Fizik öğrencilerinin düşünce deneyleri ile düşünme süreçlerinin incelenmesi
Investigating physics student's processes of thinking via thought experiments
Yazar: HATİCE ACAR
Danışman: DOÇ. DR. ZEYNEP GÜREL
Marmara Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Ortaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fizik Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Düşünce deneyleri = Thought experiments ; Fen bilgisi öğretimi = Science teaching ; Fizik = Physics ; Fizik dersi = Physics lesson ; Fizik öğretimi = Physics teaching ; Lise öğrencileri = High schools students ; Problem çözme = Problem solving ; Öğrenciler = Students ; Üniversite öğrencileri = University students

Özet:
Öğrencilerin fizik konularını zihinlerinde canlandırmada ve fizik problemlerini çözmede güçlüklerle karşılaştıkları bilinen bir gerçektir. Bu güçlükler çoğu zaman öğrencilerin zihinlerinde hayali imgeler ya da senaryolar oluşturarak bunlar üzerinde zihinsel işlemler yapabilme becerilerinin yeterince gelişmemiş olmasından kaynaklanmaktadır. Öğrenciler bu zihinsel işlemleri yapabildiklerinde bile işin içine karışan bilişsel süreçler ve sahip oldukları naif bilişsel yapılar nedeniyle doğru sonuca gidemedikleri görülmektedir. Bu araştırmada lise ve üniversite fizik öğrencilerinin düşünce deneyi yaparak hayali dünya bağlamında fizik problemi çözme süreçleri araştırılmıştır. Araştırmada; 2009-2010 Eğitim Öğretim Yılında, 50 lise ve 20 üniversite öğrencisinden oluşan katılımcı grubuna 17 açık uçlu sorudan oluşan ?Düşünce Deneyleri Anketi? uygulanmıştır. Araştırmaya katılan lise öğrencileri İstanbul'da bir Anadolu Lisesinde okuyan 10. Sınıf öğrencileridir, üniversite öğrencileri ise yine İstanbul'da bir devlet üniversitesinin fizik öğretmenliği bölümünde okuyan 4. sınıf öğrencileridir. Araştırmada konu sınırlamasına gidilerek Düşünce Deneyleri Anketi'ndeki 9 soru bu araştırmanın kapsamına alınmıştır ve diğer 8 soru kapsam dışı bırakılmıştır. Anket uygulamasından ardından gönüllülük esasına göre 46 lise ve 3 üniversite öğrencisi ile yarı-yapılandırılmış birebir görüşmeler yapılmıştır. Görüşmeler öğrencilerin Düşünce Deneyleri Anketi'ne verdikleri cevaplar üzerinden, araştırmanın amaçlarına yönelik daha açıklayıcı ve derinlemesine incelemeler yapmaya imkân sağlayacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Görüşmeler video kaydına alınmıştır.Araştırmada Düşünce Deneyleri Anketi sorularından alınan cevaplar tümevarımsal analiz yöntemiyle analiz edilerek her soru için cevap kategorileri oluşturulmuştur. Daha sonra; öğrencilerin, bu cevap kategorilerinin her birindeki çıkış noktası tespit edilerek öğrencilerin hayali dünya bağlamında fizik problemi çözerken sergiledikleri düşünce akışlarını gösteren ve aynı çıkış noktalı cevap kategorilerini bir arada toplayan düşünce zincirleri çizilmiştir. Öğrencilerin anket sorularına verdikleri cevaplar ikinci bir analize tabi tutularak öğrencilerin hayali dünya bağlamında fizik problemi çözerken sergiledikleri bilişsel süreçlerdeki çeşitlilik tespit edilmiştir. Bu çeşitlilik içerisinden ?düşünce deneyi yapma? bilişsel süreci alınarak ayrıntılı olarak incelenmiştir. Anket çalışması ile ilgili değerlendirmelerin ardından; öğrencilerle yapılmış olan birebir yarı-yapılandırılmış görüşmelerden belli kriterlere göre seçilmiş olan bir öğrencinin görüşmesi alınarak ayrıntılı bir durum çalışması yapılmıştır. Bu durum çalışması ile fizik öğrencilerinin düşünce deneyi yaparak düşünme durumlarına örneklendirmek ve bunu tek öğrenci üzerinden daha detaylı incelemek amaçlanmıştır.Araştırmanın sonuçları öğrencilerin kendilerine verilen hayali dünya bağlamında bir fizik problemini zihinlerinde sonuçlandırarak tam bir düşünce deneyi yapabildiklerini göstermiştir. Ayrıca öğrencilerin alternatif görüşleri, analojileri, boşluk ve merkez gibi bazı kavramlara yönelmeleri, bir perspektife bağlı düşünmeleri gerektiği durumlarda perspektif hataları yapmaları ve değişken kontrolünde güçlük çekmeleri öğrencileri düşünce deneyi yaparken doğru sonuca gitmekten saptırmıştır. Öğrencilerin alternatif kavramlarının dışında kuvvet hız, ivme gibi kavramları birbirileri yerine kullanmaları ve bunlar arasında yanlış ilişkilendirmeler yapmaları da öğrencileri kavramsal düzeyde hataya sürüklemiştir. Öğrenciler bazı durumlarda okulda öğrendikleri bilgiler üzerinden yanlış çıkarımlar yaparak sabit görüşler edindiklerinden bu görüşlerle hatalı sonuçlara yönelmişlerdir. Ayrıca; öğrencilerin ne olduğunu tam olarak bilemedikleri ancak işlevsel olarak sonucu belirleyen kavram olduğunu düşündükleri ve bazı kavramsal eksiklikleri gidermek için kullandıkları hayalet kavramlar da öğrencileri kavramsal düzeyde hataya sürüklemiştir. Üniversite öğrencileri de hayali dünya bağlamında fizik problemi çözerken lise öğrencileri ile aynı kavramsal hatalara düşmüşlerdir. Öğrencilerin düşünce deneyi yaparken sergiledikleri bilişsel süreçlerin araştırılması sonucu bu araştırmada 13 bilişsel süreç tespit edilmiştir. Bunlar arasında en yaygın olanlar günlük hayattan örneklerle düşünme, sebep sonuç ilişkili düşünme ve analoji yoluyla düşünme olmuştur. Öğrencilerin düşünce deneyi yaparken yürüttükleri düşünce zincirleri incelenmiş ve bunlar yapı itibariyle basit, kırık ve bileşik düşünce zincirleri olarak sınıflandırılmıştır. Öğrenciler bu çalışmada hayali dünya bağlamında fizik problemi çözerken daha çok kırık düşünce zincirleri kurmuşlardır.Anahtar Sözcükler: Düşünce Deneyleri, Bağlamsal Problem Çözme ve Bilişsel Süreçler

Abstract:
It?s a well-known fact that students have difficulties in visualizing physics subjects in their minds and solving physics problems. These difficulties mostly stem from their underdeveloped skills of creating imaginary scenarios or images in their minds and processing them mentally. Even when students are able to process them mentally, it?s observed that they fail in arriving correct conclusions because of their involved cognitive processes and naive cognitive structures. In this research, high school and university physics students? processes of solving physics problems by making thought experiments in the context of the imaginary world were investigated. ?Thought Experiments Questionnaire? with 17 open-ended questions were applied to a participant group of 50 high school students and 20 university students, in 2009-2010 Academic Year. The high school students participated in the study were the 10th grade Anatolian High School students in İstanbul, and the university students were the 4th year students studying in physics education department of a state university in İstanbul. In the study, the 17 questions in the Thought Experiments Questionnaire were reduced to 9 questions and the other 8 questions were excluded from the scope of the research as a result of limiting the study. After the application of the questionnaire, 46 high school and 3 university students were individually interviewed by using a semi-structured interview technique on a voluntary basis. The interviews were carried out through the answers given by the students to the questions in the Thought Experiments Questionnaire, to provide the opportunity to make a more descriptive and in-depth investigations for the purposes of the research. The interviews were video-taped.In the study, responses received from the questionnaire were analyzed by inductive analysis and response categories were established for each question. Later, students? starting points in this response categories were determined and thought chains that show the students thought flows while solving physics problems in the context of the imaginary world and combine the response categories with the same starting points were drawn. Responses given by the students to the questions in the questionnaire form were subjected to a second analysis to identify the variety in the students? cognitive processes performed by the students while solving physics problems in the context of the imaginary world. Within this variety, the cognitive process of ?making thought experiments? was studied in detail. After the evaluation of the questionnaire, a detailed case study was made with an interviewee who was selected according to certain criteria from the semi-structured individual interviews of the students. With this case study, it is aimed to exemplify the situations of the physics students? thinking through thought experiments and to investigate these situations in detail through a single student.The results of the study showed that the students are capable of making a thought experiment by concluding a given physics problem in the context of the imaginary world in their minds. In addition, the students? alternative views, analogies, tendencies to some concepts such as void and center, perspective errors and difficulties on the variable control deflected them from the right conclusion while making the thought experiments. Students? use of the concepts such as force, velocity, acceleration in place of each other and making wrong associations between these concepts were also among the fault-dragging reasons at the conceptual level. In some cases, students were dragged to the erroneous conclusions because of the fixed opinions acquired from the false inferences coming from the school knowledge. In addition, ghost concepts that students cannot identify clearly but think as a functional concept in determining the result and use to eliminate some conceptual deficiencies also dragged the students to error at the conceptual level. The university students also have fallen into the same conceptual errors as high school students while solving physics problems in the context of the imaginary world. In this study, as a result of the investigations on the cognitive processes that students perform while making thought experiments, 13 cognitive processes were detected. The most common ones among these are that thinking through daily life samples, cause and effect thinking, and thinking by analogy. The students? thought chains carried out while making thought experiments were classified structurally as simple, broken, and compound thought chains. The students established mostly broken thought chains in this study while solving physics problems in the context of the imaginary world.Key Words: Thought Experiments, Contextual Problem Solving, and Cognitive Processes