Newton’un hareket yasaları, ilk öğrenmeye başlayanlar için son derece zordur. Bu zorluklar yapılan araştırmalarda da görülmektedir (Watts & Zylbersztajn,1981; Gamble, 1989; Hellingman, 1989; Heywood & Parker, 2001). Bu zorlukları gidererek anlamlı öğrenmeyi sağlayabilmek için çeşitli öğretim yaklaşımları geliştirilmeye
çalışılmıştır (Minstrell, 1982; Searle, 1995; McKittrick, at all, 1999; Redish & Steinberg, 1999; Yeo & Zadnik, 2000). Fen bilgisi öğrencilerinin kavramsal değişimlerinde, kavram yanılgılarının önemli bir yerinin olduğu, çoğu fen öğretimcisi tarafından vurgulanmaktadır (Strike & Posner, 1985; Darden, 1992). Son otuz yıl içinde fizik eğitim araştırmaları, kavram yanılgıları ve bu kavram yanılgılarının giderilmesi üzerine yoğunlaşmaktadır (Hake, 1998; Crouch & Mazur, 2001). Araştırmalar, öğrencilerin çeşitli problem çözme eksersizlerindeki kavramları anlamalarındaki zorlukların üstesinden gelinemediğini göstermektedir (Kim & Pak, 2002). Bazı araştırmalarda ise kavramsal değişimlerin gerçekleştirilebilmesi için multimedya gibi yeni öğretim materyallerinin nasıl kullanılması gerektiği üzerinde durulmaktadır (Muller, at all, 2008). Öğrencilerin, fizik derslerindeki, temel mekanik kavramlarında yaygın bilimsel görüşlerin aksine, öğrenciler kendi inanış ve fikirleri ile hareket etmektedirler (Gilbert & Watt, 1983; Halloun & Hestenes, 1985).
Fen Bilgisi eğitimi üzerine yapılan araştırmalar, fen bilgisi öğretmenlerinin, konuların içeriklerini ve öğrencilerin nasıl öğrendiklerini dikkate almaları gerektiğini göstermektedir (Fensham, 2001;.Chinn, at all, 1998; Duit & Treagust, 1995; Donovan & Bransford, 2005; Suppapittayaporn, Emarat & Arayathanitkul, 2010).
Coelho (2010), öğrencilerin kuvvetin ne olduğunu bilmediklerini ifade etmektedirler. Yapılan çalışmalar kuvvet kavramının öğretiminde problem olduğunu göstermektedir. Bu problemlerin giderilebilmesi için kuvvet kavramının, matematiksel ve tanımsal özeliklerinde dikkatli davranılmalıdır. Genel fizik dersinde çok fazla ayrıntı verildiğinden, öğrencilerin konulardaki kavramları anlamaları ve verilmek istenilen bilginin bütününü görmeleri zorlaşmaktadır (Ellis & Turner, 2003). Elby (2001)’e göre üniversite öğrencilerinde; fizik derslerinin, bilginin doğası hakkındaki görüşlerinin değişmesine önemli bir katkısının olmadığı ileri sürülmektedir.
Mekanik konularında, özelliklede kuvvet ve hareket konularında öğrencilerin sezgisel düşünceleri araştırma konusudur. Öğrencilerin kuvvet ve moment konularındaki bilgilerinin az olduğu gösterilmiştir (Rowlands, Graham & Berry, 1998). Rowlands v.d. bu sorunu giderebilmek için konu işlenişinde, konunun farklı boyutlarını ortaya çıkaracak değişik nitelikte problemlerin çözülmesini önermektedir.
Galili ve Bar (1997), öğrencilerin ağırlık hakkında, birçok kavrama sahip olduklarını, fakat bu kavramları farklı fizik konuları içerisinde kullanmada problemlerinin olduğu belirtilmektedir. Farklı bir çalışmada öğrencilerin kavram gelişimlerinin iyileştirilmesinde kurallı ve açıklayıcı bilginin katkı sağladığı belirtilmektedir (Hamade, Artail & Jaber, 2007). Bilginin yapısına yönelik, bilgi ve kavram haritaları ise öğrencilerin açıklayıcı bilgi yapılarında bir farklılık sağlamaktadır (Shavelson, Ruiz-Primo & Wiley, 2005).
Taşar’ın (2001), kuvvet ve hareket konularında küçük gurup yaklaşımı ile üniversite öğrencilerinin alternatif kavram ve öğrenmelerinin araştırıldığı çalışmasında; araştırmaya katılan öğrencinin bazı bilgileri hatırladığı, fakat kavramların çoğunu günlük deneyim ve beklentilerine dayandırdığı sonucuna ulaşılmıştır. Araştırma verilerinin analizinde öğrencide kavramsal değişim gözlemlenmiştir. Fakat konu çalışmalarından sonra öğrencinin önceden sahip olduğu kavramlara geri döndüğü gözlemlenmiştir. Öğrencinin bu alternatif kavramları analiz edildiğinde, Newton’un kuvvet ve hareket konularındaki bu kavramlarının farklı olduğu ve ivme kavramının olmadığı görülmüştür. Bu durum, öğrencinin bilgilerini önceki beklentilerine dayandırılması ile ilişkilendirilmiştir.
Atasoy’un (2008), fen bilgisi öğretmenliği birinci sınıf öğrencilerinin Newton’un hareket kanunları konusundaki kavram yanılgılarının giderilmesine yönelik geliştirilen çalışma yapraklarının, öğrencilerin konuyla ilgili kavram yanılgılarını gidermeye etkisi ve öğrenci merkezli öğretime yansımaları incelendiğinde, araştırmanın ön testlerinin sonuçlarında öğrencilerin bazı kavram yanılgılarının olduğu tespit edilmiştir. Bunun nedeni olarak yaşanan zihinsel dengesizliğin etkili olduğu düşünülmektedir. Konuyla ilgili öğretmen adaylarının kavram yanılgılarını dikkate alan, çoğu kavram karikatürleri ile zenginleştirilmiş çalışma yaprağı ve keşfedici laboratuar modeline dayalı çalışma yapraklarının uygulanması sonunda yapılan mülakatlarda bu kavram yanılgılarına rastlanmamıştır. Çalışma yapraklarının öğrencilerin, etkinliklere aktif katılmalarını gerektirdiğinden, öğrencilerin bilgilerini doğru bir şekilde yapılandırmalarına katkı sağladığı ve bu bilgileri tekrar kullanmaları gerektiğinde doğru yorumlama becerisi kazandırdığı ileri sürülmüştür.
Tural’ın (2009, 2010) fen bilgisi öğretmenliği birinci sınıf öğretmen adaylarının kütle çekimi, serbest düşme hareketi ve ağırlık konularının öğrenilmesinde 5E öğretim modelinin etkisinin araştırıldığı çalışmalarında; bu konular ile ilgili öğrencilerin bazı önemli yanlış anlamalara sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmalarda öğrencilere, konularla ilgili bilgi eksikliklerini ve yanlış anlamalarını dikkate alan 5E öğretim modeline uygun soru kartları, çalışma yaprakları, etkinlik kartları ve araştırma planı formu kullanılarak yapılan uygulama sonucunda yanlış anlamlara rastlanmamıştır. Ayrıca öğrencilerin bu konulardaki uygulama öncesi öğrenme düzeyleri, uygulama sonrasında artış gösterdiği tespit dilmiştir.
Walcot’un (2003), öğretmenlerin kurallı ve açıklayıcı bilgi geçişlerinin incelendiği çalışmasında; açıklayıcı bilginin yazım talimatları alanında iyi pratiklerle temsil edilebileceği önerilmektedir. Öğretmenlerin öğrenme süreçleri analiz edildiğinde açıklayıcı bilgilerinin, paragraf yapıları ve cümle yapıları ile ilgili olduğu sonucuna ulaşılmış ve öğretmenlerin kişisel öğrenme amaçlarının kurulmasında, üst bilişsel becerilerin yararlı olabileceği önerilmiştir. Öğretmenlerin tutumlarının, öğrencilerin öğrenmelerinde kavramsal değişim süreçlerine katkı sağladığı sonucuna ulaşılmıştır.
Mcclery’in (2000), öğrencilerin problem çözme becerilerini yükseltmek için yaptığı deneysel uygulamada; öğrencilerin, konu ilgili açıklayıcı bilgileri ve problem çözme becerilerinin belirlenebilmesi için iki guruba ayırdığı çalışmasında; araştırmaya katılan iki gurup öğrencinin, açıklayıcı bilgileri ile problem çözme becerisi bakımından karşılaştırıldıklarında, iki gurup arasında önemli bir fark bulunamamıştır. Fakat iki gurubun bilgilerinin içeriği bakımından, açıklayıcı bilgi gurubunda bulunanlar lehinde önemli farklılıklar bulunmuştur.
Scott (2001), üniversitelerde okutulan temel fizik dersindeki Newton yasalarının önemli prensiplerinin, derslerde uygulamalarının yapılmasının öğrencilerin bilgi ve düşünme işlemleri için önemli olduğunu vurgulamaktadır. Bu bilgi ve düşünme işlemleri için sadece açıklayıcı bilginin değil aynı zamanda kurallı bilgininde gerekli olduğu vurgulanmaktadır.
Draper’ın (2004), öğrencilerin matematik mantık, mantık ve problem çözebilme yetenekleri için öğretmenlerin konu bilgileri, pedagoji ve inanışlarının yeterliliğinin
araştırıldığı çalışmasında; öğretmenlerin matematik mantık konusunda öğrenme, öğretme ve düşünceleri belirlenmiştir. Bu araştırmada öğretmenlere yeni pedagoji ve alan bilgileri verildiğinde, bu bilgilerini geliştirirken öğrencilerinin de bu yeni duruma aktif bir şekilde katıldıkları gözlenmiştir.
Fen bilgisi eğitimcileri, büyük ölçekli reformlar yapmak için; yeni öğretim yöntemleri ve pratik kurallar kullanarak yenilikler oluştururlar. Bu reformları yansıtacak bilimsel materyaller tasarlarlar. Fen bilgisi eğitimcileri, öğrencilerini; kavram, pedagoji ve pedagojik kavram bilgilerini destekleyerek bu süreçlerdeki sistematik değişimleri standartlaştırmaya çalışırlar (Schneider, Krajcik & Blumenfeld, 2005). Bu sistematikleştirme, fen bilgisi konuları içinde yer alan kuvvet ve hareket konuları içinde geçerlidir.
Fen bilgisi eğitimindeki fizik konuları içerisindeki Newton’un hareket yasalarını, öğretmen adaylarının daha iyi anlayabilmeleri ve bu anlama süreçlerinin sistematik değişimlerini standartlaştırmaya yönelik günümüz eğitim anlayışı içerisinde farklı yöntem ve tekniklerle çalışılmaktadır. Bu yöntem ve teknikler, konunun alan eğitiminde olduğu kadar, bu konuları destekleyecek bilimsel süreç altında yapılan çalışmalar da vardır (Keleş, 2007; Muller, Bewes, Sharma & Reimannt, 2008; Bao, Hogg & Zollman, 2002; Meltzer, 2005; James & Scharmann, 2007; Klein, Piacente-Cimini & Williams, 2007; Kozhevnikov & Thornton, 2006; Baharestani, 1999; Kim & Pak, 2002; Ergin, 2006; Aydın, 2009; Çalışkan, 2009; Yıldırım, 2009; Rutherford, 1999; Baharestani, 1999; Rowley, 2006; Itza-Ortiz, Rebello & Zollman, 2004; Elby, 2001; Bryant, 1992; Smith, 1998; Roy, 1970; Palmer, 2001).
Fen bilgisi öğretimi, bilgi türleriyle de çalışılmaktadır. Yukarıda verilen bazı kaynaklarda bu görülmektedir. Fakat fen bilgisi öğretiminde, özelliklede fen bilgisi konuları içinde yer alan Newton’un hareket yasaları; bilgi türleri, bilginin ait olduğu mantık yapısı, bilgi türünün konunu öğretimine uygun bölümleri ve bu bölümlerin standart değerlendirmelerle çalışılarak öğrencilerin bilgi problemleri, bilgi edinme süreçlerinin iyileştirici ve var olan bilgi seviyelerini kararlı tutabilme yollarının birbirleri ile ilişkili çalışmaların günümüz eğitim anlayışı içersinde yeniden yapılması fen bilgisi öğretimine katkı sağlayabilir.