Ortaöğretim öğrencilerinin kuantum fiziğine giriş konularında kavramsal anlama güçlüklerinin belirlenmesi ve giderilmesi
Determining and remedying of secondary school students conceptual difficulties on introductory quantum physics concepts
Yazar: ÖMER ENSARİ
Danışman: PROF. DR. CELAL BAYRAK
Hacettepe Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: 5E Modeli = 5E Model ; Benzetim = Simulation ; Fizik eğitimi = Physics education ; Kavramsal anlama = Conceptual understanding ; Kavramsal öğrenme = Conceptual learning ; Kuantum fiziği = Quantum physics ; Ortaöğretim okulları = Secondary education schools ; Ortaöğretim öğrencileri = Secondary education students ; Tahmin et-Gözle-Açıkla yöntemi = Prediction-Observation-Explanation Strategy ; Çizgi romanlar = Comic strips

Özet:
Araştırmada ortaöğretim öğrencilerinin kuantum fiziği giriş konularında yaşadıkları güçlüklerin nedeni araştırmak ve Tahmin-Gözlem-Açıklama (TGA), simülasyon ve çizgi roman destekli 5E öğrenme modelinin öğrencilerin akademik başarı ile kavramsal anlamalarına etkisini incelemek amaçlanmıştır. Kuantum fiziği giriş konuları olarak siyah cisim ışıması, fotoelektrik olay, Compton saçılması, ışığın ikili doğası ve madde dalgaları (de Broglie) konuları belirlenmiştir. Bu konular kuantum başlangıcı, ışığın kuantum teorisi ve madde dalgaları başlıkları altında toplanmıştır. Çalışmada kullanılmak üzere dört aşamalı Kuantum Fiziği Kavramsal Anlama Testi (KuFKAT) geliştirilmiş ve geçerlik ile güvenirlik çalışmaları yapılmıştır. Ardından Van il merkezinde bulunan bir Anadolu lisesi son sınıfta okuyan ve seçmeli fizik 12 dersini seçen 45 öğrenci deney grubu ve başka bir Anadolu lisesi son sınıfta okuyan 40 kişi kontrol grubu seçilerek uygulama yapılmıştır. Deney grubunda TGA, simülasyon ve çizgi roman destekli 5E öğrenme modeli uygulanmıştır. Çizgi romanlar araştırmacı tarafından geliştirilmiştir. Uygulamaya katılan kontrol ve deney grubu öğrencilerinin kuantum fiziği konularındaki kavramsal anlama düzeyleri, anlamakta yaşadıkları güçlükler ve bu güçlüklerin nedenleri araştırılmıştır. Araştırmada KuFKAT'ın yanı sıra deney grubu öğrencileri ile görüşmeler de yapılmıştır. Çalışma sonunda kontrol grubu öğrencilerinin kuantum fiziği kavramsal anlama düzeyi düşük ve deney grubunun orta bulunmuştur. Öğrencilerin kuantum fiziğini kavramada yaşadıkları güçlüklerin klasik fizik konularındaki bilgi eksikliği ve kavram yanılgılarından kaynaklandığı belirlenmiştir. Ayrıca deney grubuna uygulanan öğretim modelinin hem akademik başarıyı hem de kavramsal anlamayı anlamlı bir şekilde arttırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre bazı önerilerde bulunulmuştur.

Anahtar sözcükler: kuantum fiziği, TGA, simülasyon, çizgi roman, 5E öğrenme modeli, ortaöğretim öğrencileri

Abstract:
In the study, it was aimed to investigate the reasons for the difficulties experienced by secondary education students in quantum physics introductory subjects, and to examine the effects of Predict-Observe-Explain (POE), simulation, and a comic book-supported 5E learning model on students' academic success and conceptual understanding. Black body radiation, photoelectric effect, Compton scattering, dual nature of light, and matter waves were determined to be introductory quantum physics topics. These topics are gathered under the titles of quantum beginning, quantum theory of light, and matter waves. A four-stage Quantum Physics Conceptual Understanding Test (QPCUT) was developed, and validity and reliability studies were conducted. The experimental group of 45 senior students from an Anatolian high school and the control group of 40 senior students from another school in the Van were selected. The POE, simulation, and comic book-supported 5E learning model was applied in the experimental group. The comics were developed by the researcher. In addition to QPCUT, interviews were conducted with students in the experimental group. At the conclusion, the students in the control group had a low level of conceptual understanding of quantum physics, whereas the experimental group had a moderate level. It has been determined that the difficulties experienced by the students in understanding quantum physics stem from a lack of knowledge and misconceptions in classical physics. It was determined that the teaching model applied to the experimental group significantly increased both academic achievement and conceptual understanding compared to the control group. Suggestions were made considering the findings obtained.

Keywords: quantum physics, POE, simulation, comic book, 5E learning model, secondary education students