Kırılma ile İlgili Çalışmalar

Singh ve Butler [63], öğrencilerin kırılma konusu ile ilgili sahip oldukları kavramları belirlemek amacıyla yaptıkları çalışmada, altı haftadan daha uzun bir süre altı farklı bölümden oluşan bir anket uygulanmıştır. Her bir anket kısa cevaplı sorulardan oluşmaktadır. Anket Yeni Zelanda’da bulunan iki okuldaki 15, 16 ve 17 yaş öğrencilerine ve Singapur’daki üniversite öncesi bir gruba, Yeni Zelanda’da üniversite fizik öğrencisi bir gruba ve Yeni Zelanda’da fizik okuyan yabancı öğrencilerden bir gruba uygulanmıştır. Ankette öğrencilere kırılma ve kırıcılık indisini açıklamaları sorulmuştur. Öğrencilerin %82’ si kırılma olayını iki ortam arasındaki yüzeye gelen ışına bağlı olarak açıklamışlardır. Bazı öğrenciler ise ışık hızı ile kırılmayı ilişkilendirmişler ve Normal doğrultusunda gelen ışının kırılmayacağını belirtmişlerdir. Öğrencilerin % 35’ i kırılma indisini ışığın ortamdaki hızının boşluktaki hızına oranı olarak tanımlamışlardır. %14’ ü n=sin i / sin r’ bağıntısı ile açıklamışlardır. Öğrencilere mümkün olabilen tüm doğrultularda üzerine ışın gönderilmiş bir aynadaki ışınların yollarını tamamlamaları istenmiş, fakat %88’ inin bu ışınları çizemedikleri görülmüştür. Bir diğer soruda, eğrisel yüzeylere gönderilen farklı doğrultulardaki ışınların yollarının çizilmesi istenmiştir. Çoğu öğrenci doğru bir şekilde çizimleri tamamlayamamışlar sadece %78’ i düzlem arakesit yüzeye gelen ışınları çizebilmiştir. Öğrencilere prizma ve yarım daire şeklinde çizimler verilmiş ve gönderilen ışınların yollarını tamamlamaları istenmiştir. Öğrencilerin büyük bir çoğunluğu prizmayı tamamlamış ancak diğer soruyu doğru tamamlayamamıştır. Bunların dışında öğrencilere farklı kırıcılık indislerine sahip iki ortam verilmiş ve şekilde çok yoğun ortamdan az yoğun ortama kritik açı değerinden daha büyük bir değerde ışın gönderilmiştir. %62’ si ışının ışıklı ortamda kırıldığını çizebilirken, %37’ si küçük açılar için yoğun ortamdan ışıklı ortama bir kırılma olacağını düşünmüşlerdir. Bu örneğe benzer ikinci bir örnekte ise farklı açılarda 5 ışın çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru gönderilmiştir. Gönderilen ışınların ikisinin gelme açısı kritik açı değerinden büyük olduğu halde %37’ si bu ışınlardan

birincisini, %11’ i ise diğerinin kırıldığını çizmişlerdir. Bazı öğrenciler ise normal doğrultusunda gelen ışının kırıldığını göstermişlerdir. 6. örnekte öğrencilerden eşkenar prizmaya gönderilen ışınların yollarının tamamlamaları istenmiştir. Bunu öğrencilerin sadece %37’ si doğru olarak tamamlayabilmiştir. Öğrencilere ince kenarlı bir merceğe farklı açılarda ışınlar gönderilmiş ve bunların yollarının nasıl devam edeceği sorulmuştur. %71’ i gelen ışının doğrultusunu saptırmış, %12’ si paralel olarak çizmiş, sadece %4’ ü mercekte kırılmayı doğru olarak göstermiştir. %98’i asal eksene paralel gönderilen ışını saptırmaksızın ikinci ortama geçirmişlerdir. Son örnekte ise öğrencilerden mercekler tarafından görüntü oluşturmak için bir çizim yapmaları istenmiştir. Öğrenciler ince kenarlı mercekte görüntü oluşumunu daha doğru çizebilmişlerdir. Farklı gruplara uygulanan bu çalışma sonucunda üniversite 1. sınıf öğrencileri ile lise öğrencilerinin aynı kavramsal yanılgılara sahip oldukları ortaya çıkmıştır.

Treagust, Harrison ve Venville [64], çalışmalarında öğrencilerin ışığın kırılması konusunu anlamalarında analoji kullanımının kavramsal değişime etkisini araştırmışlardır. Bunun için 10. sınıfta okuyan iki sınıftan birisine analoji kullanılarak diğerine ise analoji kullanılmadan aynı öğretmen tarafından öğretim yapılmıştır. Öğrencilere dikdörtgen camdan ışığın geçişi anlatılmış ve bu geçişi de ışığın cama girdiğinde yavaşladığını ve camdan çıktıktan sonra hızlandığını söyleyerek açıklamıştır. Hızdaki bu değişimin ışığın doğrultusunu nasıl etkilediğini açıklamak için öğretmen, ışık ışınını tekerlek çiftine benzeten analojiyi kullanmıştır. Öğrencilerin kırılma konusunu anlama düzeylerini ölçmek için görüşmelerden sonra çalışma yaprakları verilmiş ve üç ay sonra da öğrencilerin kalıcı anlamaları görüşme yöntemi ile ölçülmüştür. Bu görüşmelerde derste yapılan aktivitelere dayalı sorular sorulmuş ve deney grubundaki 25 öğrenci ile kontrol grubundaki 14 öğrenci ile görüşmeler yapılmıştır. Araştırmadan elde edilen veriler Hewson ve Hewson [38]’dan uyarlanan kavramsal değişim için gerekli şartlara ulaşılıp ulaşılamamasına göre analiz edilerek gruplandırılmıştır. Analojinin uygulandığı sınıfta öğrencilerin %36’ sı en üst basamak olan verimlilik (fruitful) basamağına ulaşırken diğer sınıftan hiçbir öğrenci bu aşamaya gelememiştir. Bir alt şart olan makul açıklama düzeyine deney grubu öğrencilerinin %28’i ulaşırken, kontrol grubunun %7’si bu aşamaya gelebilmiştir. Bir alt şart olan anlaşılır açıklama düzeyinde

ise deney grubunun %16’sı kontrol grubunun ise %29’u bulunmaktadır. Araştırmadan elde edilen veriler doğrultusunda, öğrencilerin kavramsal anlamalarının değişimi için analoji kulanmanın etkili olduğunu söylemişlerdir.

Reiner [65], yeni bilginin oluşturulmasında düşünce deneylerinin önemli bir rol oynayabileceği noktasından hareketle fizikte optik ile ilgili simülasyonları kullanarak bir çalışma yapmıştır. Çalışmada öğrencilerin aktiviteleri kuramsal dünya, hipotez, deney, sonuçlar ve yorumlardan oluşan 5 aşamalı yapıya göre planlanmıştır. Çalışmada öğrencilerin işbirlikli problem çözme süreçlerine üç noktadan bakılmıştır. Bunlar zihinsel betimleme yapılırken öğrenme sürecinin yapısı, zihinsel objeler hakkındaki iletişimin doğası ve fizik öğreniminde düşünce deneylerinin rolüdür. Araştırma 11. sınıftan 12 öğrenciyle yapılmıştır ve 4 bilgisayar ve 4 farklı deney düzeneği seti kullanılmış, 2 yardımcı öğretmenden ihtiyaç duyulduğunda yararlanılmıştır. Çalışmada bir ders içinde yapılanlar özetlenmekte olup öğrencilere verilen görev cümlesi; “bilgisayar tabanlı simülatörü ve öğrenci deneylerini kullanarak geniş bir görme alanı sunan bir periskop yapınız” dır. Öğrencilere düzenek olarak çeşitli mercekler, aynalar, küçük ışık kaynakları ve opak nesneler ile bir periskop verilmiştir. Öğrencilerden istenen, periskoplarının “görüş alanını” iyileştirmeleridir. Öğrencilere sağlanan simülasyon programı ile öğrencilerin optik olaylara ilişkin diyagramlar çizmeleri ve bunları deneysel yollardan elde ettikleri grafik tahminlerle karşılaştırıp tartışmaları amaçlanmıştır. Veri tabanının tam bir analizi sonucunda öğrencilerin konuşmalarına ait kayıtların ve hareketlerinin tipik düşünce deneylerinin özelliklerini yansıttığı bulunmuştur. Çalışmada yukarıda bahsedilen beş yapıya ilişkin düşünce deneylerinin öğrenme evreleri öğrencilerin konuşmalarından örneklerle açıklanmıştır.

Analiz sonuçlarına göre, işbirlikli öğrenmenin gerçekten düşünce deneyleri sırasında ortaya çıktığı ve bununda gruptaki diğer üyeleri ikna etme ile gerçekleştiği vurgulanmaktadır. Öte yandan, öğrencilerin benzer durumları görünür hale getirmeden hayal ederek bu durumlar hakkında konuşabilir oldukları ifade edilmektedir. Ayrıca her ne kadar çalışmada gruplardan bir tanesine odaklanılarak bu grubun elemanlarının etkileşimi örnek olay çalışması olarak sunulmuşsa da diğer gruplar arasında da düşünce deneylerinin, süre, kullanılan simülasyon programının özellikleri, seçilen semboller ve bunların tartışma sırasında kullanılma biçimleri açısından farklılıklar gösterdiği

belirtilmektedir. Sonuç olarak, düşünce deneylerinin bilgisayar tabanlı içerikle yapıldığında güçlü bir işbirlikli öğrenme aracı olduğu ve öğrencilerin ağır matematiksel eşitliklerle uğraşmaktansa optik süreçleri görmelerini ve nitel anlamalarını arttırdığı vurgulanmaktadır. Çalışmadaki aktiviteler önceden belirlenmiş olup konuşmaların öğrencilerin deneyle uğraşmaya başladıkça geliştiği bir kavrama ilişkin anlamın tartışıldıkça bilişsel araçların ve anlamlı sembollerin ortaya çıktığı ifade edilmektedir. Son olarak önceden yapılan düşünce deneylerinin sonuçlarının yeni düşünce deneyleri için gerçek bir öneri niteliğinde olabileceği belirtilmektedir. Böylelikle öğrencilerin ayna ile etkileştiğinde ışının doğrultusunun ne olacağını periskop deneyini yapmadan önce tahmin edebilecekleri vurgulanmaktadır. Gerçekten çalışmada da bir öğrencinin aynadan yansıdıktan sonra ışık ışınının doğrultusunun ne olacağını el-kol hareketiyle anlattığı ve ayna yerine prizma yerleştirilseydi ışınların prizma tarafından öyle yansıtılmayacağı sonucuna bilgisayar programında olayı gözlemeden önce ulaşabildiği görülmüştür.