmeli hale de getirilebilir niteliktedir.
Burada işlenen türden bir kuvvet uygulanması sonucu ortaya çıkacak hız-zaman değişim grafiği
“hız kubbesi” olarak adlandırılabilir. Hız kubbesi probleminin, en başta da belirtilen öğrenci
önkavramlarının tespitinde pratik ve etkin bir yol olduğu düşünülmektedir.
6. KAYNAKLAR
Driver, R., Squires, A., Rushworth, P., and Wood-Robinson, V. (1994). Making Sense of
Secondary Science: Research into Children's Ideas. New York, NY: Routledge.
Duit, R. (1993). Research on students' conceptions – developments and trends. In The
Proceedings of the Third International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in
Science and Mathematics, Ithaca, NY: Misconceptions Trust.
Gilbert, J. K. and Zylbersztajn, A. (1985). A conceptual framework for science education: The
case study of force and movement. European Journal of Science Education, 7(2), 107-120.
Hestenes, D. Wells, M., ve Swackhamer, G. (1992). Force concept inventory. The Physics
Teacher, 30 (3), 141-158.
Hestenes, D. ve Wells, M. (1992). A Mechanics baseline test. The Physics Teacher, 30 (3), 159166.
Thornton, R. K., ve Sokoloff, D. R. (1998). Assessing student learning of Newton's laws: The
force and motion conceptual evaluation and the evaluation of active learning laboratory and lecture
curricula. American Journal of Physics, 66 (4), 338-352.
Tasar, M. F. (2001). A case study of one novice college student's alternative framework and
learning of force and motion. Unpublished doctoral dissertation, The Pennsylvania State University,
University Park, PA.