Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri • Educational Sciences: Theory & Practice - 11(3) • Yaz/Summer • 1651-1674 © 2011 Eğitim Danışmanlığı ve Araştırmaları İletişim Hizmetleri Tic. Ltd. Şti. Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar a Meryem KARAGÖZ Mustafa ÇAKIR Marmara Üniversitesi Marmara Üniversitesi Öz Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavramları anlayışlarını belirlemek, üst düzey bilişsel beceri gerektiren genetik problemlerinin çözümünde yaşadıkları kavramsal ve süreçsel zorlukları tespit etmektir. Araştırmada ‘durum çalışması’ yaklaşımı kullanılmıştır. Biyoloji öğretmenliği programındaki 70 öğrenciye ‘genetik başarı testi’ (GBT) uygulanmış, sonuçlar doküman analizine tabi tutulmuştur. Veriler kullanılarak ‘maksimum çeşitlilik örneklemesi’ ile 6 katılımcı yarı-yapılandırılmış görüşmeler için seçilmiş ve mülakat çözümlemeleri derinlemesine incelenmiştir. Katılımcılarda kavramsal tutarsızlıklar olduğu, sözel olarak belirtebildikleri kavramsal bilgilerini farklı problem durumlarına uygulayamadıkları tespit edilmiştir. Bu durum algoritmik çözüm akışı gerektiren neden-sonuç problemlerinde çoğu kez sorun oluşturmamış, üst-düzey bilişsel beceriler gerektiren sonuç-neden problemlerinin çözümünde engel olmuştur. Bilişsel farkındalık stratejileri kullanan, hipotez kurma, alternatif çözüm üretme, sonuç-sebep analizi gibi üst düzey düşünme becerileri gösteren katılımcılar genetik problemlerini çözmede daha başarılı olmuşlardır. Anahtar Kelimeler Genetik Öğrenme, Genetik Problem Çözme, Biyoloji Öğretmen Eğitimi. Biyoloji alanındaki gelişmelerin odağında olan genetik, biyoloji öğretmenleri ve öğrencileri için özellikle zor olan bir konudur. Çünkü farklı biyolojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hızlı veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük ölçekte meydana gelen ve doğrudan gözlemlenemeyen olasılıkları içeren olayları tanımlar. Genetikte kavram yanılgılarına sıklıkla rastlanır (Atılboz, 2004; Bahar, Johnstone ve Hansell, 1999; Bahar, Johnstone ve Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kinfield, 1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay ve Öza Dr. Mustafa ÇAKIR. Biyoloji Eğitimi alanında Yardımcı Doçenttir. Çalışma alanları arasında sorgulayıcı fen öğretimi, bilimin doğası, kavramsal öğrenme ve teknolojinin fen sınıflarına entegrasyonu, biyoloji öğretmen eğitimi ve eğitimde ölçme ve değerlendirme yer almaktadır. İletişim: Marmara Üniversitesi, Atatürk Eğitim Fakültesi Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı, Göztepe Yerleşkesi 34722 İstanbul. E-posta: [email protected]. Tel: +90 216 345 90 90 / 298. tas, 2003; Steawart ve Dale, 1989; Steawart, Hafner ve Dale, 1990; Şahin ve Parim, 2002; Tekkaya, Çapa ve Yılmaz, 2000; Temelli, 2006). Biyoloji öğretmen adaylarının biyolojik süreç ve olayları açıklamaya çalışırken verileri yorumlama, tahminde bulunma ve hipotez test etme gibi bilim insanlarının düşünme ve akıl yürütme stratejilerini kullanmaları istenen bir durumdur. Bunlar öğrencilerin konuyu derinlemesine anlamalarına imkan tanıyacak anlamlandırma aktiviteleridir (Cooper, Hanmer ve Cerbin, 2006). Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavramlarını anlayışlarını ortaya koymak ve genetik problem çözme süreçlerinde karşılaştıkları kavramsal ve süreçsel zorlukları açıklamaktır. Kavram Yanılgıları ve Nedenleri Kavram yanılgıları, bilim kamuoyunun yaygın olarak kabul ettiği anlamlardan sapan kavramsal düşünce kalıplarıdır (Bahar, 2003; Clement, 1982; Smith, 1989). Geleneksel öğretim yöntemleri ile 1651 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ değişmeye karşı dirençli olan kavram yanılgıları çoğu kez öğrencilerin ön bilgilerinden ve günlük deneyimlerinden kaynaklanır (Halloun ve Hestenes, 1985). Öğrenciler kavram yanılgılarını zaman içerisinde aktif olarak, enerji harcayarak, oluşturduklarından bu yanılgılara duyuşsal ve entellektüel olarak bağlıdırlar. Ancak kavram yanılgıları sadece günlük hayattaki tecrübelerden veya primitif dünya görüşünden kaynaklanmayıp öğretime dayalı olarak hem formal hem de informal öğretim sonucu da oluşabilir (Barras, 1984; Gniffithi ve Grant, 1985; Kesercioğlu ve Dalkıran, 2006; Smith, 1989). Örneğin formal öğretimde kullanılan ders kitapları kavram yanılgılarının önemli bir kaynağını oluşturmaktadır (Dikmenli ve Çardak, 2004; Dikmenli, Çardak ve Öztaş, 2009). Öğrencilerin bilgi, ilgi, anlama ve kavram yanılgıları üzerinde öğretmenlerin çok kritik bir etkisi vardır. Shaw, Horne, Zhang ve Boughman (2008) biyoloji öğretmenlerinin kişisel bilgi, ilgi ve yanlılıklarını öğrencilerinde de aynı şekilde gözlemlemişlerdir. Aynı araştırmada biyoloji öğretmenlerinin düzelttiği genetik ile ilgili öğrenci yazılarının %55,6’sında önemli kavram yanılgıları tespit edilmiştir (Shaw ve ark., 2008). Azar (2003), öğretmen adaylarının kendilerini bir öğretmen olarak öğrencilerine kavramsal öğretim yapabilecek yeterlikte hissetmediklerini rapor etmiştir. Longden (1982), öğrencilerde ortaya çıkan genetikle ilgili kavram yanılgılarının aslında bizzat genetik konularının kendi doğası ile ilişkili olduğunu vurgulamaktadır. Bunun dışında kavram yanılgıları, genetiği anlamak için gerekli olduğu düşünülen diğer bilgi ve kavramlara ilişkin öğrencinin başarı ve ilgi seviyesi, öğrencinin zihninde var olan eski şemaları yeni bilgiler ile tümleyebilme, örtüştürebilme becerisi, genetiğe karşı olan tutum gibi öğrenci kaynaklı faktörlerden de doğabilir. Problem ve Problem Çözme Literatürde çok farklı anlamları olan ‘problem’ kavramı genel anlamda problem çözücü için bir engel niteliği taşıyan ve çözümü için önemli olan noktanın, uygun yöntemi bularak bu yöntemi beceri haline dönüştürme olan durumlar olarak tanımlanır (Altun, 2000; Kalaycı, 2001). ‘Problem çözme’ ise hem konu alanı bilgisi hem de duruma uygun bilişsel stratejileri seçip kullanmayı gerektiren bir etkinlik olup, kişiyi sonuca ulaştıracak aracı bulup işe koşmak olarak tanımlanmıştır (Senemoğlu, 2005). Literatürde bilimsel yöntem kavramı, problem çözme kavramı ile çoğu kez eş tutulmakta hatta bilimsel yöntem, problem çözmenin makro düzeyde genelleştirilmiş örneği olarak kabul edilmek- 1652 tedir. Problem çözme süreci için Kneeland (2001) ‘döngülü model’ (iterative model) önermiştir. Bu model problemi anlama, gerekli bilgileri toplama, problemin köküne inme, çözüm yolları geliştirme, en iyi çözüm yoluna karar verme ve problemi çözme aşamalarından oluşur. Problemi anlama aşaması durumla ilgili gerçekleri ve bilgileri toplama ve analiz etmeyi gerektirir. Bu modelde en önemli aşama son aşamadır. Çünkü bu aşamada problem çözücü problem çözmenin birinci aşamasına gidip tekrar başlamak gerekip gerekmediğini anlar. Bu nedenle bu sürece ‘döngülü model’ adı verilmiştir. Bu modelde problem çözücü gerektiğinde en başa dönerek ilk uygulamanın neden çalışmadığı konusundaki tüm ipuçlarını tekrar toplayabilir. Adair (2000) karar verme ve problem çözme süreçlerini birleştiren bir model önermiştir. Adair’e (2000) göre düşünme ve problem çözme çok aşamalı, karışık bir süreçtir. Bireyin problem çözme ve karar verme sürecinin hangi basamağında olduğunu rahatça anlayabilmek ve aynı adımda herkesin aynı yerde olmasını sağlamak için mutlaka basit bir köprünün kurulması gerektiğini savunmuş ve buradan yola çıkarak problem çözme süreci için ‘köprü modeli’ni önermiştir (Şekil 1). Şekil 1. Problem Çözme Sürecinde Köprü Modeli Lumsdaine ve Lumsdaine (1995), insanların günlük hayatta kullandıkları problem çözme metotlarından bazılarını, deneme-yanılma, varsayım, sonucu belli olmayan yani açık uçlu denemeler (unguided experimentation) ve sezgi, nadiren de eğitimde de kullanılan bilimsel metot olarak sıralarlar. Bazı disiplinler için geliştirilen problem çözme metotları ve özellikleri tablo 1’de özetlenmiştir. Literatürde ‘problemler’ çok çeşitli olarak sınıflandırılmıştır. Ancak bu araştırmada Orcajo ve Aznar’ın (2005) sınıfladığı genetik problem türleri esas alınmıştır. Buna göre, ders anlatımı sırasında kullanılan ve örnek olarak öğrencilere anlatılan genetik problemlerinin tipolojisi iki gruba ayrılır. Bunlar, neden-sonuç problemleri (causes to effects problems: kapalı problemler) ve sonuç-neden problemleridir (effect to causes problems: açık problemler). Steawart, sonuç-neden problemlerinin, neden-sonuç problemlerine göre daha iyi çalıştığını KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar Tablo 1. Çeşitli Disiplinlerde Problem Çözme Metotları ve Adımlar Bilimsel Metot (Fen Bilimleri) Yaratıcı Düşünme (Psikoloji) Polya’nın Metodu (Matematik) Analitik Düşünme (Mühendislik) 8- D Metodu (Endüstri) Yaratıcı Problem Çözme (Birçok Problem) Tümevarımsal veri analizleri ve hipotezler Kaynakları araştırma, keşfetme Problem nedir? Tanımlama ve kabataslak bir sistem oluşturma: Bilinmeyenleri tanımlama Takım yaklaşımı kullanma, problemi tanımlama Problemin tanımlanması: veri toplama ve analiz etme Mümkün olan çözümlerin tanımlanması Olasılıkların kuluçka dönemi Çözümü planlama Problemi modelleme Acil durumla ilgilenme, temel sebepleri bulma Fikir geliştirmeyaratıcı düşünceyi değerlendirme- daha iyi fikirler Alternatif çözümleri deneme Açıklama dönemi, çözümde karar, tanımlama ve aydınlanma Alternatiflere bakma Deneyimler ve süreci analiz etme Düzeltici yolları test etme ve en iyi hareket yolunu planlama Fikre karar verme yetisi ve karar verme-en iyi çözüm En iyi çözümü uygulama Doğrulama ve küçük değişiklikler Planı gerçekleştirme, Sonuç çözümleri sonuçları kontrol değerlendirme etme Planı uygulama, problemin tekrar etmesini önleme, takımın kutlanması Çözümü uygulama ve tamamlama, Ne öğrenildi? (Lumsdaine ve Lumsdaine (1995)’den revize edilmiştir). savunmuş ve lise ders kitaplarındaki neden-sonuç problemlerinin (örneğin ebeveyn genotiplerindekibaskınlık çekiniklik durumlarından yola çıkarak oğul döllerin genotip ihtimallerini bulma problemleri) bir takım algoritmalar kullanılarak çözülebilen problemler olduğu için, doğru cevaba ulaşan öğrencilerin genetik bilgi düzeyini ölçmede çok fazla yardımcı olamayacağını belirtmiştir. Araştırmanın Amacı ve Önemi Olayları ve durumları ‘anlama’ ile ‘problem çözme’ çok benzer bilişsel kavramlardır (Stewart ve Hafner,1994). Bu nedenle okullarda öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirecek biçimde düzenlenmiş eğitim öğretim sistemlerine duyulan gereksinim büyüktür. Üst düzey bilişsel bir süreç olan problem çözme becerileri, eğitim ile geliştirilebilir niteliktedir (Altun, 2000; Kneeland, 2001; Senemoğlu, 2005). Öğretmenler genetik derslerinde öğrencilerinin, gametlerin dağılımını, bazı genetik modelleri vb. anlayabilmeleri için çoğu kez problem çözmeyi tercih ederler. Buradan hareketle ülkemizde eğitim araştırmaları içinde genetik odak alınarak, genetikte problem çözmeye, kavramsal bilgi düzeyinin problem çözme sırasındaki etkilerinin ne boyutta olduğunu anlamaya, genetik problem çözme becerilerini geliştirmek için nelere dikkat edilmesi gerektiğine vurgu yapan çalışmaların yapılmasının önemi açıktır. Araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarında bazı te- mel genetik kavramlara ait yanılgıların olup olmadığını tespit ederek, var olan kavram yanılgılarının onların problem çözmelerine olan olumsuz etkilerini vurgulamak, ayrıca hipotez geliştirme, veri toplama, analiz yapabilme gibi üst düzey becerilerin kullanımının gerektiği genetik problemlerinde öğretmen adaylarının yaşadıkları süreçsel zorlukları tespit etmektir. Böylece bu araştırma, üniversitelerde genetik dersi içeriğinin yeniden gözden geçirilmesine de ışık tutacak, elde edilen bulgular nitelikli biyoloji öğretmeni yetiştirmede kullanılabilecektir. Yapılan alan yazın taramalarında, genetik kavram yanılgıları veya farklı alanlardaki problem çözme konularındaki çalışmalara ülkemizde rastlanabilmekte iken, kavram yanılgılarının problem çözmeye olan bilişsel ve süreçsel etkilerini doğrudan odak alan araştırmalar ile problem çözme konusunun genetik alanındaki yansımalarını inceleyen çalışmalara ihtiyaç vardır. Problem çözme ve genetik kavram yanılgıları ile ilgili araştırmaların ülkemizde özellikle orta öğretim düzeyinde yoğunlaştığı (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal, Bayram ve Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Kesercioğlu ve Dalkıran, 2006; Nakiboğlu ve Kalın, 2003; Şahin ve Parim, 2002; Tatar ve Cansüngü Koray, 2005) ancak lisans seviyesinde çalışmalara ihtiyaç duyulduğu görülmüştür. Bu araştırma eğitim bilimleri alanına genel anlamda; öğretmen merkezli sorunlar ve öğretmen yetiştirme, kavram yanılgıları ve kavramsal öğrenme ile genetik problemlerini çözmedeki sorunlar noktasında katkı sağlaması bakımından önemlidir. 1653 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ Tablo 2. Araştırmanın Metodolojisine Genel Bakış Araştırma Alt Problemleri Biyoloji öğretmen adaylarının, genetik ile ilgili kavramsal bilgi düzeylerinin ve kavram yanılgılarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorluklar ile ilişkisi nedir? Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir? Veri Toplama Teknikleri Veri Toplama Aracı Veri Toplama Aracının Kullanım Amacı Doküman analizi Genetik başarı testi (GBT) çözüm kağıtları Kavramsal anlayışı tespit etme, veri kodlarını oluşturma,veri çeşitlemesi sağlama, güvenirliği arttırma, genelleme yapmayı kolaylaştırma Yarıyapılandırılmış Görüşme Yarı-yapılandırılmış görüşme formu + GBT çözüm kağıtları Kavramsal anlayışı derinlemesine inceleme, problem çözmede kavramsal takılmaların nedenlerini tespit etme Doküman analizi Genetik başarı testi (GBT) çözüm kağıtları Süreçsel uygulama ve davranışları tespit etme, veri çeşitlemesi sağlama, güvenirliği arttırma, genelleme yapmayı kolaylaştırma 4. sınıf 38 kişi 8 Erkek, 30 Bayan Yarıyapılandırılmış Görüşme Yarı-yapılandırılmış görüşme formu + GBT çözüm kağıtları Süreçsel uygulama ve davranışları derinlemesine inceleme, süreçte ortaya çıkan takılmaların problem çözmedeki etkilerini tespit etme 4. sınıf 3 kişi 1 Erkek, 2 Bayan Araştırma Problemi Bu araştırmada ‘Biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavram anlayışları nasıldır? ve Temel Mendel genetiği kavramlarına dayanan genetik problemlerinin çözümününde karşılaştıkları zorluklar nelerdir?’ ana probleminin altında: (a) Biyoloji öğretmen adaylarının, genetik ile ilgili kavramsal bilgi düzeylerinin ve kavram yanılgılarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorluklar ile ilişkisi nedir? (b) Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir? alt problemlerine cevap aranmıştır. Yöntem Bu araştırmada nitel araştırma yaklaşımlarından, durum çalışması (örnek olay = case study) yaklaşımı kullanılmıştır. Araştırmaya Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Biyoloji Öğretmenliği Bölümü 4. ve 5. sınıflarında öğrenim gören, önceki dönemlerde genetik dersi almış, toplam 70 (18 erkek, 52 bayan) öğretmen adayı katılmıştır. İlk aşamada, hazırlanan Genetik Başarı Testi (GBT) tüm 4. ve 5. sınıf öğretmen adaylarına uygulanmış ve çözüm kağıtları doküman analizine tabi tutulmuş- 1654 Katılımcılar (N=70) 4. sınıf 38 kişi 8 Erkek, 30 Bayan 5. sınıf 32 kişi 10 Erkek, 22 Bayan 4. sınıf 3 kişi 1 Erkek, 2 Bayan 5. sınıf 3 kişi 0 Erkek, 3 Bayan 5. sınıf 32 kişi 10 Erkek, 22 Bayan 5. sınıf 3 kişi 0 Erkek, 3 Bayan tur. Bu analizde her bir soruya özel hazırlanmış olan çözüm adımları akış tabloları kullanılmıştır. Doküman analizinde GBT çözüm kağıtları puanlandırılmış, elde edilen puanlar yüksek, orta ve düşük puan değeri setlerine ayrılmıştır. Analiz sonuçları bulguların güvenirliğini arttırmak ve araştırmanın temel veri kaynağı olan yarı-yapılandırılmış görüşmelere katılacak adayları belirlemek için kullanılmıştır. Görüşme katılımcılarını belirlemede amaçlı örnekleme tiplerinden ‘maksimum çeşitlilik örneklemesi yöntemi’ (Patton, 1990) kullanılmıştır. Araştırılan probleme taraf olabilecek bireylerin maksimum çeşitliliğini sağlamakla birlikte, küçük bir örneklem üzerinde derinlemesine çalışmaya imkan tanıması ve çeşitlilik gösteren durumlar (düşük, orta ve yüksek GBT puanları) arasında herhangi bir veya birkaç ortak olgunun (bu araştırma için kavramsal veya süreçsel boyutta söz konusu olan yanılgı, hata ve sorunlar) olup olmadığını varsa bunların neler olduğunu tespit etmede kullanılabilmesi nedeniyle bu yöntem tercih edilmiştir. Böylece zengin içerikli verilere ulaşabilme sağlanmıştır. Sözü edilen her puan değeri setinden, biri 4. sınıf diğeri 5. sınıftan 2 aday olmak üzere toplam 6 gönüllü katılımcı ile yarı-yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Araştırmanın alt problemlerini cevaplamak için kullanılan veri toplama tekniği, veri toplama araçları ve araştırmanın metodolojisini özetleyen genel bir bakış tablo 2’de verilmiştir. KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar Tablo 3. Yarı-Yapılandırılmış Görüşmelerin Analizi Sonu Oluşan Kategori, Boyut, Tema ve Kodlar Kategori Boyut Tema Kod Gen, allel kavramı Genotip, fenotip kavramı Dominant, resesif kavramı Mendel Genetiğine Ait Kavramlar Homozigot (saf ırk), heterozigot kavramı Kendileşme kavramı Kavramsal Boyut Kontrol (test) çaprazlaması kavramı Bağlı gen (linkaj) kavramı Mendel Genetiğinin Uzantılarına Ait Kavramlar Genetik Anlama ve Uygulama Krossing-over kavramı Epistasi kavramı Gamet çeşitlerini bulma ve yazma Punnet ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlamayı yapma Çaprazlama Yapabilme Süreçsel Boyut Yavruların genotip ve fenotip oranlarını belirleyebilme Model Geliştirebilme Olasılıksal düşünme ve modele ilişkin farkındalık Genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyebilme Gen-Kromozom İlişkisi Kurabilme Genler arası uzaklığı hesaplayabilme Araç- amaç analizi yapma Problemi Anlamaya Çalışma Önemli bilgiyi belirleyebilme Yeniden ifade etme Genel Problem Çözme Süreçsel Boyut Örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğrudan söyleme Çözüm Planı Yapma ve Uygulama Neden-analiz yöntemini kullanma Deneme-yanılma yöntemi kullanma Olasılıksal düşünme Sonuçları Değerlendirme Kontrol etme Hatasını fark edip düzeltme Veri Toplama Araçları Genetik Başarı Testinin Analizi Genetik Başarı Testi ana kaynakların taranması sonucu kapsam ve içeriği uygun bulunan 25 soruluk havuzdan, üç uzmanın görüşü alınarak seçilen, herbiri tek başına veya farklı sayılardaki alt sorulardan oluşan dört soruluk bir ölçme aracıdır. Uygulama öncesinde her sorunun çözümü için gereken bilgi ve beceriler belirlenmiştir. Test süre kısıtlaması yapılmadan uygulanmıştır. Katılımcıların problem çözme süreçleri ve kavramsal anlayışlarını derinlemesine incelemek için yarı-yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Görüşme protokolü önce uzmanlar tarafından incelenmiş, sonra yarıyapılandırılmış görüşmelere seçilen 6 katılımcının haricindeki iki öğretmen adayına pilot olarak uygulanıp son şekli verilmiştir. Görüşmelerde her bir katılımcıya görüşmenin amacını belirten ‘tanışma protokolü’ çerçevesinde bir giriş yapılmış, ardından görüşme formundaki sorular yöneltilmiştir. Görüşmeler, ses kayıt cihazı ve video kameraya kaydedilmiştir. Çözüm adımları akış tabloları kullanılarak yapılmıştır. Tabloda belirtilen her bir çözüm adımına, doğru ise 1, atlanmış veya yanlışlık yapılmışsa 0 puan verilmiştir. GBT 3. sorusunda ise her bir alt soru kendinden önceki alt soru ile doğrudan veya dolaylı yoldan bağlantılı olmasına karşın katılımcıların çoğunun bu alt sorulardan bazılarını çözüp bazılarını atladığı görülmüştür. Bu durumun incelenmesi katılımcıların verdikleri cevapların ne denli tutarlı olduğunu da göstermiştir. Sonuçta 1. soru için alınabilecek en yüksek puan 5, 2. soru için 8, 3. soru için 7 ve 4. soru için 3 puandır. GBT’den en fazla toplam 23 puan alınabilir. Bu araştırmada doküman analizinin görüşmelere ek olarak veri sağlama amaçlı kullanılmasının altında yatan temel amaç, tepkiselliğinin olmayışı nedeni ile görüşmelerden elde edilen verilerin güvenirliğini arttırmak ve daha geniş bir katılımcı grup oluşturmaktır. 1655 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ Yarı-Yapılandırılmış Görüşme Verilerinin Analizi Görüşmelerin çözümlenmesinde görüşmelerin yazıya geçirilmesi, tüm GBT kağıtlarının ‘sürekli karşılaştırma metodu’ ile incelenmesi ve literatür taraması sonucu anlamlı veri kategori, boyut, tema ve kodlarının tespiti, bunların tanımlanması, verilerin kodlanması, kodlama tutarlılığının tespit edilmesi aşamaları kullanılmıştır. Kodlamada N-VIVO nitel veri yönetme programı kullanılmıştır. Kodlama güvenirliğini sağlamak amacıyla kodlama ikinci bir araştırmacı tarafından bağımsız olarak yapılmıştır. Kodlayıcılar arasında tutarlılık değerlendirme toplantılarındaki tartışmalar ile sağlanmıştır. Sürekli karşılaştırma metodu ile yapılan açık ve aksiyal kodlama sonucunda oluşan kod, tema, boyut ve kategoriler tablo 3’te verilmiştir. Doküman analizi verilerini kullanarak veri çeşitlemesi yapılmış, bulguların geçerlik ve güvenirliği arttırılmaya çalışılmıştır. Görüşmelerin gerçekleştirilmesi sırasında video kamera ve ses kayıt cihazı birlikte kullanılarak katılımcıların beden dili ile verdikleri tepkisel yanıtlar da kaydedilmiştir. Bulgular Alel kavramının tanımını başlangıçta bu şekilde yapan Yahya, mülakatın ilerleyen kısımlarında problem çözümü esnasında ise alel kavramı için ‘birbirine uygun baz çiftleri’ şeklinde bir ifade kullanmış, ‘alel’ ile ‘azotlu organik baz’ kavramlarını karıştırmıştır. Allel kavramının gerçek anlamda özümsenmemiş oluşunun göstergelerinden biri de katılımcıların GBT 2. sorusu çözümleridir. Görüşmeye katılan 6 öğretmen adayından 5’i ‘bağlı gen modeli’ne dayalı bu soruyu ‘eş baskınlık modeli’ne göre çözmüşlerdir. Bu durum katılımcıların, aynı kromozom üzerinde farklı lokuslarda bulunan ‘bağlı genleri’, homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulunan ve birbirinin ‘alel’i olan genler ile karıştırdıklarının, aynı zamanda ‘farklı genler’in ve ‘alel’lerin kromozomlar üzerindeki lokasyonu ile ilgili bilgilerinde sorun yaşadıklarının göstergesidir. Doküman analizleri sonucu elde edilen bulgular da görüşmelerden elde edilen bulguları desteklemektedir. Bunun için bağlı gen kavramı, bağlı genlerin ve krossing-over olayının fenotip ve genotip oranlarına etkisi bilgisi ile model geliştirebilme becerilerini ölçen GBT 2. sorusunun hangi çözüm adımlarından itibaren kaç öğretmen adayının takıldığı ve çözümünü devam ettiremediğini gösteren tablo 4 incelenebilir. Kavramsal Bilgi Düzeyi ve Problem Çözme Süreci Bu araştırmada, başarılı problem çözmeyi engelleyen en önemli faktörlerden birinin kavramsal anlayış olduğu görülmüştür. Öğretmen adayları için sorunlu kavramlardan en göze çarpanı ‘alel’ kavramıdır. Katılımcıların birçoğunda bu kavramla ilgili tutarsızlıklar, bilgi eksiklikleri ve yanılgılar fark edilmiştir. Örneğin Berna, görüşmeler boyunca ‘alel’ terimini kullanması gerektiği yerlerde ‘gamet’ terimini kullanmıştır. Aylin ise ‘alel’ tanımı için şunları söylemiştir. Araştırmacı: Alel ne demektir? Bir örnek vererek açıklar mısınız? Aylin: Alel, bir karakter üzerinde etkili ne denir? Gen mi desem? Onu da tam bilemiyorum. Anneden ve babadan gelenler… Mesela babadan kahverengi özellik gelse, anneden mavi göz özelliği gelse bunlar aynı karakterin alelleri. Tanımı böyle yaptım ama doğru yapıp yapmadığımı düşünüyorum. Emin olamıyorum. Aylin, alellerin bir genin farklı alternatifleri olduğunu tam olarak ifade edememiş, alelin yapısının ne olduğundan emin olamamıştır. Yahya ise şu ifadeleri kullanmıştır. O bir gen çeşidi. Bir genin farklı çeşitleridir yani varyasyonlarıdır. Mesela A ve a birbirinin alelidir. Çünkü genin çeşitleridir. Genin varyasyonlarıdır. 1656 Tablo 4. Soru 2’nin Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70) Sınıf Tamamen Çözüm Adımları Boş Düzeyi Doğru 2.a 2.b 2.c 2.d 2.e 2.f 2.g 2.h 4. Sınıf 13 (n=38) 0 9 0 0 2 0 0 13 1 5. Sınıf 3 (n=32) 6 6 0 0 9 0 0 2 6 Öğretmen adaylarının bu sorunun 2.a ve 2.g basamaklarında takılmalarının nedenlerinden birinin allel kavramı bilgisinin yetersizliği olduğu görülmüştür. Katılımcılarda gözlenen bir diğer sorunlu kavram kullanımı ‘resesiflik’ kavramına ilişkindir. Bengü’nün örnek olarak verilen resesif kavramına ilişkin açıklamasında kullandığı ifadeler, genetiğin konuşma dilinden farklı bir dili oluşunun, problem çözmedeki etkisini gösterir niteliktedir. Araştırmacı: Çekinik karakter nedir? Bengü: Fenotipte etkisini gösteremeyen ya da sadece heterozigot halde iken kendini ifade edilebilen karakterdir. Yani baskın karakter kendisini homozigot ve heterozigot halde iken kendisini gösterebilirken, çekinik karakter sadece heterozigot halde kendini gösterebilir. KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar Resesif kavramının kullanımının problem çözmede olumsuz yansımasına GBT 4. sorusunun çözümünde karşılaşılmıştır. Doküman analizinde GBT 4. sorusunun hangi çözüm adımlarında kaç öğretmen adayının takıldığını gösteren tablo 5 aşağıda verilmiştir. Tablo 5. Soru 4’ün Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70) Sınıf Düzeyi Boş Tamamen Doğru Çözüm Adımları 4.a 4.b 4.c 4. Sınıf (n=38) 6 0 32 0 0 5. Sınıf (n=32) 7 6 17 0 2 Doküman analizleri sonucu 4.a çözüm basamağında takılma nedenlerinden birinin resesif kavramı ile ilgili tutarsızlıklar olduğu görülmüştür. Örneğin doküman analizlerinde katılımcılardan birinin çözüm sırasında ‘İlk çaprazlamada sonuç hepsi beyaz çıkıyor ise beyaz gen resesif olduğundan dolayı bu gerçekleşir’ şeklinde bir not düşmüş olduğu, çözümün devamında ise 131: 29 oranına bakıp bu kez ‘beyaz bireyler daha fazla olduğundan bb daha fazla bulunmalıdır’ şeklinde bir açıklama yaptığı görülmüştür. ‘bb’ katılımcının saf ırk beyaz bireylere verdiği genotiptir. Problem çözümünü engelleyen kavramsal sorunlardan biri de homozigot (saf ırk) ve heterozigot (melez, hibrit) kavramlarına ilişkin olarak karşımıza çıkmaktadır. Görüşmeye katılan bütün öğretmen adaylarında, saf ırk tanımı ve problem çözümünde kullanımı arasında tutarsızlılar vardır. Örneğin, Bengü, GBT 2. sorusunu çözerken başlangıçta, ‘saf ırk’ çizgili bireyi ddLL olarak, ‘saf ırk’ düz bireyi ise ddll olarak göstermiş ve çaprazlamalarını yapmıştır. Sorunun bu çaprazlama basamağında aynı zamanda kendileştirme vardır ve soruda kendileştirme sonucunda 3/4 oranında çizgili, 1/4 oranında düz bireylerin oluştuğu belirtilmektedir. Oysaki Bengü işte bu noktada kendileştirmenin yapılmış olduğunu, soruyu tekrar tekrar okumuş olmasına rağmen atlamış ve atadığı genotiplerin hatalı olduğunu düşünmüş, kendileşme yapmadığı için ddLL ile ddll çaprazının sonucu %100 ddLl çıkmış ve bu da öğretmen adayını şaşırtmıştır. Hatasının nerede olmuş olabileceği sorulduğunda ise ‘heterozigot mu acaba?’ diyerek, soruda belirtilmesine rağmen saf ırk çizgili bireyi ddLl olarak ifade ederek çaprazlamayı tekrar yapmıştır. Bengü bu durumu GBT 4. sorusunun çözümü sırasında da gerçek- leştirmiş, tahmin ettiği genetik model verilen, genotip oranlarına uymadığı için ‘saf ırk’ kavramını ‘heterozigot’ olarak kabul etmiştir. Kavram ile ilgili doğru sayılabilecek tanımlamalar yapabilen Berna ise aynı soruda aynı tutarsızlıkları göstermiş, soruda verilen genetik oranlar ile kendi bulduğu genetik oranlar uymadığı için, başlangıçta yaptığı doğru saf ırk tanımını Bengü gibi uygulamada değiştirmiştir. Berna’ya bu sorudaki hatasının nereden kaynaklandığı sorulduğunda, “Bilmiyorum, büyük ihtimalle saf ırkın tanımında bir hata yapıyorum. Heterozigotluk falan mı demek acaba?” diyerek, saf ırk kavramını tam olarak kavrayamamış olmasının soruyu çözüme ulaştırmasında bir engel teşkil ettiğini göstermiştir. Kontrol (test) çaprazlama kavramındaki sorunların yansıması da problem çözümünde belirgin haldedir. Görüşmeye katılan 6 kişiden 2’si dışında hepsinde kontrol çaprazlamanın ‘baskın fenotipli bir bireyin genotipinin belirlenmesinde kullanıldığı’ bilgisi hakim iken, ‘genlerin bağlı olup olmadığının ortaya çıkarılmasında da kullanılabildiği’ bilgisi mevcut değildir. GBT 3. sorusunun d alt sorusunda, b alt sorusunda yapılması istenilen kontrol (test) çaprazlamasının beklenen fenotip sonuçlarını vermediğini gösteren bir tablo verilmiştir. Katılımcıların burada kontrol çaprazlaması sonuçlarının beklenen oranlardan farklı çıkmış olmasını, söz konusu genlerin bağlı olmasından kaynaklanmış olabileceğini yorumlaması beklenmektedir. Katılımcılardan Berna GBT 3’teki tablo için şu ifadeleri kullanmıştır. Berna: Tabloda verilen en fazlalar atasallar oluyordu. Araştırmacı: Neden? Berna: Bilmem tamamen ezbere. Yani çıkan en fazlalar atasallar. Ondan sonra atasalları bir yere çıkarıyorduk şu şekilde. Buradan sonra 2. en fazla çıkanları çıkartıyoruz. Bunlar çift krossing-over yapmış olanlar … Katılımcı burada tabloyu yorumlamayı ve bu tablodan anlam çıkarmayı başaramamıştır. Çünkü buradaki kontrol çaprazının nasıl yorumlanması gerektiğini bilmemekte, tamamen derslerde yapmış oldukları benzer soruların çözümlerinden yola çıkarak işlemlerini ezbere yapmaktadır. Aylin ise GBT 3 c sorusunu niçin boş bıraktığı sorulduğunda ‘test çaprazlaması yapmanın genlerin bağlılığına kanıt olup olamayacağını bilemediğim için bu soruyu direkt geçmişim sanırım’ diyerek soruyu boş bırakmasının kontrol (test) çaprazlaması ile ilgili bu bilgiye sahip olmamasından kaynaklandığını belirt- 1657 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ mektedir. Benzer şekilde Serpil de ‘Benim bildiğim test çaprazlaması kavramının içinde genlerin aynı kromozom üstünde olup olmadıklarını anlamaktan çok, ben genotipi anlamak için yapıldığını biliyorum, demek ki yapılıyormuş bu yüzden soruyu boş bıraktım’ ifadesini kullanmıştır. Doküman analizleri sonucunda elde edilen bulgular görüşmelerden elde edilen bulguları desteklemektedir. Genetik başarı testinde 3. soruyu toplamda 22 kişi boş bırakmıştır. Sorunun tamamını hiçbir katılımcı doğru olarak çözmemiştir. Çözüm basamaklarındaki katılımcı performansı tablo 6’de verilmiştir. Tablo 6. Soru 3’ün Çözüm Adımlarındaki Başarılı Katılımcı Sayısı (N=70) Sınıf Düzeyi Çözüm adımları 3.a 3.b 3.c 3.d 3.e 3.f 3.g 4. Sınıf (n=38) 18 16 9 4 7 0 0 5. Sınıf (n=32) 17 17 13 23 21 7 0 GBT 3b ve 3c alt sorularını çözen katılımcı sayısının az olmasının nedeninin kontrol çaprazlaması ile ilgili tereddütlerden kaynaklanmış olduğu görülmektedir. Bağımsız dağılım, bağlı gen ve krossing-over kavramları öğretmen adaylarında en problemli kavramlardandır. Katılımcılarda, GBT 2. ve GBT 3. sorularının çözümlerinde bu kavramlardaki sorunların problem çözmeye olumsuz etkileri net bir biçimde ortaya çıkmıştır. Katılımcılardan Serpil’e ‘bağlı gen’in ne demek olduğu sorulduğunda şu ifadeleri kullanmıştır. Serpil: Bağlı gen, anne mesela heterozigot durumda annenin bu genleri bağlı ise yavruya birlikte gönderecekti. Ama bağımsız durumda ise ikisinden birini gönderecektir. Mesela göz rengi için annede kahverengi göz ve mavi göz geni varsa çocuğuna hem kahverengi göz hem de mavi göz genini verecektir. Serpil Aa genotipli bireyin alellerini bir kromozomun iki kardeş kromatidi üzerinde karşılıklı lokuslarına yerleştirmiştir. Eğer bu genler bağlı genler ise A ve a alellerinin aynı gen lokusunda birlikte yer alıp birlikte bir gamete aktarılacağını savunmaktadır. Görüşmenin bir yerinde alel kavramını “karşılıklı kromozomlar üzerinde bulunan, aynı karaktere farklı yönlerden etki edebilen genler” olarak açıklamasına karşın, soru çözümündeki bu uygulamaları alellerin gametlere dağılımı, kromozom anomalileri, diploid olma, alellerin kromozomlar 1658 üzerinde lokasyonu, mayoz bölünme, bağımsız dağılım ve bağlı genler ile ilgili çok büyük kavram yanılgılarına sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum onun problem çözmesinde en büyük engellerden biridir. Soru 1’in başarılı çözümü 4 adım gerektirmektedir. Katılımcıların çözüm adımlarındaki performansları tablo 7’da verilmiştir. Tablo 7. Soru 1’in Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70) Sınıf Boş Düzeyi Tamamen Doğru Çözüm Adımları 1.a 1.b 1.c 1. d 4. Sınıf (n=38) 3 2 22 1 8 2 5. Sınıf (n=32) 5 2 12 4 3 6 Öğrencilerin birinci sorunun a basamağında takılmalarının en önemli sebebi, ‘bağımsız dağılım prensibi’ne bağlı olarak, mayoz bölünmede gamet oluşumu sırasında alellerin nasıl dağıldığını kavramsal olarak anlamamış olmalarıdır. GBT 2. sorusu ile GBT 3. sorusunun 3d, 3e ve 3f alt sorularının çözülememesinde yine bağlı genler, bağımsız dağılım ve mayoz bölünmeye ilişkin eksik anlayışların veya kavram yanılgılarının etkisi vardır. Problemlerin çözümündeki bir diğer engel ‘epistasi’ kavramı anlayışıdır. Epistatik genlerin etkileşimi Mendel genetik oranlarından sapmalara neden olur. Kavramsal bir epistasi anlayışı GBT 4. sorusunun çözümü için gereklidir. Ancak bazı öğretmen adayları diğer sorularda aranan genetik modelleri yanlış yorumlayarak bu modelleri epistasi ile karıştırmıştır. Serpil ‘Epistasi bir genin aynı karakter üzerine etki eden diğer bir geni maskelemesi yani, göstereceği özelliği engellemesidir’ şeklinde tanım yapmasına rağmen aşağıdaki ifadeler ile doğru bir kavramsal anlayışa sahip olmadığını göstermiştir. Serpil: Maskelemesi dedim ama eş baskınlık var, eksik baskınlık var. Epistat olmak eksik baskınlıkla aynı şey mi bilemiyorum. Yani üçüncü bir fenotip ortaya çıkıyordu ya işte biri beyaz diğeri kırmızı oluşanlar pembe heterozigot olmalılar ki eksik baskınlık ortaya çıksın. Ama eş baskınlıkta mesela AB kan grubunda ne oluyor? Baskınlık söz konusu değil bir birey ikisini de gösteriyor. Öğretmen adayının bilişsel yapısında epistasi, eş baskınlık, eksik baskınlık kavramları karmaşık haldedir. Serpil görüşmenin bir başka basamağında epistasiyi ‘bir karaktere birden fazla genin etki et- KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar mesi durumudur’ şeklinde tanımlamış, örnek olarak da A, B, O kan grubu sistemlerini vererek ‘çok alellik’ kavramı ile ilgili de sorun yaşadığını göstermiştir. Görüşmenin devamında ‘M ve N kan grupları, Rh kan grupları, A, B, O kan grupları bunların hepsi kan grubu karakterine etki ediyor. Öyle ise bunlar epistat genlerdir’ şeklinde bir açıklama yapmıştır. Doküman analizlerinde GBT 4. sorusunun 4a ve 4c basamaklarındaki takılmalarının nedenlerine bakıldığında, öğretmen adaylarının epistasi durumuna ilişkin genetik oranları yanlış yorumlamalarının temel neden olarak karşımıza çıktığı görülmektedir. Genetik oranların yanlış yorumlanmasında epistasi kavramının doğru anlaşılmamasının büyük etkisi vardır. Genetikte Problem Çözme Süreci ‘Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir?’ alt probleminin yanıtı ‘genetik anlama ve uygulama’ ile ‘genel problem çözme’ kategorilerinin ‘süreçsel’ boyutu altında incelenmiştir. Katılımcıların GBT’lerinde genetik anlama ve uygulama kategorisinin süreçsel boyutu altında üç tema incelenmiştir. Bunlar, ‘çaprazlama yapabilme’, ‘model geliştirebilme’, ‘gen-kromozom ilişkisi kurabilme’ temalarıdır. Gerek görüşmelerde gerekse doküman analizlerinde, gamet çeşitlerini bulma ve yazma, punnet ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlamayı yapma ile yavruların genotip ve fenotip oranlarını belirleyebilme kodları altında incelenen ‘çaprazlama yapabilme’ temasında gözlenen sorunların problem çözüm sürecini engellemiş olduğu görülmüştür. Örneğin, Berna GBT 3. sorusunu çözerken SsMmGg genotipli ebeveynin S, G ve M olmak üzere 3 çeşit gamet oluşturacağını belirtmiş, SsMmGg ile ssmmgg bireylerinin çaprazlamasını, önce Ss X ss sonra Mm X mm ve en son olarak da Gg X gg çaprazını ayrı ayrı uygulayarak soruyu çözmeye çalışmıştır. Allellerin bağımsız dağılımlar doğrultusunda bir gamete hangi kombinasyonlarla aktarılacağını kestiremeyen Berna, bu nedenle sorunun doğru çözümünü gerçekleştirememiştir. Doküman analizlerinden elde edilen bulgulara göre, GBT 1. sorusunun 1a çözüm basamağındaki takılmalarının sebeplerinden biri de bağımsız dağılım prensibine bağlı olarak mayoz bölünme ile gamet oluşumu sırasında alellerin nasıl dağıldığı ile ilgili sorunların varlığıdır. Katılımcılar GBT 1. sorusunun 1b, 1c ve 1d çözüm basamaklarında da çaprazlama yapabilme teması altında araştırılan Punnet karesi kullanımında dikkatsizlik yapma, fenotip ve genotip oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma ya da genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını yazma gibi problem çözümünün devamını engelleyen sorunlar yaşayabilmişlerdir. Genetik Başarı Testi katılımcıların, fenotip ve genotip oranlarını yorumlayarak model geliştirebilme becerilerini yoklayan sonuç-neden problemlerinden oluşmaktadır. Hem doküman analizinde hem de görüşmelerde fenotip ve genotip oranlarının yanlış tespit edilmesi, mekanik kullanılması ve yanlış yorumlanması gözlenmiştir. Örneğin, Cansu GBT 2. sorusunda, çizgili noktalı birey (AaBb) ile saf ırk düz bireyin (aabb) çaprazlama sonucunun 1:1:1:1 çıkması gerekirken, 9:3:3:1 çıkması gerektiğini belirtmiş, iki dihibrit bireyin çaprazlanma sonucunun 9:3:3:1 çıkacağını söylemiştir. Bu mekanik kullanım, onun problemi doğru biçimde çözmesinde bir engel oluşturmuştur. Doküman analizlerinde GBT 1. sorusunun 1a ve GBT 2. sorusunun 2a ve 2h çözüm adımlarındaki zorlukların temelinde de aynı nedenin yattığı gözlenmiştir. Öğretmen adayları, sonuç-neden problemleri şeklinde yöneltilmiş sorularda yoğun olarak ‘model geliştirebilme’ temasında zorluk yaşamışlardır. Model geliştirebilmek için verilen durumdaki genotip ve fenotip olasılıklarının iyi yorumlanabilmesi, bu olasılıkları ortaya çıkarabilecek hipotezlerin oluşturulup denenmesi ve hipotezin desteklenmesi gerekir. Katılımcıların model geliştirebilme becerileri ‘olasılıksal düşünme-modele ilişkin farkındalık’ kodu altında incelenmiştir. Görüşmeye katılan 6 katılımcıdan 5’i, GBT 2 sorusunda verilen fenotip oranlarını ortaya çıkaran modelin eş baskınlık olduğunu düşünmüştür. Soruda verilen en son çaprazlamadaki ‘noktalı’ ve ‘çizgili’ iki bireyin çaprazlanması sonucunun ‘noktalı-çizgili’ birey olması durumunun bu düşüncenin ortaya çıkmasında etkili olduğu görülmüştür. Katılımcılar iki özelliğin aynı anda görülmesini eş baskınlık olarak yorumlamış ve sonunda uyguladıkları model bir yerde tıkanmış, çözüm akışı devam edememiştir. Oysaki soruda verilen fenotip oranları, iki farklı karaktere etki eden iki ayrı genin bağlı genler olması durumunda ortaya çıkabilecek oranlardır. Aylin, GBT 2. sorusunun çözümünü eş baskınlık ve çok alellilik modeline göre ilerletmiştir. Aylin çizgili bireyi AA, noktalı bireyi BB, düz bireyi ise aa genotipleri ile ifade etmiştir. Onun modeline göre bu üç gen aynı karaktere etki etmektedir ve A ile B genleri birbirine eş baskın, A ve B genlerinin her ikisi ise a genine baskındırlar. Katılım- 1659 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ cı bu model üzerine kurduğu çözüm basamaklarında, ilk iki çaprazlama için bir hata görmemiş ancak üçüncü çaprazlamaya geldiğinde ise noktalı-çizgili birey ile düz bireyin çaprazlanması sonucunda sadece noktalı ve sadece çizgili olmak üzere 1:1 oranı ile iki fenotip ortaya çıkacak olduğunu gördüğünde hata yaptığını fark etmiş, soruyu çözmeyeceğini belirtmiştir. Bu soruda başarısız olan 5 katılımcıya görüşme sırasında, genetik modeli bu soru ile aynı olan fakat bu sorunun tersine, nedenden sonuca giden bir problem yöneltilmiştir. Sonuçta başarısız 5 katılımcının tümünün neden-sonuç problemi olan bu soruyu çözebildiği görülmüştür. Problemin yapısının veya soruş biçiminin problem çözücü tarafından algılanışının problem çözme sürecinde sorun oluşturabileceğini gösteren bu durumu, katılımcıların GBT 3. sorusundaki çözümleri de desteklemektedir. GBT 2. sorusu ile benzer şekilde bir sonuç-neden problemi olan ve alt sorulardan oluşan bu soruda öğretmen adaylarından, b alt sorusunu çözerken yaptıkları test çaprazlaması sonuçlarını, d alt sorusundaki tabloda sunulan fenotip sayıları ile karşılaştırarak, Mendel oranlarından sapma olduğunu fark etmeleri ve böylece genlerin bağlı oldukları sonucuna ulaşmaları beklenmektedir. Katılımcılardan Bengü bu soruda, ilk üç alt soruyu çözmeden son üç alt soruyu çözmüştür. Görüşmeler sırasında bunun nedeni sorulduğunda ‘derste son üç alt soruya benzer sorulardan daha çok çözdük bu yüzden bu soruları daha kolay çözüyorum’ ifadesini kullanmıştır. İlk üç alt soru temel bir çaprazlama sorusu olmasına rağmen klasik bir çaprazlama sorusu olarak değil de biçimsel olarak farklı sorulduğundan, katılımcı tarafından boş bırakılmış farklı bir problem türü olarak algılanmıştır. Katılımcı diğer alt sorularda genlerin bağlı genler olduğunu belirtmiş ancak bu modeli tabloyu kullanarak nasıl anladığı sorulduğunda ise açıklayamamıştır. Sadece en az olanın çift krossing-over ile oluştuğunun en fazla sayıda olanların atasal fenotipler olduğunun derste belirtildiğini buradan hareketle genlerin bağlı olduğunu anladığını söylemiştir. Benzer şekilde Berna GBT3d alt sorusu için aşağıdaki ifadeleri kullanmıştır. Araştırmacı: Bu tablo size neyi ifade ediyor? Neden bu işlemleri yaptınız? Berna: Burada yaptığımız şey şuydu. Şu en fazlalar atasallar oluyordu. Ancak bu söylediklerim tamamen ezbere. Ondan sonra atasalları çıkartıyoruz. Sanırım bundan sonra 2. büyükleri çıkartıyoruz. Bunlar çift krossing-over yapmış olanlar 2. büyükleri çıkarmışım zaten. Bu haritalama olayını kesinlikle bilmiyorum. 1660 Berna tablodaki fenotip oranlarını yorumlamamış, derslerde vurgulanan benzer soruların çözümlerinden yola çıkarak ezbere bir şekilde soruyu çözmeye çalışmıştır. Serpil ise GBT 3c alt sorusunu doğru bir biçimde çözerek fenotip oranlarını bulabilmiş, ancak d alt sorusundaki tablonun yanına ‘oranlar c sorusundakine benzer olmalıydı’ şeklinde bir not düşerek doğru yanıta ulaşamamıştır. Serpil’in ‘bağlı gen’ kavramını ‘aynı karaktere etki eden genlerin aynı kromozom üzerinde bulunmasıdır, bağlı genlerin olması durumunda yavruya bir ebeveynden bir karakter ile ilgili iki allel aktarılır. Bu da yavruda anormallik yaratır’ şeklinde yorumlaması ve sorudaki fenotip oranlarını fark edememesi soruyu çözememesinde en büyük etkenlerdir. Doküman analizlerinde GBT 2. sorusunun d ve h çözüm basamağında ve GBT 3. sorusunun alt sorularının çözümünde katılımcıların sorun yaşama nedenleri arasında model oluşturmada yaşanan sorunlar mevcuttur. Genetik anlama ve uygulama kategorisi altındaki süreçsel boyut içinde tartışılacak son tema ‘genkromozom ilişkisi kurabilme’dir. Bu tema altında katılımcıların GBT çözümlerinden elde edilen verilerde ‘genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyebilme’ ve ‘genler arası uzaklığı hesaplayabilme’ olmak üzere iki kod incelenmiştir. Bu kodlar altındaki veriler GBT 3. sorusunun analizlerinden elde edilmiştir. GBT 3. sorusundaki genlerin bağlı genler olduğunu tespit eden bir katılımcı, eğer bağlı genler ile krossing-over olayına ilişkin bilgisi tutarlı ve yeter düzeyde ise fenotip oranlarından yola çıkarak genlerin kromozom üzerindeki dizilimlerini rahatlıkla belirleyebilir. Krossing-over olayını doğru bir biçimde tanımlayabilmelerine rağmen, Cansu ve Bengü dışındaki tüm katılımcıların süreçsel olarak krossing-over ile ilgili kavramsal bilgilerini uygulayamadıkları ve genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyemedikleri görülmüştür. Bu katılımcılardan Yahya ve Serpil’in GBT 3e alt sorusunu çözerken kullandıkları ifadeler aşağıda verilmiştir. Yahya: Ortada hangi karakter vardır? Genler birbirine ne kadar yakın ise birbirlerine etkileri de o kadar fazla olur. Mesela bu gen ne kadar uzaksa (şekilde gösterir) bu geni etkilemesi ve o genin fenotipte etkisini göstermesi de o kadar az olur. Yaklaştıkça etkilenme oranı da artar. Ama ortada hangi gen var? Bu konuyu hiç hatırlamıyorum. Yahya görüldüğü gibi genlerin dizilimi ile ilgili bilgiyi hatırlayamamış genlerin birbirini etkilemesi yani epistasi ile ilgili eksik bilgilere sahip olduğunu göstermiştir. Serpil ise ortada hangi gen bulu- KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar nacağına krossing-over bilgilerini kullanarak değil de soru ifadesinde geçen cümlede verildiği sıra ile karar verdiğini belirtmiştir. Serpil: Ortada hangi genin olacağına karar veriniz sorusuna cevap ben göz rengi demişim. Neye göre demişim? Soru kökündeki ifadede ikinci sırada göz rengi karakteri verildiği için büyük ihtimalle öyle yapmıştım sınavda. Başka bir şey düşünmemiştim açıkçası. Bağlı gen ve krossing-over bilgisinden yola çıkarak genler arası uzaklığın hesaplanması işleminde ise görüşmelere katılan 6 katılımcıdan yalnızca Cansu GBT 3f alt sorusunda sorulan genler arası uzaklığı tespit edebilmiş ancak genler arası uzaklığın birimini GBT uygulaması sırasında değil de görüşmeler sırasında belirtmiştir. Bengü ise genler arası uzaklığın birimini mikron olarak belirtmiştir. Aylin, ‘Santimorgan tanımını daha önce hiç duymadım’ demiş, Serpil ve Yahya ‘genler arası uzaklığın nasıl hesaplandığını bilmediklerini’ ifade etmiş, Berna ise ‘formülleri falan vardı ama hatırlayamıyorum fakat birimi Santimorgan’ demiştir. Soru 3’ün e basamağında 4. sınıftan 7, 5. sınıftan 21 kişi başarılı olmuştur. ‘Genler arası uzaklığı bulma’ olarak belirlenen 3f çözüm basamağı ile ‘genler arası uzaklığın birimini belirleme’ olarak belirlenen 3g çözüm basamağını 4. sınıftan hiçbir katılımcı doğru çözemezken, 5. sınıflardan 3f çözüm basamağını 7 katılımcı doğru çözmüş fakat son çözüm basamağını 4. sınıf katılımcılarında hiç kimse doğru çözememiştir. Bu nedenle GBT 3. sorusunun tam olarak çözülememesinin nedenleri arasında, genler arası uzaklığın birimini bilmeme ve genler arası uzaklığın nasıl hesaplanacağını bilmeme durumlarının yer aldığı doküman analizleri ile de tespit edilmiştir. Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmeleri sırasındaki süreçsel uygulama ve davranışlarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorlukların oluşumundaki etkileri, bir de genel problem çözme kategorisinde incelenmiştir. Bu kategorinin süreçsel boyutu altında ‘problemi anlamaya çalışma’ ilk temadır. Problemi anlamaya çalışma problem çözme sürecinde kuşkusuz anahtar bir rol üstlenir. Problemin doğru bir biçimde anlaşılmaması problem çözücüyü ya yanlış sonuca ulaştırır ya da problemi ezbere, mekanik olarak, tesadüfen doğru sonuca yöneltir. Problemin anlaşılıp anlaşılmadığını kestirebilmek için tartışılacak ilk kod, ‘araç-amaç analizi’ yapabilmedir. Çözüm için gereken ve gerekmeyen bilgileri belirleme, ipuçlarını not alma veya gözden kaçırmama anlamına gelen ‘önemli bilgiyi belirleyebilme’ kodu ise proble- min anlaşılıp anlaşılmadığının en önemli göstergesidir. Sorudaki önemli bilgilerin belirlenmesi ve kullanılması yerine, sorudaki gereksiz noktalara takılmak veya onları sorunun çözümü için gerekli bilgilermiş gibi kullanmak problem çözücüyü yanlış çözüm süreçlerine götürecektir. Problemi anlamaya çalışma temasında incelenen son kod ise ‘yeniden ifade etme’dir. Yeniden ifade etme; şekil, şema, semboller, grafik vb. çizerek, problemi kendi ifadeleri ile yeniden tanımlama, sorudaki sembol, grafik şema vb. ne anlam taşıdığını ifade etme olarak tanımlanabilir. Problem çözücünün problem içinde geçen ifadeleri doğru bir şekilde yeniden yorumlayabilmesi, onun problemi anlayabildiğini gösterir. Yeniden ifade etmede yaşanılan durumlar, problem çözücünün problemi gerçekten anlayıp anlamadığını bize gösteren ipuçlarıdır. ‘Çözüm planı yapma ve uygulama’ teması altında; örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğrudan söyleme, neden-analiz yöntemini kullanma, deneme-yanılma yöntemi kullanma, olasılıksal düşünme kodları incelenmiştir. ‘Örnek ve ön kalıpları kullanma’ problem çözücülerin işini kolaylaştıran ve hızlandıran bir davranıştır. Ancak uygulanması sırasında kimi zaman sorunlar yaşanabilmektedir. Bu kod için en önemli bulgulardan biri genetik dersinden başarılı bir not ile geçen Cansu’nun aşağıda verilen görüşme alıntılarıdır. Araştırmacı: 2. sorudaki kalıtım modelini nasıl geliştirdiniz? Cansu: Soruda da zaten model uydurunuz diyor. Kafama göre bir model uydurmak için uğraştım. Çünkü genetik bu güne kadar öğrendiğimiz kadar basit değilmiş. Biz hep kalıba oturttuk. Yani, işte, 3’lü ise 9: 3: 3: 1 çıkar. Çıkmadığı durum olmamıştı. Cansu karşılaştığı normal genetik oranlardan sapmalar ile ilgili sorularda epistasi modelini kullandığını belirtmiştir. Cansu öğrendiği ön kalıplardan yararlanmak istediği için çözümünde hiçbir işlem yapmadan 9:3:3:1 oranının çıkması gerektiğini çıkmadığı için de ön kalıplarından hatırladığı kadarı ile bu durumun nedeninin epistasi olduğunu belirtmiştir. Oysaki çaprazlama sonucu elde etmesi gereken genetik oran 9:3:3:1 değil, 1:1:1:1’dir. Ayrıca sorudaki sonucun ortaya çıkmasına neden olan durum epistasi değil bağlı genlerin varlığıdır. Görüşmenin ilerleyen basamaklarında hatasını araştırmacının sorduğu sorular doğrultusunda fark eden Cansu aynı hatayı GBT 3. sorusunun çözümü sırasında da yapmıştır. Cansu epistasi sorula- 1661 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ rının yoğun olarak çıktığı sınavdan yalnızca o konuyu kısmen anlamış olması sayesinde geçmiş ve o dersten başarılı sayılmıştır. Problem çözücünün, problemi çözerken kullandığı çözüm adımlarını neden ve niçin kullandığını belirterek çözümü yapması anlamına gelen ‘neden-analiz yöntemini kullanma’ kodu başarılı problem çözücülerin başvurduğu bir yöntemdir. Bu koda ilişkin olarak GBT4. sorusunun çözümü için Aylin’in ifadeleri aşağıda verilmiştir. Araştırmacı: Bu soruda 3: 1 oranı çıkmamış ise hangi durumların etkisi olmuş olabilir? Aylin: Bunu çok iyi bilemiyorum. Çaprazlanan ırkın ne tür bir şey olduğunu bilemiyorum hiçbir şekilde onun da nasıl etkileri olacağını çıkaramıyorum. Mesela bizde normalde XX dişi XY erkek ama başka türlerde bu değişik olabiliyor. O zaman tabi eşeye bağlı katılım oranları daha değişik çıkabiliyor. Eşeye bağlı kalıtımın etkileri olabilir. Bağımsız dağılım olabilir. İşte onu bilemiyorum. Her şeyi denemem gerekiyor. Her şeyi düşünmek gerekiyor. Daha önce Drosophila ile de çalışmıştık. Şimdi onları net bir şekilde hatırlayamadığım için yanıt da veremiyorum. Aylin’in neden-analiz yöntemini kullanamayıp, rastgele işlemler yaparak sonuca ulaşmaya çalışmasının nedeninin aslında onun farklı genetik durumların genetik oranlara etkisinin nasıl olacağını bilememesinden kaynaklandığı görülmektedir. Doküman analizleri incelendiğinde, GBT 2. sorusunun 2d ve 2g çözüm adımlarında karşılaşılan süreçsel zorlukların nedeninin yine rastgele işlemler yapmak olduğu ve tutarsızlıklar nedeni ile problemin çözümüne ulaşılamadığı tespit edilmiştir. Alternatif çözüm modellerini deneyerek çözüme ulaşmaya çalışma anlamına gelen ‘deneme-yanılma yöntemini kullanma’, daha çok başarısız problem çözücüler tarafından tercih edilmektedir. Örneğin, Bengü GBT 2. sorusunun çözümünde, saf ırk iki bireyin çaprazlanması ile oluşan F1 bireyinin kendileştirilmesi sonucu 3: 1 oranı çıkması gerekirken, kendileştirmeyi dikkate almayıp atladığı için elde ettiği genetik oranlar soruda verilenden farklı çıkmış, bu nedenle saf ırk bireye atadığı genotipi birkaç kez değiştirerek tekrar çaprazlama yapmıştır. Bir başka deyişle, saf ırk bireylerden birine başta ddLL genotipini vermişken sonraki denemesinde ddLl genotipini atamıştır. Ancak kendileştirmeyi her seferinde atladığından doğru sonuca ulaşamamıştır. ‘Olasılıksal düşünme’ genetik problemlerinin çözümü için vurgulanması gereken bir diğer koddur. Olasılık kalıtımı anlamak ve analiz etmek için gerekli olan temel bir araçtır. Ancak birçok biyoloji öğ- 1662 rencisi bu konuyu anlamakta zorluk çekmektedir (Honeycutt & Pierce, 2007). Sayısal problem çözmenin zorluğunun yanı sıra istatistiğin soyut doğası, öğrencilerin genetik kavramları anlamalarını zorlaştırmaktadır. En basit düzeyde sorularda verilen ebeveynlere ait gamet çeşitlerinin tespit edilmesi sırasında katılımcıların olasılıksal düşünmesi gerekmektedir. Bunun için 2n formülü kullanma, öğrencilerin işini kolaylaştıran bir yöntemdir. Katılımcılar bu formülü sıkça kullanmıştır. Ancak yanlış kullanımlar da gözlemlenmiştir. Olasılıksal düşünmede yaşanan zorlukların ve olasılık bilgisinin yetersizliğinin, problem çözümüne olumsuz yansımaları katılımcıların fenotip ve genotip oranlarını yorumlayamamalarında da etkindir. Genel problem çözme kategorisinde son olarak ‘sonuçların değerlendirilmesi’ temasında ‘kontrol etme hatasını fark edip düzeltme’ kodu tartışılacaktır. Kontrol etme problem çözme sürecinin en önemli basamaklarından biri olmakla birlikte belki de en çok terk edilen, atlanılan basamağıdır. Görüşmeler sırasında katılımcıların tümünde kontrol etme hatasını fark edip düzeltme temasında sorunlar yaşandığı görülmüştür. Katılımcılar çözümlerindeki hataları sıklıkla araştırmacının sorduğu sorular doğrultusunda fark edebilmişler, bunun dışında ayrıca kontrol etmemişlerdir. Katılımcıların büyük bir kısmı kontrol etme-hatasını fark edip düzeltme gibi bir davranış göstermediklerinden problem çözme sürecinde doğru sonuca ulaşamamıştır. Sonuçlar Kavramsal öğrenmeyi başarmış bireyler, kavramları sözel olarak doğru bir biçimde ifade edebilmenin yanı sıra bu kavramları farklı problem durumları içinde keşfedebilir ve çözüm sürecinde doğru noktalarda kullanabilir. Bozkurt (2010), öğrencilerin öğrendikleri kavramları uygulayamamalarının yaygın olduğunu belirtmiş ve bunun nedeni olarak kavramların anlamlı bir şekilde öğrenilmesi yerine, ezberlenmesi olduğunu bildirmiştir. Bu araştırmada da öğretmen adaylarının birçok genetik kavramda yanılgı, tutarsızlık ve eksik bilgiye sahip oldukları görülmüştür. Birçok kavramı sözel olarak tanımlamalarına rağmen, bu kavramlar ile ilgili problemleri çözmede başarısız olmaktadırlar. Bu durum öğretmen adaylarında kavramsal anlayışın yetersiz oluşunun açık bir göstergesidir. Araştırma sonucunda tespit edilen, kavramsal sorunlar ve bu kavramsal sorunların varlığını gösteren durumlar tablo 8’de özetlenmiştir. Biyolojideki kavram yanılgılarının başında genetik ve ge- KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar Tablo 8. Öğretmen Adaylarının Genetik Anlayışlarındaki Kavramsal Sorunlar Sorun Yaşanan Kavramlar Kavramsal Sorunların Varlığını Gösteren Durumlar ‘Allel’ kavramı yerine ‘şey’, ‘gamet’ ya da ‘birbirine uygun baz çiftleri’ ifadelerini kullanma ‘Gametler tek harf (allel) ile gösterilir. Amaç sadece işlemleri kolaylaştırmaktır’ düşüncesine sahip olma Gen ve Alel Kavramları Alelleri gametlere birlikte aktarma, alellerin gametlere dağılımını farklı karakterlere etki eden genlerin dağılımı gibi düşünme Karşılıklı lokuslara farklı karakterlere etki eden allel olmayan genleri yerleştirme Farklı karaktere etki eden genleri birbirinin alelleriymiş gibi düşünme, homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulunuyormuş gibi işlem yapma Alelleri bir kromozomun aynı kromatidi üzerine yerleştirme ‘Genlerin bağlı olması homozigot resesif bireylerin çaprazlama sonucunda hiç oluşmamasından anlaşılabilir’ görüşünü savunma ‘Bağlı gen olması durumu birden fazla genin bir fenotipi etkilemesi durumudur’ diyerek epistasi ile karıştırma Bağlı Gen ve Krossing-over Kavramları ‘Genlerin bağlı olması mutasyonlar sonucunda ortaya çıkan bir kromozom anormalliğidir’ görüşünü savunma ‘Krosing-over mayozda gametlerin yer değiştirmesidir’ görüşünü savunma Genlerin bağlı olması durumunda, allellerin gametlere birlikte gitmesine neden olacağını savunma, tanımını yapabilmesine rağmen Krossing-overın etkisini göz ardı etme Bağlı genlerin fenotip oranlarına olan etkilerini, eş baskınlığın etkileri ile karıştırma nedeni ile bağlı gen kavramı ile ilgili problemleri çözememe Atasal ve rekombinant fenotip kavramını tanımlama ancak nedenini ve kross-over ile ilişkisini açıklayamama Genler arası uzaklığın birimi olan Santimorgan kavramı yerine mikron birimini kullanma Fenotip ayrışım oranı ve genotip ayrışım oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma Fenotip ve Genotip Genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını yazma Homozigot ve Heterozigot ‘Saf ırk Heterozigot olma durumudur’ veya ‘saf ırk homozigot dominant olma durumudur’ görüşünü savunma Kontrol Çaprazlama ‘Kontrol çaprazlama yalnızca dominant fenotipli bireyin genotipini bulmaya yardımcı olur’ görüşünü savunma Fenotip çeşidi sayısı yerine çaprazlamada çıkacak ihtimal sayısını ya da diğer bir deyişle ebeveynlerin gamet çeşidi sayılarının çarpım değerini yazma ‘Eş baskınlık ve epistasi aynı şeydir’ düşüncesine sahip olma ‘Epistasinin genler arası etkileşimler’ olduğunu vurgulayabilmeye rağmen problemleri çözerken bu bilgiyi Epistasi Kavramı uygulayamama Epistasiyi ortaya çıkarabilecek genetik oranları fark edememe, epistasinin etkisini, eş baskınlık, bağlı genler ve letalliğin etkisi ile eş değer tutma, monohibrit çaprazlama oranları ile karıştırma ‘Resesif karakter popülasyonda en sık ortaya çıkan karakterdir’ görüşünü savunma Resesif ve Dominant ‘Resesif gen, sadece heterozigot durumda iken kendini ifade edebilen gendir’ düşüncesine sahip olma ‘Mutant gen, heterozigotluk veya resesiflik ile ifade edilir’ görüşünü savunma ‘Yabanıl tip, doğada yaşayan canlı türüdür’ bilgisini savunma netikle bağlantılı olan mayoz bölünme gibi konuların geldiğini savunan Atılboz (2004), Dikmenli, Türkmen, Çardak ve Kurt (2005), Dikmenli (2010) ile Dikmenli, Çardak ve Kıray (2011), Kindfield (1991a; 1991b), Longden (1982), Steawart ve Dale (1989), Steawart ve arkadaşları (1990), Şahin ve Parim (2002), Tekkaya ve arkadaşları (2000), Temelli (2006)’nin bulgularını destekler niteliktedir. Orcajo ve Aznar’ın (2005) çalışmalarında elde ettikleri kalıtsal bilginin kromozomlar üzerindeki yerleri ve alellerin kromozomlar üzerindeki dizilimleri ile ilgili önemli sorunlar bu araştırmada da ortaya çıkmıştır. Şahin ve Parim (2002) ise 14-15 yaş grubu öğrenci- ler ile yaptıkları araştırmada, genetikte kavram yanılgılarının ortaya çıkmasını, müfredat programının içeriğinin öğrenci düzeyine göre ağır oluşu ve öğrenme-öğretme süresinin yetersiz oluşuna bağlamışlardır. Öğrencilerin genlerin karakterlerimizi nasıl etkilediklerine ilişkin bilgiye sahip olmadıklarını, öğrencilerin büyük bir çoğunluğunun gen ve kromozom arasındaki ilişkiyi net bir şekilde kavrayamadıklarını, genlerin kromozomlar üzerinde nasıl bir dizilim gösterdiklerini ifade edemediklerini gözlemlemişlerdir. Şahin ve Parim’in çalışmasında yer alan yaş grubundaki öğrenciler ile bu araştırmanın katılımcıları olan biyoloji öğretmen adayla- 1663 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ Tablo 9. Katılımcıların Genetik Problemlerinde Yaşadıkları Süreçsel Zorluklar ve Nedenler Tema Ortaya Çıkan Süreçsel Zorluklar Gamet çeşitlerini ve sayılarını tespit etmede çıkan zorluklar Nedenleri Bağımsız dağılım prensibi ile ilgili özümsenmemiş bilgiler, örneğin, trihibrit çaprazlamada bireylerin gametlerini yazmada sorun yaşama, alelerin gametlere nasıl dağıldığı mekanik olarak yapma Olası gamet kombinasyonlarını oluşturmada kombinasyonel ve olasılıksal düşünememe Gamet çeşidi sayısını bulduran 2n formülünün mantığını kavrayamamış olma, mekanik olarak kullanma Çaprazlama Yapabilme Punnet ve çatallı hat yöntemi kullanmada çıkan zorluklar Punnet karesi ve çatallı hat yöntemi gibi çaprazlamaları kolaylaştıran, oluşan gamet kombinasyonlarını ve olasılıklarını rahatlıkla görebilmeyi sağlayan yöntemleri kullanmayı tam anlamıyla öğrenememiş olma, bu yöntemleri mekanik olarak kullanma Çaprazlama sonucu oluşabilecek yavru bireylerin genotip ve fenotip oranlarını bulmada çıkan zorluklar Punnet karesi vb. kullanmadan ve hiçbir çaprazlama yapmadan, doğrudan ortaya çıkabilecek yavru bireylerin genetik oranlarını tahmin ederek yazmaya çalışma Mendel’in bulduğu fenotip oranlarını mekanik olarak kullanma Fenotip ve genotip ayrışım oranları ile ilgili yaşanan kavram yanılgıları Derslerde daha çok çözülen nedenden-sonuca giden belli bir takım algoritmalarla çözebilen sorulara alışık olma nedeni ile model geliştirme, yorumlama ve geliştirilen modeli denetlemeleri kapsayan ve sonuçtan nedene giden problemler olan sonuç-neden problemlerinde zorlanma. Model Geliştirebilme Soruda verilen genetik oranları dolayısıyla olasılıkları yorumlayamama, olasılıksal ve orantısal düşünememe Verilen genetik oranları veya olasılıkları kullanarak modeli fark Genetik oranları matematiksel olarak yanlış sadeleştirme ve yanlış edebilmede yaşanılan zorluklar yorumlama nedeni ile modeli yanlış kurma Pratik eksikliği nedeni ile genetik modelleri bilememe, hangi genetik durumun nasıl bir fenotip oranı yarattığına ilişkin pratik bilginin eksikliği Model geliştirmede sorun yaşayanların atadıkları genotiplerin tutarsızlık göstermesi, aynı sorunun farklı adımlarında aynı özelliğe sahip bireye farklı genotipler atama Gen-Kromozom İlişkisini Kurabilme Genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirlemede yaşanılan zorluklar Bağlı gen kavramını anlamamış olma, genlerin bağlı olması ile bağımsız olması arasındaki farkı bilememe Krossing- overın bağlı genlerin gametlere dağılımındaki etkisini kestirememe Krossing-over yüzdelerinden hareketle genlerin kromozomal düzenini belirleyememe Genler arası uzaklığın nasıl hesaplandığını ve amacını bilememe, Genler arası uzaklığı hesaplamada formülünü anlayamamış olma yaşanılan zorluklar Genetik haritalama bilgisi eksikliği ‘Bağlı gen’ kavramını özümseyememiş olma rının ortak kavramsal sorunlarının oluşu bu öğrencilerdeki kavramsal sorunların oluşmasında müfredatın ağır oluşu gibi sorunların yanı sıra öğretmenlerin kavramsal sorunlarının etkisinin de olabileceğini düşündürmektedir. Tablo 8’deki veriler göz önünde bulundurulduğunda öğretmen adaylarının kavramsal sorunlarını problem çözmelerine yansıttıkları açıkça görülebilir. İyi bir düzeye ulaşmış olan kavramsal bilgi problem çözücülerin en büyük yardımcısıdır. Çün- 1664 kü kavramsal bilgi problemdeki ifadeleri anlama, dolayısıyla problemi anlama gibi problem çözümünün en önemli aşamalarından birinin gerçekleştirilebilmesini sağlar (Kneeland, 2001). Öğretmen adaylarının kavramlar arasında bağlantı kuramadıkları için problem çözme sırasında kavramları mekanik ve tutarsız olarak kullandıkları görülmüştür. Hatta öğretmen adaylarının problemin çözümü sırasında belli bir kavram için kabul ettikleri kavramsal anlamı, bir başka problemi çözerken KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties Tablo 10. Öğretmen Adaylarının Genel Problem Çözme Süreci İle İlgili Zorlukları Süreçsel Zorluklar Nedenleri Problemlerin çözümü için en önemli basamak olan problemi anlama basamağında, problemin amacını ve söz konusu amaca ulaşmak için gereken araçları fark edememe Problemi anlamaya çalışma sırasında ortaya çıkan zorluklar Sorudaki kavramların ve önemli bilgilerin farkına varamama, gereksiz detaylara takılma Sorudaki önemli bilgileri ve çözüm için gereken kavramları semboller, grafikler, şekiller çizerek kendi dilinde yeniden ifade edememe nedeni ile soruyu anlayamama, hipotez kuramama, sorudaki önemli bilgileri kaçırıp, önemsiz noktalara takılma Sorunun soruluş biçimi nedeni ile soruyu daha önce hiç görmediği tarzda bir soru olarak algılama Süreç sırasında kimi zaman, örnek ve ön kalıpları kullanma ve sonucu doğrudan söylemeye çalışma, aceleci davranma nedeni ile yanlış sonuçlara yönelme Çözüm planı yapma ve uygulama sırasında ortaya çıkan zorluklar Deneme-yanılma yöntemi kullanarak bulmaya çalışma sırasındaki kavamsal ve süreçsel bilgi eksiklikleri Olasılıksal düşünme ve yorum yapmada problem yaşama, hipotez geliştirememe, genetik oranları ve olasılıkları yanlış yorumlama Sonuçların değerlendirilmesi sırasında ortaya çıkan zorluklar Her tip problemde uygulanması gerekli olan strateji yani kontrol etme ve hata varsa, fark ederek düzeltme stratejisini çoğunlukla atlama, genetik oran ve olasılıkları yorumlayarak ortaya çıkan genetik modelleri tespit ettikten sonra kontrol etmeme tamamen reddedebildikleri, sadece soruda verilen sonuçta çıktığı belirtilen genetik oranlara uydurabilmek adına tam zıddı bir anlamda kullanabildikleri gözlemlenmiştir. Sağlam, Altun ve Aşkar (2009), bilgisayar cebiri sistemleri ortamında, matematik öğretmen adaylarının problem çözme stratejilerini incelemişler ve bu araştırmanın da bulgularına benzer şekilde, öğretmen adaylarının bir hata ile karşılaştıklarında derste öğrendiklerine tamamen zıt uygulamalar yapabildiklerini görmüşlerdir. Benzer şekilde Moll ve Allen da (akt., Stewart ve Hafner, 1994) soruların çözümü sırasında kavram yanılgılarının genetik problem çözümünü olumsuz etkilediğini gösteren bulgular elde etmişlerdir. Problemler sonuç-neden problemi olduğunda üst bilişsel beceriler olan ‘verilenleri kullanarak hipotezler geliştirme’, ‘hipotezleri deneme’, ‘hatalı ise geri dönerek hataları keşfetme’ gibi süreçlerde, özümsenmemiş ve mekanik kalan kavramsal bilgi, problem çözücüyü sonuca götüremez, tutarsızlıklar yaşatır. Araştırmada elde edilen en önemli sonuçlardan biri de budur. Öğretmen adaylarının mekanik kalan kavramsal bilgilerinin, onların sonuç-neden problemlerini çözmelerinde yardımcı olamadığı açıkça görülmektedir. Steawart (1983) tarafından genetik alanında yapılan bir çalışmada, yoğun olarak algoritmik yolların öğretiminin yapıldığı geleneksel öğretimin, öğrencilerin konuya ilişkin kavramları öğrenebilmesinde etkisinin çok zayıf olacağı ifade edilmektedir. Dikmenli ve arkadaşları (2005) bu doğrultuda öğrencileri değerlendirmek için yapılan testlerde başarılı olan bireylerin hiçbir kavram yanılgıları olmadığını söyleme- nin mümkün olmayacağını belirtmekte, kavram yanılgılarını belirlemek için iki aşamalı çoktan seçmeli testler, kavram haritaları ve mülakatların uygulanabileceğini ifade etmektedirler. Bu araştırmada da görüşmelerde kavramsal sorunların tespit edilebilmesi Dikmenli ve arkadaşlarının (2005), görüşlerini desteklemektedir. Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede yaşadıkları süreçsel zorlukları ortaya koymak için ‘çaprazlama yapabilme’, ‘model geliştirebilme’ ve ‘gen-kromozom ilişkisini kurabilme’ temaları incelenmiştir. Genetik problem çözmede karşılaşılan süreçsel zorluklar ve sebepleri tablo 9’da özetlenmiştir. Kindfield (1991 b), Orcajo ve Aznar (2005) ve Stewart ve Dale (1989) öğrencilerin gen ve alellin farklı şeyler olduğunu düşündüklerini ve alellerin gametlere dağılımını yapmada zorlandıklarını bildirmişlerdir. Bu araştırmada öğretmen adaylarının lise öğrencileriyle benzer kavramsal zorluklar yaşadıkları görülmüştür. Stewart ve Dale (1989) araştırmalarında katılımcılardan, A ve a genleri ile B ve b genlerini kromozom üzerinde modellemeleri ve gamet oluşumunu göstermelerini istediklerinde, bazı katılımcılar tek bir kromozom üzerine tüm genleri sıra ile yazmış, yine bazıları bu dört geni, dört ayrı gamet içine yerleştirmiştir. Hatta bazı öğrenciler birbirinin aleli olan A ve a genlerini aynı kromozom üzerine; B ve b alelini de o kromozomun homologu üzerine çizmiştir. Benzer şekilde bu araştırmanın bulguları arasında, öğretmen adaylarının gen ve kromozom ilişkisi, genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimleri ve gen haritalama ile ilgili sorunlar yaşadıkları yer almaktadır. 1665 KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ Öğretmen adaylarının genetikte problem çözmede başarısız olmalarının sebepleri arasında, genetik kavram anlayışlarındaki ve genetiğe özel problem çözme süreçlerindeki sorunların yanısıra genel problem çözme sürecindeki yetersizlikleri de sayılabilir. Öğretmen adaylarının bu çalışmada ortaya çıkan genel problem çözme süreci ile ilgili yaşadıkları zorluklar ve nedenleri tablo 10’da özetlenmiştir. Araştırmada problemi anlama ve kontrol etme basamaklarının problem çözme sürecinin en önemli basamakları olduğu, bu basamaklardaki aksaklıkların kesinlikle olumsuz bir sonuç doğurduğu görülmüştür. Bu iki basamağa Adair ( 2000) ve Kneeland (2001) da ayrıca dikkati çekmiştir. Bununla birlikte problemi anlamış olan öğretmen adaylarının neden-analiz yöntemini tercih ettikleri, çözüm adımlarının neden ve niçin kullanılacağının belirterek çözüm yaptıklarının gözlenmesi de elde edilen sonuçlardandır. Konu hakkında çok fazla bilgisi olmayan, soruyu anlamayan öğretmen adaylarının ise neden-analiz yöntemi yerine deneme-yanılma yöntemini daha çok tercih ettikleri ortaya çıkmıştır. Ayrıca genetik problem çözmede olasılıksal düşünebilme becerisinin önemli bir etken olduğu gözlenmiştir. Öğretmen adayının genetik problemindeki sonucu ortaya çıkaran nedeni bulmada kullandığı modelde bir hata oluştuğu takdirde, hatasının nereden kaynaklandığını kestirememesinin kavramsal bilgisinde var olan sorunlar dışında, bir nedeninin de olasılıkları yorumlamada yaşanan sorunlar olduğu vurgulanabilir. Öğretmen adayları problemin sunum şeklinden de 1666 etkilenmişlerdir. Katılımcılar daha önce sıklıkla karşılaştıkları sorulara benzemeyen soruların çözümünde doğru giden çözümlerini yarım bırakmış, hatta tutarsız davranarak kavramları ifade ettiklerinden farklı anlamlarda kullanabilmişlerdir. Delice ve Yılmaz (2009) öğrencilerin bilgibilimsel inançlarının problem çözme becerilerine etkisini araştırmış ve öğrencilerin alışık olmadıkları sonuçlar elde ettiklerinde soruyu doğru çözmüş olsalar bile yanlış yaptıklarını düşündüklerini rapor etmişlerdir. Hem kendine özgü dili bakımından hem de kavramsal olarak öğrencileri zorlayan genetik konuları öğrenciyi düşünmeye ve problem çözmeye yönlendiren birkaç alandan biridir (Stewart ve Hafner, 1994); karmaşık ve soyut düşünmeyi gerektiren bir alan olarak bilginin pasif bir şekilde ezberlenip depolanmasını değil, sorgulanmasını ve değişik durumlara uygulanmasını gerektirir. Genetikte kavramsal öğrenmenin iki ilişkili ancak farklı boyutta akıl yürütmede gelişme sağlandığında mümkün olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Birinci boyut sebepten-sonuca, sonuçtan-sebebe ve süreç muhakemesi gerektiren “Alan-Genel Akıl Yürütme”; ikinci boyut ise nesiliçi ve nesiller-arası muhakeme gerektiren “AlanÖzel Akıl Yürütme” olarak tanımlanabilir. Kavramsal genetik anlayışı için gerekli olan akıl yürütme boyutları ve nitelikleri şekil 2’de gösterilmiştir. Genelde nesil-içi akıl yürütme nesiller-arası akıl yürütmeden; sebepten-sonuca (genotipten fenotipe) akıl yürütme sonuçtan-sebebe (fenotipten genotipe) akıl yürütmeden daha kolaydır (Stewart ve Hafner, 1994). Aynı şekilde sonuçtan-sebebe akıl KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties yürütme de süreç hakkında akıl yürütmeden daha kolaydır (Kindfield, 1994a, 1994b). Nesiller-arası ve sonuçtan-sebebe akıl yürütme gerektiren problemlerde öğrenciler zorlanmıştır. Mayoz bölünme genetik dersinin ilk konusu olmalıdır. Öğrencilerin kavramsal bir genetik anlayışına sahip olmaları ve genetik problem çözümünde doğru yorumlar yapabilmeleri için gamet oluşumunda kromozom sayısının yarıya indirgenmesi sürecinde homolog kromozomların bağımsız dağılımını ve krossing-over olayını çok iyi anlamaları gereklidir. Ancak geleneksel müfredatta mayoz bölünme genetik konularından ayrı verilmektedir. Tartışma ve Öneriler Genetik biyoloji öğretmenleri ve öğrencileri için özellikle zor olan bir konudur. Çünkü farklı biyolojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hızlı veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük ölçekte meydana gelen ve doğrudan gözlemlenemeyen olasılıkları içeren olayları tanımlar. Ortaöğretim biyoloji öğretmenleri, genetik konularını lisans eğitimleri sürecindeki genetik derslerinde aldıkları için genetik dersi veren üniversite öğretim üyeleri bu araştırmanın bulgularını iyi değerlendirmelidir. Öğretmen adayları lisans derslerine kavram yanılgıları ile girip aynı kavram yanılgıları ile çıkmaktadır. Bu araştırmada biyoloji lisans eğitiminde genetik dersi veren öğretim üyelerine, kavram yanılgılarının yayılmasını önlemeye başlamaları için gerekli olan bilgi sunulmuştur. Kavramsal öğrenmenin başarılı bir şekilde gerçekleşebilmesi için genetik kavramlar belli kalıplar şeklinde ayrı ayrı değil farklı problemler üzerinde yorumlanarak ve kavramlar arasındaki ilişkiler vurgulanarak verilmelidir. Algoritmik çözümler ile çözülebilecek sorularla doğru cevabı elde etmekten çok, problem çözme süreçleri üzerinde durulmalıdır. Bireylerin problem çözme ve model geliştirebilme becerilerini arttırmak için derslerde daha çok sonuçtan-nedene giden problemlere ağırlık verilmelidir. Çünkü nedendensonuca giden problemler belli bir takım algoritmalar ve belli kalıplardaki çözüm yolları sayesinde kavram ve konu özümsenmemiş olsa dahi çözülebilmektedir. Bu ‘konu alanı bilgisi yeterli öğretmen adayları yetiştirme’ noktasında istenilen bir durum değildir. Amaç temelde genetik problemlerini, genel anlamda ise günlük hayat problemlerini çözebilen bireyler yetiştirmek olduğuna göre problemdeki önemli bilgileri ve ipuçlarını yakalayabilen bunları yorumlayarak hipotezler geliştiren, bu hipotezleri deneyerek kontrol eden ve başarılı bir sonuca ulaşan problem çözücülerin eğitimi için sonuç-neden problemleri kullanılmalıdır. Genetik bilgi ve becerilerini değerlendiren sınavlar yalnızca çoktan seçmeli sorulardan oluşmamalıdır. Çünkü bu tip sınavlar, gerek kavramsal gerekse süreçsel bilgiyi gerçek boyutta ölçmede sınırlı kalmaktar. Açık uçlu sonuç-neden soruları daha çok tercih edilmelidir. Daha fazla birey sayısının bulunduğu Punnet karelerinin kullanımını gerektiren problemlere odaklanmalıdır. Bu etkinlik öğretmen adaylarının olasılıksal düşünmelerini geliştirir. Öğretmen adaylarının permütasyon ve olasılık bilgilerinin eksikliği nedeni ile genetik problem çözemiyor oluşları noktası ayrıca farklı alanlardaki yetersizliklerin genetik problem çözme becerilerine yansımasını göstermektedir. Bu nedenle öğretmen adaylarının genetik ile yakından ilgili olan farklı alanlardaki eksik bilgilerinin de tespit edilip giderilmesi gerekmektedir. 1667 Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri • Educational Sciences: Theory & Practice - 11(3) • Summer • 1668-1674 © 2011 Eğitim Danışmanlığı ve Araştırmaları İletişim Hizmetleri Tic. Ltd. Şti. Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties a Meryem KARAGÖZ Mustafa ÇAKIR Marmara University Marmara University Abstract The purpose of this study was to explore prospective biology teachers’ understandings of fundamental genetics concepts and the association between misconceptions and genetics problem solving abilities. Specifically, the study describes conceptual and procedural difficulties which influence prospective biology teachers’ genetics problem solving abilities. Case study methods were utilized in this study. Total of 70 prospective biology teachers participated in this study. The data sources included genetics concept tests (GBT) and semi-structured interviews. Genetics concept tests were administered to all of the participants. Six participants were selected by purposeful sampling for semi-structured interviews. The results of the study showed that prospective biology teachers had incomplete understandings and several alternative conceptions of Mendelian genetics. Although they were able to describe some concepts, they frequently failed to apply them in problem solving situations. In many cases mechanical application of common problem solving strategies were observed without comprehensive conceptual understanding. The participants that demonstrated behaviors which require metacognitive strategies and higher order thinking skills such as constructing hypothesis, data, and end-means analysis were more successful in genetics problem solving. Some of the participants who were successful in cause-effect type problems had difficulties in end-means type of problems. Key Words Genetics Learning, Problem Solving in Genetics, Biology Teacher Education. Genetics, the central point of developments in the field of biology, is a particularly difficult subject for teachers and students; since it involves relations between the events of different levels of biological organization. Additionally, genetics attempts to define directly unobservable probabilities that are happening too fast or too slow and too small or too large in scale. Misconceptions in genetics are encountered and reported frequently (Atılboz, 2004; Bahar, Johnstone, & Hansell, 1999; Bahar, a PhD. Mustafa Çakır is currently an Assistant Professor at the Department of Secondary Science and Mathematics Education. His research interests include teaching science as inquiry, nature of science, and implementing technology into science classrooms with a particular focus on helping students to develop 21st century skills. Correspondence: Assist. Prof. Mustafa ÇAKIR, Marmara University, Atatürk Faculty of Education, Goztepe Campus, 34722, Istanbul/Turkey. E-mail: [email protected]. Phone: +90 216 3459090/298. 1668 Johnstone, & Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kinfield, 1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay, & Öztas, 2003; Steawart & Dale, 1989; Steawart, Hafner, & Dale, 1990; Şahin & Parim, 2002; Tekkaya, Çapa, & Yilmaz, 2000; Temelli, 2006). It is desirable for prospective biology teachers to engage with scientific reasoning strategies such as data interpretation, prediction, and hypothesis testing while trying to explain biological processes and events. Scientific reasoning and sense making activities allow students to develop in-depth understanding of the subject (Cooper, Hanmer, & Cerbin, 2006). The purpose of this study was to investigate prospective biology teachers’ understanding of basic Mendelian genetic concepts and to examine the conceptual and procedural challenges they encounter during the process of problem-solving in genetics. Misconceptions and Sources of Misconceptions Misconceptions are defined as conceptual patterns that deviate from the meanings widely accepted by KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties the scientific community (Bahar, 2003; Clement, 1982; Smith, 1989). Misconceptions are resistant and unlikely to change with traditional teaching methods. Misconceptions usually arise from students’ prior knowledge and everyday experiences (Halloun & Hestenes, 1985). Students emotionally and intellectually depend on their misconceptions since they constitute them actively consuming energy in time. However, misconceptions do not only arise from primitive worldviews or daily life experiences but also as a result of both formal and informal education (Barras, 1984; Gniffithi & Grant, 1985; Kesercioğlu & Dalkıran, 2006; Smith, 1989). For example, the textbooks used in formal education are considered to be important sources of misconceptions (Dikmenli & Çardak, 2004; Dikmenli, Çardak, & Öztaş, 2009). Teachers have a critical influence on students’ knowledge, interest, understandings, and misconceptions. Shaw, Horne, Zhang and Boughman (2008) observed and reported that students had knowledge, personal interests, and bias as their biology teachers. They also identified major misconceptions in 55.6% of students’ writings about genetics even after corrections performed by their biology teachers (Shaw et al., 2008). Azar (2003) reported that prospective teachers did not see themselves as sufficiently capable teachers to conduct conceptual teaching for their students. Longden (1982) stressed that students’ misconceptions about genetics in fact is due and related to the nature of the genetic issues themselves. Problem and Problem Solving Although the concept of problem has very different meanings in the literature, overall it can be evaluated as a situation which presents a barrier for a problem solver and its successful solution requires finding the appropriate method and converting the method into a skill (Altun, 2000; Kalaycı, 2001). On the other hand, problem solving can be defined as an activity that requires both subject matter knowledge and selection of appropriate cognitive strategies to find means in order to reach the desired outcomes (Senemoğlu, 2005). In an attempt to explain the process of problem solving, Kneeland (2001) proposed an iterative model. Phases of the iterative model include (a) understanding the problem, (b) gathering the necessary information, (c) searching for the root of the problem, (d) developing solutions, (e) deciding on the best pathway, and (f) solving the problem. Iteration continues until the problem is solved. Adair (2000) proposed a model that combines the decision-making and problemsolving processes. According to Adair (2000), thinking and the problem solving is a multi-stage and a complex process; therefore he proposed a bridge model stating that in order to understand where the individual is in a problem-solving and decision-making process a simple bridge should be established between the stages of the process. Lumsdaine and Lumsdaine (1995) classified the problem-solving methods used by people in daily life as trial and error, conjecture, open-ended inquiry (unguided experimentation), intuition, and scientific method which is rarely used in education. Orcajo and Aznar (2005) classified the types of genetic problems, used during genetics lectures to students as an example, into two groups: (1) causeeffect problems (closed problems) and (2) effectcause problems (open problems). Comparing two types of the problems, Steawart (1983) argued that effect-cause problems work better than cause-effect problems; stating that since cause-effect problems can be solved by using a set of algorithms such problems in high school textbooks cannot help students to develop conceptual understandings or teachers to measure conceptual knowledge of the students. Purpose Understanding events and phenomena are very similar cognitive concepts to problem solving (Stewart & Hafner, 1994). Problem solving ability is a high level cognitive process which can be enhanced with education (Altun, 2000; Kneeland, 2001; Senemoğlu, 2005). The purpose of this study was to explore prospective biology teachers’ understandings of basic Mendelian genetics concepts and identify conceptual and procedural challenges they grapple with during solving genetics problems which require high-level cognitive abilities such as hypothesis testing, data collection, analysis, and manipulation. In Turkey, research about problem solving and genetics misconceptions are particularly concentrated in primary and secondary education (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal, Bayram, & Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Nakiboğlu & Kalın, 2003; Şahin & Parim, 2002; Tatar & Cansüngü Koray, 2005); therefore undergraduate level studies are needed. The research questions of this study were: (1) What common misconceptions about basic Mendelian genetics are held by prospective biology teachers? (2) What kind of conceptual and procedural difficulties do prospective biology teachers grapple with during problem 1669 EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE Table 2. The Number of Participants Who Failed to Proceed From Each Solution Steps of Second Item (N=70) Solution Steps Omitted Completely Correct 4th Year (n=38) 13 5th Year (n=32) 3 2.a 2.b 2.c 2.d 2.e 2.f 2.g 2.h 0 9 0 0 2 0 0 13 1 6 6 0 0 9 0 0 2 6 solving in genetics? In order to answer primary research questions two sub-questions were raised: (a) What is the relationship between prospective biology teachers’ conceptual knowledge level and their success in problem solving process? (b) What kind of difficulties about general problem solving procedures do prospective biology teachers encounter during problem solving in genetics? Method Research Design Case study research design is one of the qualitative research traditions and it was employed in this study. The research participants were prospective biology teachers who were in their fourth and fifth year and enrolled in Marmara University, Atatürk Faculty of Education during 2008-2009 academic years. There were total of 70 (18 male, 52 female) participants, all of whom had taken genetics course in previous years. In first stage of the study Genetics Achievement Test (Appendix 1) was administered to all of the participants and tests were analyzed with document content analysis technique. In order to use in document analysis solution diagrams for each question were developed (Appendix 2). The results of document analysis were used to purposefully select the participants for semi-structured interviews which are the primary data source in this study. Genetics Achievement Test results were classified in three groups, namely, low, average, and high ability groups. Using maximum diversity sampling method (Patton, 1990) two participants, one fourth and one fifth year students were selected from each group. Finally six volunteer participants were identified for semistructured interviews. Interviews were audio and video recorded. Both Genetics Achievement Test and semi-structured interview protocol was pilot tested prior to use in this study. Process of Data Analysis The solution flow diagrams were used in analysis 1670 of Genetics Achievement Test. Each step in solution diagram is scored 1 if correct and 0 if omitted or wrong. As a result, a participant could get total score of 5 in question one, 8 in question two, 7 in question three, and 4 in question four; adding up to the highest score of 23. Achievement tests were also used in semi-structured interviews and selected participants were asked to delineate their answers. Semi-structured interviews were transcribed and analyzed with constant comparative method. The data was imported in qualitative data analysis software, Nvivo. Open and axial coding performed by two researchers independently and inter-coder agreement was achieved through discussions in meetings. Interview data was triangulated with Genetics Achievement Test document analysis. Inferences from coding and scoring tests were confirmed and supported through member check method in individual interviews. In order to elucidate thinking and reasoning patterns of the participants open-ended questions from previously answered tests utilized and participants were encouraged to be vocal and provide reasons for their actions during the problem solving tasks. Results Conceptual understanding of fundamental genetics concepts is a prerequisite requirement for successful problem solving in genetics. The most problematic concept, among prospective biology teachers, was the concept of “allele”. Most of the participants had misconceptions, inconsistent or partial understandings of the allele concept. The participants had a difficult time in defining the concept and they usually tried to give examples and explain the manifestations of the alleles instead of describing the concept. The analysis of second question in achievement test reflects the participants’ lack of conceptual understandings of linked genes, cross-over, phenotype and genotype ratios and ability of developing inheritance model. The number of successful problem solvers for each step of the question is shown in Table 2. KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties The reason for prospective biology teachers failure in steps 2.a and 2.g has to do with incorrect or incomplete understandings of allele concept. Similarly, prospective biology teachers demonstrated incomplete, inconsistent or partial understandings of fundamental Mendelian concepts such as dominant and recessive trait, homozygous and heterozygous individuals. Gene concept was usually well understood however distinction between “gene” and “allele” was not clear for most of them as they attributed simple dominance or recessiveness to genes instead of alleles. Other problematic concepts included epistasis, co-dominance and incomplete dominance. Epistasis was usually confused with cases of multiple alleles. The participant could not easily differentiate interactions between different genes and between the different alleles of the one gene. For example, the failure to solve the fourth problem in achievement test can be attributed the lack of understanding of concept of recessiveness. Table 3 presents the number of successful participants for each steps of solutio0n. Table 3. The Number of Participants Who Failed to Proceed From Each Solution Steps of Fourth Item (N=70) Completely Solution Steps Correct 4.a 4.b 4.c 4th Year 6 (n=38) 0 32 0 0 5th Year 7 (n=32) 6 17 0 2 Omitted The most common hindrance that prevented the participants from proceeding to next step in this question was the lack of conceptual understandings of concepts of recessiveness, pure breed, and heterozygous. Most of the participants failed to assign correct notations to represent genotypes in order to identify possible gamete types and perform correct crosses. One striking finding was that although most of the participants were able to give the textbook definition of the alleles; they could not able to visualize the locations of the alleles during meiosis. The role and process of meiosis in gamete formation should be emphasized and the mechanism of crossing-over and its’ relationship to gene linkage and genetic variation via recombination should clearly be made apparent. Successful problem solving in genetics requires knowledge on subject area specific problem solving procedures as well as general problem solving abilities. For example, identification of possible gamete formations using the principle of independent as- sortment for unlinked genes is important in performing crosses and coming up with correct genotype and phenotype ratios in different generations. Since Genetics Achievements Test included effectcause type of problems, the participants were expected to utilize probabilistic thinking and inquire about several different scenarios which may yield the same results and choose the most likely model that was consistent with Mendelian modes of inheritance. However, the participants failed to employ critical inquiry in evaluating available information and haphazardly used ratios and algorithms that are commonly associated with monohybrid or dihybrid crosses instead. Successful problem solvers demonstrated two distinct behavior worth to mention: they established a cause analysis procedure in which they specify the reasons for using any given method in each step of the solution; and they confirm their result, going back and forth in solution procedure trying to revise their approach when necessary. Understanding the problem correctly, redefining it, and determining important information by distinguishing it from unnecessary information plays a key role in problem solving process. Successful problem solvers also tried to restate the problem in an effort to understand the situation doing an end-means analysis before attempting to propose any method for solution. Document analysis revealed that the participants rarely used metacognitive strategies such as reflection to evaluate their own problem solving process. Successful problem solvers utilized and integrated both conceptual and procedural knowledge of genetics. Especially, effect-cause problems necessitate prediction and forming hypothesis followed by hypothesis testing which provides a context where problem solver could formulate conceptual knowledge into researchable ideas, investigate ideas through manipulation, prediction, and observation, and evaluate ideas in the light of evidence. Discussion The participants who achieved the conceptual understanding not only were able to describe the concepts correctly but also able to explore these concepts in different problem situations and use them in suitable places in the process of problem solving. Bozkurt (2010) reported that students commonly failed to apply concepts in problem situation due to rote memorization. The results of this study show that prospective biology teachers have inconsistent and incomplete understandings and misconceptions of several basic Mendelian genetic concepts. 1671 EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE Although they were able to describe concepts verbally; they failed to utilize them in problem solving situations. This is a clear indication of poor conceptual understanding. The results of this study supported findings that reported by Atılboz (2004), Dikmenli (2010), and Dikmenli, Çardak, and Kıray (2011), Dikmenli, Türkmen, Çardak, and Kurt (2005), Kindfield (1991a; 1991b), Longden (1982), Steawart and Dale (1989), Steawart et al., (1990), Şahin and Parim (2002), Tekkaya et al, (2000), Temelli, (2006). Similar to Orcajo and Aznar (2005) study, the problematic understandings of the location genetic information and the sequence of alleles on chromosomes have emerged in this study, too. Sağlam, Altun, and Aşkar (2009) explored problem-solving strategies of prospective mathematics teachers in computer algebra systems environment and reported similar results that prospective teachers adapted entirely opposite course of actions than what they learned in class when confronted with an error. It is evident that the prospective teachers’ algorithmic knowledge of predefined genetics ratios and models does not help them to solve effect-cause type of problems. Traditionally, genetics courses are taught in an algorithmic-intensive way (Steawart, 1983) and such instruction is unlikely to support meaningful and conceptual learning (Stewart & Dale, 1989; Stewart et al., 1990). When encountered with unfamiliar type of problems participants behave inconsistently and could not finish the solutşion even when they were in the right track, additionally they used some previously mastered concepts in a different and wrong ways. Delice and Yilmaz (2009) investigated the 1672 effect of students’ epistemological beliefs on their problem-solving abilities and reported that when the solution result is not familiar to students; they think solution is wrong even if they have solved the question correctly. It is concluded that conceptual learning in genetics be possible through developing reasoning in two related but different dimensions. The first dimension requires cause-effect, effect-cause, and procedural reasoning; namely, “Domain-General Reasoning”, and the second dimension requires reasoning within a generation and between generations; namely “Domain-Specific Reasoning”. Reasoning dimensions that are necessary for conceptual genetic understanding and their characteristics are shown in Figure 1. In general, within generation reasoning is easier than between generation reasoning and cause-effect (from genotype to phenotype) reasoning is easier that effect-cause (from phenotype to genotype) reasoning (Stewart & Hafner, 1994). Similarly, effect-cause reasoning is easier than procedural reasoning (Kindfield, 1994a, 1994b). Participants were mostly challenged in problems that required both between generation and effect-cause reasoning. Since, in order to achieve conceptual understanding and master problem solving procedures, students must have sound understandings of the process of gamete formation, independent assortments of the chromosomes, and crossing-over meiosis should be the first topic of introduction to genetics. KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties References/Kaynakça Adair, J. (2000). Karar verme ve problem çözme (çev. N. Kalaycı, 1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi. Altun, M. (2000). İlköğretimde problem çözme öğretimi. Milli Eğitim Dergisi, 147, 26–30. Atılboz, G. N. (2004). Lise 1. sınıf öğrencilerinin mitoz ve mayoz bölünme konuları ile ilgili anlama düzeyleri ve kavram yanılgıları. Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24 (3), 147–157. Azar, A. (2003). Okul deneyimi ve öğretmenlik uygulaması derslerine ilişkin görüşlerinin yansımaları [elektronik versiyon]. Milli Eğitim Dergisi, 159. http://yayim.meb.gov.tr/dergiler/159/azar.htm web adresinden 20 Şubat 2007 tarihinde edinilmiştir. Bahar, M. (2003). Misconceptions in biology education and conceptual change strategies. Educational Sciences: Theory & Practice, 3, 55–64. Bahar, M., Johnstone, A. H., & Hansell, M. H. (1999). Revisiting learning difficulties in biology. Journal of Biological Education, 33, 84–86. Bahar, M., Johnstone, A. H., & Sutcliffe, R.G. (1999). Investigation of students’ cognitive structure in elementary genetics through word association tests. Journal of Biological Education, 33 (3), 134–141. Barras, R. (1984). Some misconceptions and misunderstandings perpetuated by teachers and textbooks of Biology. Journal of Biological Education, 18, 201–206. Gniffithi, A. K. ve Grant, B. A. C. (1985) High school students’ understanding of food webs: Identification of a learning hierarchy and related misconceptions. Journal of Research in Science Teaching, 22 (5), p.421–436. Gürdal, A., Bayram, H. ve Sökmen, N. (1999). İlköğretim okulu 5. ve 8. sınıf öğrencilerinde temel fen kavramlarının anlaşılma düzeyinin saptanması. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6, 158–164. Halloun, I. A., & Hestenes, D. (1985). The initial knowledge state of college physics students. American Journal of Physics, 53 (11), 1043–1055. Kalaycı, N. (2001). Sosyal bilgilerde problem çözme ve uygulamalar (1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi. Kasap, Z. (1997). İlkokul 4. sınıf öğrencilerinin sosyo-ekonomik düzeye göre problem çözme başarısı ile problem çözme tutumu arasındaki ilişki. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Kesercioğlu, T. ve Dalkıran, G. (2006). Kavram haritaları ve kavramsal değişim metinlerinin öğrenci başarısına etkisi. Eğitimde Çağdaş Yönelimler III Yapılandırmacılık ve Eğitime Yansımaları Sempozyumu içinde (s.152–154). İstanbul: Özel Tevfik Fikret Okulları. Kindfield, A. C. H. (1991a, April). Constructing understanding of a basic biological process: Meiosis as an example. Paper presented at the annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, Fontana, WI. Bozkurt, A. (2010). İsçi ve havuz problemleri ile ilgili karşılaşılan zorluklar ve çözüm önerileri. Ahi Evran Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 11 (2), 173–185. Kindfield, A. C. H. (1991b, April). Understanding a basic biological process: Expert and novice models of meiosis. Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching, Fontana, WI. Clement, J.J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of Physics, 50, 66–71 Kindfield, A. C. H. (1994a). Biology diagrams: Tools to think with. Journal of the Learning Sciences, 3, 1–36. Cooper, S., Hanmer, D., & Cerbin, B. (2006). Problem-solving modules in large introductory biology lectures enhance student understanding. The American Biology Teacher, 68, 9, 524–529. Kindfield, A. C. H. (1994b). Understanding a basic biological process: Expert and novice models of meiosis. Science Education, 78, 255–283. Delice, A. ve Yılmaz, K. (2009) 10. Sınıf öğrencilerinin matematik problem çözme süreçlerinin incelemesi: Bilgibilimsel İnanç. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 30, 85–102. Kneeland, S. (2001). Problem çözme (çev. N. Kalaycı, 1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi. Longden, B. (1982). Genetics are there inherent learning difficulties? Journal of Biological Education, 16 (2), 135–140. Dikmenli, M. (2010). Misconceptions of cell division held by student teachers in biology: A drawing analysis. Scientific Research and Essay, 5 (2), 235–247. Lumsdaine, E., & Lumsdaine, M. (1995). Creative problem solving, thinking skills for a changing world. New York: McGrawHill. Dikmenli, M. ve Çardak, O. (2004). Lise 1 biyoloji ders kitaplarındaki kavram yanılgıları üzerine bir araştırma. Eğitim Araştırmaları, 17, 130–141. Nakiboğlu, C. ve Kalın, S. (2003). Orta öğretim öğrencilerinin kimya derslerinde problem çözme güçlükleri – I. Kastamonu Eğitim Dergisi, 11 (2), 305–316. Dikmenli, M., Çardak, O., & Kıray, S. A. (2011, February). Science student teachers’ ideas of the concept ‘gene’. Paper presented at the Annual Meeting of the 3rd World Conference on Educational Sciences, İstanbul, Turkey. Orcajo, T. I., & Aznar, M. M. (2005). Solving problems in genetics II: Conceptual restructuring. International Journal of Science Education, 27 (12), 1495–1519. Dikmenli, M., Çardak, O., & Öztaş, F. (2009). Conceptual problems in biology–related topics in primary science and technology textbooks in Turkey. International Journal of Environmental & Science Education, 4 (4), 429–440. Dikmenli, M., Türkmen, L., Çardak, O. ve Kurt, H. (2005). Biyoloji öğretmen adaylarının bazı genel biyoloji konularındaki kavram yanılgılarının iki aşamalı çoktan seçmeli bir araç ile belirlenmesi [Özel sayı]. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 17, 365–370. Öztas, H., Özay, E., & Öztas, F. (2003). Teaching cell division to secondary school students: an investigation of difficulties experienced by Turkish teachers. Journal of Biological Education, 38 (1), 13–15. Patton, M. Q. (1990). Qualitative evaluation and research methods. Newbury Park, CA: Sage Sağlam, Y., Altun, A. ve Aşkar, P. (2009). Bilgisayar cebiri sistemleri ortamlarında öğretmen adaylarının problem çözme stratejilerinin incelenmesi. Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Fakültesi Dergisi, 42 (1), 351–376. 1673 EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE Senemoğlu, N. (2005). Gelişim öğrenme ve öğretim kuramdan uygulamaya (11. bs). Ankara: Gazi Kitabevi. Shaw, K. R., Horne, K.V., Zhang, H., & Boughman, J. (2008). Essay contest reveals misconceptions of high school students in genetics content. Genetics, 178, 1157–1168. Smith, M. U. (1989). Problem solving in biology–focus on genetics. In D. L. Gabel (Ed.), What research says to the science teacher: Problem solving (pp. 67–79). New York: National Science Teachers Association. Steawart, J. (1983). Student problem solving in high school genetics. Science Education, 67, 523–540. Steawart, J., & Dale, M. (1989). High school students understanding of chromosome/ gene behavior during meiosis. Science Education, 73 (4), 501–521 Steawart, J., & Hafner, R. (1994). Research on problem solving: Genetics. In D. L. Gabel (Ed.), Handbook of research on science teaching and learning (pp. 284–300). New York: Macmillan. Steawart, J., Hafner, R., & Dale, M. (1990). Student’s alternate views of meiosis. American Biology Teacher, 52 (4), 228–232. Şahin, F. ve Parim, G. (2002). Problem tabanlı öğretim yaklaşımı ile DNA, gen ve kromozom kavramlarının öğrenilmesi. V. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi içinde (s.28–33). Ankara: Orta Doğu Teknik Üniversitesi. Tatar, N. ve Cansüngü Koray, Ö. (2005). İlköğretim sekizinci sınıf öğrencilerinin ‘genetik’ ünitesi hakkındaki kavram yanılgılarının belirlenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 13 (2), 415–426. Tekkaya, C., Çapa, Y. ve Yılmaz, Ö. (2000). Biyoloji öğretmen adaylarının genel biyoloji konularındaki kavram yanılgıları. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18, 140–147. Temelli, A. (2006). Lise öğrencilerinin genetikle ilgili konulardaki kavram yanılgılarının saptanması. Gazi Üniversitesi Kastamonu Eğitim Dergisi, 14 (1), 73–82. 1674