Entropi kavramına bütüncül bir bakış açısıyla geliştirilen "Üçayak Yaklaşımı"nın lise öğrencilerinin anlama düzeyine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of the "Tripod Approach" developed with a holistic perspective on the concept of entropy on the understanding level of high school students
Yazar: FARUK AKBULUT
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ALTUN
Gazi Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Fen ve Matematik Alanlar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Buluş yoluyla öğretim = Discovery teaching ; Entropi = Entropy ; Lise öğrencileri = High schools students ; Üçayak yaklaşımı = Tripod approach

Özet:
Entropi kavramı için günümüze kadar bilim insanları tarafından birçok açıklama getirilmeye çalışılmış, fakat özellikle entropinin tanımlanmasında kullanılan bazı yaklaşım ve düzensizlik gibi metaforlar lise ve üniversite düzeyinde öğrencilerin kafa karışıklığı yaşamasına neden olmuştur. Bu yüzden termodinamik kavramlar özellikle de entropi öğrencilerimiz tarafından anlaşılmaz bulunmuştur. Her ne kadar birçok yayın kuruluşu 2013 itibari ile yeni kitap baskılarında düzensizlik kavramını kullanmasalar da yapılan bazı araştırmalarda (Haglund vd., 2015) düzensizliğin yine en fazla tercih edilen kavram olduğu görülmektedir. Bunun yanında oldukça soyut olması ve kavrama zorluğu nedeniyle gizemli bir kavram olan entropinin açıklanmasında düzensizliğe alternatif olarak çeşitli metafor ve yaklaşımlar geliştirilmiştir (Leff, 1996; Styer, 2000; Lambert, 2011 vd.). Fakat bu yaklaşımların birçoğunda entropinin makroskopik doğası görmezden gelinmiş ve bunun sonucunda entropinin öğretimi aşamasında çeşitli zorluklarla karşılaşılmıştır. Bu amaçla, bu çalışmada termodinamik ve istatiksel yaklaşımın öğrencilere nasıl anlatılacağı ile ilgili zorluğun ve düzensizlik temelinde yaşanılan karmaşanın üstesinden gelebilmek amacıyla "Üçayak Yaklaşımı" geliştirilmiştir.  Araştırmanın modeli olarak öncelikle araştırmaya bir olguyu incelemek amacıyla veriler toplanarak başlanmış ve nitel verilerden elde edilen sonuçların analiz edilmesiyle de yeni bir öğretim yaklaşımı geliştirilmiştir. Araştırmanın nicel veri toplama sürecinde ise bu yaklaşımın etkililiği yarı deneysel desen modeli ve SPSS21 programı kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca araştırma problemi ile ilgili daha bütüncül anlayış geliştirebilmek ve nicel verilerin daha iyi anlaşılabilmesi için uygulama araştırması nitel araştırma ile desteklenmiştir. Bu bağlamda buluş yaklaşımına ilişkin veriler araştırmanın nitel boyutunu oluşturmuştur. Araştırma nitel süreçle başlayıp nicel süreçle devam eden ve daha sonra karma desen kullanılmasıyla sonlandırılmıştır. Bu durum yapılan araştırmanın çok aşamalı desen olduğunu göstermektedir.  Araştırmanın örneklem grubu, kontrol grubu 15 ve deney grubu 19 öğrenciden oluşmaktadır. Öğrenciler özellikle entropi kavramı başta olmak üzere diğer termodinamik kavramlar ve bunlar arasındaki ilişkilere odaklanan etkinliklere dâhil edilmiştir. Nicel araştırma sürecinin sonunda, deney ve kontrol grubundaki öğrencilerin sontest KEBT arasında ve yine deney grubunun öntest-sontest başarı puanları arasında deney grubu lehine anlamlı bir farklılık oluşmuştur. Bununla beraber Üçayak Yaklaşımının nitel boyutunda buluş yoluyla öğrenmeden elde edilen veriler incelendiğinde öğrencilerin tahmin aşamasına göre kabul edilebilir cevaplarında önemli bir artış yaşandığı, dolayısıyla termodinamik kavram ve yasaların anlaşılmasında amaçlanan öğretim hedeflerine büyük oranda ulaşıldığı sonucuna varılmıştır. Diğer taraftan entropinin tanımlanmasına yönelik mevcut tanımlarda çoğunlukla mikroskobik odaklı yaklaşımların benimsenmesinden dolayı entropinin makroskopik doğası görmezden gelinmiş ve nihayetinde entropi anlaşılmaz bir kavram olarak hafızalarda yer etmiştir. Bilim eğitiminde yaşanılan bu zorluk dile getirilmesine rağmen (Baierlein, 1994; Kozliak, 2004) geçen süre içerisinde bu problemin üstesinden gelebilecek türden bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bununla beraber enerji ve olasılık entropinin açıklanmasında olmazsa olmaz kavramlar olarak belirtilmiştir (Lambert, 2006). Neticede entropi öğretimini sistematize edebilme amaçlı geliştirilen Üçayak Yaklaşımından elde edilen veriler ışığında entropi ile amaçlanan öğretim hedeflerinin özünü yansıtan alternatif bir entropi tanımı geliştirilmiştir. Buna göre "Entropi; kullanılamayan enerjinin veya enerji dağılımının olasılıklı bir ölçüsüdür'' olarak yeniden tanımlanmıştır. Sonuç olarak bu çalışmada entropi kavramı bilim eğitiminde kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve öğretim hedeflerine uygun alternatif bir öğretim yaklaşımı ve entropi tanımı geliştirilerek bu alanla ilgili yaşanılan karmaşanın üstesinden gelmek amaçlanmıştır.

Abstract:
Scientists have tried to provide many explanations for the concept of entropy until today. Still, some approaches and metaphors such as disorder, primarily used in the definition of entropy, have caused confusion in high school and university level students. Therefore, thermodynamic concepts, especially entropy, have been found incomprehensible by our students. Although many publishing organizations do not use disorder in new book editions as of 2013, it is seen in some studies (Haglund et al., 2015) that disorder is the most preferred concept. Various metaphors and approaches have been developed as an alternative to disorder in the explanation of entropy, which is a mysterious concept due to its being quite abstract and difficult to comprehend (Leff, 1996; Styer, 2000; Lambert, 2011 et al.). Since the macroscopic nature of entropy has been ignored in many approaches, many difficulties have been encountered in the teaching of entropy. For this purpose, the "Tripod Approach" was developed in this study to overcome the problems of explaining the thermodynamic and statistical approach to students, and the confusion experienced based on the disorder. As the research model, the research started by collecting data to examine a phenomenon. A new teaching approach was developed by analyzing the results obtained from the qualitative data. In the quantitative data collection process of the research, the effectiveness of this approach was investigated using the quasi-experimental design model and the SPSS21 program. Besides, application research was supported by qualitative research to develop a more holistic understanding of the research problem and to understand quantitative data better. In this context, the data regarding the invention approach formed the qualitative dimension of the research. The research started with a qualitative process, continued with a quantitative process, and ended with mixed design. This situation shows that the research conducted is a multi-stage design. The sample group of the study consists of 15 students in the control group and 19 students in the experimental group. Students were included in activities that focused on other thermodynamic concepts, especially the entropy concept and the relationships between them. At the quantitative research process, there was a significant difference in favor of the experimental group between the post-test KEBT of the students in the experimental and control groups and the pretest-posttest success scores of the experimental group.  In the qualitative dimension of the Tripod Approach, the data obtained from discovery learning were examined. It was concluded that there was a significant increase in the students' acceptable responses according to the guessing stage so that the teaching objectives aimed at understanding thermodynamic concepts and laws were achieved. On the other hand, the macroscopic nature of entropy has been ignored due to the adoption of microscopically oriented approaches in the current definitions for entropy. Eventually, entropy has been included in memories as a problematic concept. Although this difficulty in science education has been expressed (Baierlein, 1994; Kozliak, 2004),  such a study has been not encountered overcame this problem. As a result, in the light of the data obtained from the Tripod Approach, which was developed to systematize entropy teaching, an alternative entropy definition was developed that reflects the essence of the teaching objectives aimed with entropy. According to this Entropy, has been redefined as "is the probability measure of unavailable energy or energy dispersal" As a result, the concept of entropy in science education has been comprehensively examined in this study by developing an alternative teaching approach and definition of entropy by the teaching objectives.