EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ORTAÖĞRETİM FEN VE MATEMATİK ALANLARI EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
FİZİK EĞİTİMİ BİLİM DALI
10. SINIF ÖĞRENCİLERİNİN “KUVVET VE HAREKET”
ÜNİTESİYLE İLGİLİ PROBLEMLERİ ÇÖZÜM SÜREÇLERİNİN
“İPUCU DESTEKLİ PROBLEM ÇÖZME ARACI” İLE BELİRLENMESİ
DOKTORA TEZİ
Seyhan ERYILMAZ TOKSOY
TRABZON
Temmuz, 2014
EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ORTAÖĞRETİM FEN VE MATEMATİK ALANLARI EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
FİZİK EĞİTİMİ BİLİM DALI
10. SINIF ÖĞRENCİLERİNİN “KUVVET VE HAREKET”
ÜNİTESİYLE İLGİLİ PROBLEMLERİ ÇÖZÜM SÜREÇLERİNİN
“İPUCU DESTEKLİ PROBLEM ÇÖZME ARACI” İLE BELİRLENMESİ
Seyhan ERYILMAZ TOKSOY
Karadeniz Teknik Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü’nce Doktora Unvanı Verilmesi İçin Kabul Edilen Tezdir.
Tezin Danışmanı Prof. Dr. Ali Rıza AKDENİZ
TRABZON
Temmuz, 2014
iii
Tezimin içerdiği yenilik ve sonuçları başka bir yerden almadığımı ve bu tezi KTÜ Eğitim Bilimleri Enstitüsünden başka bir bilim kuruluşuna akademik gaye ve unvan almak amacıyla vermediğimi; tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada kullanılan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını, aksinin ortaya çıkması durumunda her türlü yasal sonucu kabul ettiğimi beyan ediyorum.
Seyhan ERYILMAZ TOKSOY 03/07/2014
iv
Bu çalışma, öğrencilerin fizik problemlerini çözme sürecini ihtiyaç duydukları ipuçlarını kapsamında incelemek amacıyla yürütülmüştür. Bu amaca ulaşma sürecinde bana en büyük desteği sağlayan, lisans ve lisansüstü öğrenimim sürecinde öğrencisi olduğum tez danışmanım Prof. Dr. Ali Rıza AKDENİZ’e, bu zorlu süreçte her takıldığım noktada bana vermiş olduğu destek, göstermiş olduğu sabır ve yapıcı yönlendirmelerinden dolayı sonsuz teşekkür eder, saygı ve şükranlarımı sunarım.
Çalışmam sırasında değerli görüş ve önerilerini benimle paylaşan, fikirlerinden yararlandığım, üzerimde emeği olan değerli hocalarım Doç. Dr. Nedim ALEV, Doç. Dr.
Hakan Şevki AYVACI, Doç. Dr. Nevzat YİĞİT ve Doç. Dr. Ayşegül Sağlam ARSLAN’a teşekkürlerimi sunarım.
Çalışmam boyunca akademik görüş ve önerilerine ilave olarak, süreç boyunca yanımda olduklarını hissettiren Dr. Özgül KAYA ve Dr. Mustafa YADİGAROĞLU’na, Trabzon’da bir ailem daha olduğunu hissettirerek, beni motive eden arkadaşım Arş. Gör.
Elif AKŞAN’a ve ailesine teşekkür ederim. Ayrıca, sağladığı destek için TUBİTAK-BİDEB’e teşekkür etmeyi bir borç bilirim.
Çalışmam boyunca gösterdiği sabır, anlayış ve hayatıma kattığı mutluluk için Mustafa Saltuk TOKSOY’a, her mola verişimde videoları ve fotoğraflarıyla beni neşelendiren Şimal Ay’ıma ve Mustafa Çınar’ıma, her bunalışımda dualarını hissettiğim canım anneme, hayatımın her anında yanımda olduğunu hissettiğim canım babama, hayatımın olmazsa olmazları canım ablalarım Ayşe, Suzan ve Gülkız’a ve bir tanecik abim Murat YILMAZ’a ayrı ayrı teşekkür ederim. Tezimi, imkânsızlıktan dolayı okula gidemeyen ve çocuklarının okuması için büyük çaba gösteren canım annem İkramiye ERYILMAZ’a ve bizi okutmak için elinden geleni yapan canım babam Hacı Mustafa ERYILMAZ’a armağan ederim.
Temmuz, 2014 Seyhan ERYILMAZ TOKSOY
v
ÖN SÖZ ... iv
İÇİNDEKİLER ... v
ÖZET ... ix
ABSTRACT ... x
TABLOLAR LİSTESİ ... xi
ŞEKİLLER LİSTESİ ... xiii
KISALTMALAR LİSTESİ ... xv
1. GİRİŞ ... 1
1.1. Araştırmanın Amacı ... 4
1.2. Araştırmanın Gerekçesi ve Önemi ... 4
1.3. Araştırmanın Sınırlılıkları... 9
1.4. Araştırmanın Varsayımları ... 9
1.5. Tanımlar ... 9
2. LİTERATÜR TARAMASI ... 11
2.1. Araştırmanın Kuramsal Çerçevesi ... 11
2.1.1. Problem ... 11
2.1.1.1. Problem Türleri ... 12
2.1.1.1.1. Yapılarına Göre Problemler ... 13
2.1.1.1.1.1. Yapılandırılmamış Problemler ... 13
2.1.1.1.1.2. İyi Yapılandırılmış Problemler... 13
2.1.2. Problem Çözme Süreci ... 14
2.1.2.1. Problem Çözme Sürecinde Gerekli Olan Bilgi Türleri ... 15
2.1.2.2. Problem Çözme Stratejileri ... 18
2.1.2.2.1. Fizikte Kullanılan Problem Çözme Stratejileri ... 19
2.1.2.3. Uzman ve Acemi Problem Çözücüler ... 23
2.1.3. Problem Çözme Sürecinin Belirlenmesinde Kullanılan Yöntemler ... 26
2.1.3.1. Bilgisayar Yazılımları ile Problem Çözme Sürecinin İncelenmesi ... 27
2.1.4. Literatürdeki Çalışmalar ... 29
2.1.4.1. Problem Çözme Sürecini İncelemeye Yönelik Çalışmalar ... 29
2.1.4.1.1. Problem Çözme Sürecini İnceleyen Çalışmalar ... 29
vi
Yönelik Çalışmalar ... 39
2.1.4.3. Problem Çözmede İpucu/Destek Kullanımına Yönelik Yapılan Çalışmalar ... 43
2.1.4.4. “Kuvvet ve Hareket” Ünitesi ile İlgili Çalışmalar ... 48
2.2. Literatür Taramasının Sonucu... 50
3. YÖNTEM ... 54
3.1. Araştırmanın Yöntemi ... 54
3.2. Araştırmanın Tasarlanması ... 55
3.3. Araştırmada İzlenen Aşamalar ... 57
3.3.1. Araştırma İzninin Alınması ... 57
3.3.2. Araştırma Grubunun Belirlenmesi ... 57
3.3.3. İDEPÇA’nın Tasarlanması ... 58
3.3.3.1. Ders Hedeflerinin ve Öğrenci Gereksinimlerinin Belirlenmesi ... 58
3.3.3.1.1. Hedef Grubun Tanınması ... 58
3.3.3.1.2. İDEPÇA’da Bulunan Problemlerin Belirlenmesi ... 60
3.3.3.1.3. İDEPÇA’daki Problemlerin Öğrenci Seviyesine Uygunluğunun ve Anlaşılırlığının Sağlanması ... 62
3.3.3.1.4. Öğrencilerin Problemleri Çözerken İhtiyaç Duydukları İpuçlarının Belirlenmesi ... 63
3.3.3.1.4.1. Öğrenci Görüşleri ... 63
3.3.3.1.4.2. Öğretmen Görüşleri ... 66
3.3.3.1.5. İDEPÇA’da Yer Alan İpuçlarının Belirlenmesi ... 67
3.3.3.2. Yazılım Rasyonelinin Belirlenmesi ve Doğrulanması... 67
3.3.3.3 Rasyonelin Kavramsal ve Fonksiyonel Tasarıma Dönüştürülmesi ... 67
3.3.3.4. Tasarımın Gözden Geçirilmesi ... 68
3.3.3.5. Tasarımın Model Olarak Programlanması ... 68
3.3.3.6. Model Programın Değerlendirilmesi ... 68
3.3.3.7. Tam Sürümün Programlanması ... 69
3.3.3.8. Tam Sürümün Geçerlenmesi ... 70
3.3.3.9. Tam Sürümün Değerlendirilmesi ... 71
3.3.4. Veri Toplama Araçları ... 71
3.3.4.1. Sistem Kayıtları /İDEPÇA ... 72
3.3.4.1.1. “Fizik Bilgisi” Bölümü ... 74
3.3.4.1.2. “Problemi Anlama” Bölümü ... 79
vii
3.3.4.3. Alan Notları ... 87
3.3.5. Veri Toplama Süreci/Uygulama Akışı ... 90
3.3.6. Verilerin Analizi ... 92
3.3.6.1. Sistem Kayıtlarından Elde Edilen Verilerin Analizi ... 92
3.3.6.2. Mülakatların Analizi ... 93
3.4. Araştırmanın Niteliği ... 94
4. BULGULAR ... 96
4.1. “Kuvvet ve Hareket” Ünitesiyle İlgili Problemlerin Çözümünde İhtiyaç Duyulan İpuçlarına Ait Bulgular ... 96
4.1.1. Öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” Ünitesiye İlgili Problemleri Çözerken Güçlük Çektikleri Konular/Adımlar ... 96
4.1.1.1. Çözümünde Güçlük Çekilen “Kuvvet ve Hareket” Problemlerinin Özellikleri ... 97
4.1.1.2. “Kuvvet ve Hareket” Problemlerinin Çözümünde Güçlük Çekilen Problem Çözme Adımları ... 98
4.1.2. İDEPÇA ile Problem Çözerken İhtiyaç Duyulan İpuçları ... 100
4.1.2.1. Öğrencilere Göre En Faydalı ve En Gereksiz/Faydasız İpuçları ... 101
4.2. Kullanılan İpuçlarının Problemlerin Çözüm Süreçlerine Katkıları/Etkileri ... 104
4.2.1. AŞİ İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 104
4.2.2. AÇ İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 105
4.2.3. PDC İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 107
4.2.4. VSS İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 110
4.2.5. ÇA ipucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 112
4.2.6. DNM İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 114
4.2.7. HRK İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 115
4.2.8. GB İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 117
4.2.9. MÇ İpucunu Kullanmanın Problem Çözümlerine Etkisi ... 119
4.3. Problemlerin Özelliklerine ve İDEPÇA Kullanımına Göre Öğrencilerin Kullandıkları İpuçlarının Değişimi ... 123
4.3.1. İpuçlarının Kullanılma Sayısının Problemlerin Özelliklerine Göre Değişimi ... 123
4.3.2. Faydalanılan İpuçlarının İDEPÇA Kullanımı Boyunca Değişimi ... 126
4.3.2.1. Problemlere Göre Kullanılan Toplam İpucu Sayısının Değişimi ... 126
viii
Görüşleri ... 130
4.4.1. İDEPÇA ile Problem Çözmenin Sınıfta Problem Çözmeden Farklılıkları ... 130
4.4.1.1. İDEPÇA ile Problem Çözmenin Mevcut Sınıflarda Problem Çözmeye Göre Avantajları ... 132
4.4.1.2. İDEPÇA ile Problem Çözmenin Mevcut Sınıflarda Problem Çözmeye Göre Dezavantajları ... 135
4.4.2. Öğrencilerin İDEPÇA ile Problem Çözerken Güçlük Çekme Nedenleri .. 136
4.4.3. İDEPÇA ile Problem Çözmenin Faydaları ... 139
4.4.4. İDEPÇA’nın Geliştirilmesine Yönelik Öneriler ... 140
4.4.4.1. İDEPÇA’nın İçeriğine Yönelik Öneriler ... 140
4.4.4.2. İDEPÇA’nın Kullanım Şekline Yönelik Öneriler ... 142
4.4.4.3. İDEPÇA’nın Tasarımına Yönelik Öneriler ... 142
5. TARTIŞMA ... 143
5.1. Problem Çözerken Güçlük Çekilen Aşamalara ve Adımlara İlişkin Tartışma ... 143
5.1.1. Problem Özelliklerinin Çözüm ile İlişkisine Yönelik Tartışma ... 143
5.1.2. Problem Çözerken İhtiyaç Duyulan İpuçlarına ve İpuçlarının Problem Çözme Sürecine Katkısına İlişkin Tartışma ... 149
5.2. Problem Çözerken İhtiyaç Duyulan İpuçlarının Değişimine İlişkin Tartışma ... 158
5.3. Öğrencilerin Problem Çözerken İpuçlarına Ulaşabilme Hakkındaki Görüşlerine İlişkin Tartışma ... 159
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 164
6.1. Sonuçlar ... 164
6.2. Öneriler ... 169
6.2.1. Araştırma Sonuçlarına Yönelik Öneriler ... 169
7. KAYNAKLAR ... 174
8. EKLER ... 195
9. ÖZ GEÇMİŞ VE İLETİŞİM BİLGİLERİ ... 217
ix
10. Sınıf Öğrencilerinin “Kuvvet ve Hareket” Ünitesiyle İlgili Problemleri Çözüm Süreçlerinin “İpucu Destekli Problem Çözme Aracı” ile Belirlenmesi
Fizik dersinde öğrencilerin en fazla güçlük çektikleri alanlardan birisi problem çözmedir. Öğrencilere problem çözmeyi öğretmek ve öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirmek için problem çözerken geçirdikleri sürecin iyi bilinmesi gerekmektedir. Öğrencilerin bu süreçte güçlük çektikleri adımların belirlenmesi, onlara nasıl yardımcı olunabileceği hakkında veri sunacaktır. Bu düşünceden hareketle, bu çalışmada öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” ünitesi ile ilgili problemleri çözme süreçlerinin, ihtiyaç duydukları ipuçları kapsamında incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, öğrencilerin problem çözme sürecinde ihtiyaç duydukları ipuçlarına ulaşabilecekleri 19 problemden oluşan İpucu Destekli Problem Çözme Aracı (İDEPÇA) geliştirilmiştir.
Araştırmanın çalışma grubunu Trabzon ilinde bir lisede, 10. sınıfta öğrenim görmekte olan 12 öğrenci oluşturmaktadır. Uygulama aşamasında, öğrenciler 19 problemi haftada bir ders saati olmak üzere beş ders saatinde İDEPÇA’yı kullanarak çözmüşlerdir.
Uygulamadan sonra katılımcılar ile yarı yapılandırılmış mülakatlar yürütülmüştür.
Araştırmanın verileri İDEPÇA’nın sağladığı sistem kayıtları, öğrenciler ile yapılan yarı yapılandırılmış mülakatlar ve alan notları ile toplanmıştır.
Sistem kayıtlarından elde edilen veriler betimsel analiz ile mülakatlardan elde edilen veriler içerik analizi ile değerlendirilerek araştırmanın bulguları elde edilmiştir. Bu bulgulardan, öğrencilerin en fazla problemi anlama ve çözüm planı yapma aşamalarında güçlük çektikleri, problemlerin çözümü sırasında ihtiyaç duyulan ipuçlarının öğrencilere ve problemlere göre farklılaştığı, öğrencilerin İDEPÇA’da yer alan problemleri çözmek için ihtiyaç duydukları ipuçlarının düzenli şekilde azalmadığı ve öğrencilere problemleri çözebilmeleri için belirli bir seviyede yardımcı olunabileceği gibi sonuçlara ulaşılmıştır.
Öğrencilerin problem çözerken ipuçlarına ulaşabilmeyi beğendikleri ve İDEPÇA ile problem çözmenin sınıf ortamında problem çözmeye göre avantajları olduğunu düşündükleri belirlenmiştir. Çalışma, öğretmenlere ve araştırmacılara yönelik öneriler ile tamamlanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Problem Çözme, Fizik Eğitimi, İpucu, Kuvvet ve Hareket, Bilgisayar Destekli Öğretim, İpucu Destekli Problem Çözme Aracı
x
Determination of 10th Grade Students’ Problem Solving Processes about Problems Related to “Force and Motion” Unit by “Hint Supported Problem Solving
Instrument”
Problem solving is one of the areas that students have difficulties at most in physics lessons. In order to teach students problem solving and improve their problem solving skills, their problem solving process should be known well. Determining the steps that students have difficulties within this process will present data about how to be able to help them. Considering this opinion, in this study it was aimed to investigate the students’
problem solving processes about “Force and Motion” unit within the extent of hints needed. In accordance with this purpose, Hint Supported Problem Solving Instrument (HSPSI), consisting of 19 problems that students can reach hints needed during the solving process, was developed.
Participants of this study are composed of 12 10th grade students who are receiving education in the province of Trabzon. In implementation phase, students solved 19 problems by using HSPSI one period in a week, totally at five periods. After implementation semi structured interviews were carried out with participants. Data of the study were collected by semi structured interviews, system records of HSPSI and field notes.
Data obtained from system records were analyzed by descriptive analysis and data obtained from interviews were analyzed by content analysis. These analyses were interpreted together in order to acquire research’s findings. From these findings, conclusions were reached as students have difficulties in understanding the problem and planning the solution phases at most, hints needed within the problem solving process differentiate according to the students and types of problems, hints needed for solving the problems in HSPSI do not decrease regularly and students can be assisted at a certain level. It was determined that students like reaching the hints while they are solving problems and they think that solving problems by HSPSI is more advantageous than solving problems in classroom environment. Research is completed with the suggestions for teachers and researchers.
Key Words: Problem Solving, Physics Education, Hint, Force and Motion, Computer Assisted Instruction, Hint Supported Problem Solving Instrument.
xi
Tablo No Tablo Adı Sayfa No
1. Problem Çözümünde Gereken Bilgi Türleri ... 16
2. Farklı Bilim Dallarında Kullanılan Problem Çözme Stratejileri ... 19
3. Fizik Problemlerini Çözme Modelleri/Stratejileri ... 19
4. Uzman ve Acemi Problem Çözücüler Arasındaki Farklar ... 23
5. Problem çözme becerisinin/başarısının gelişiminin ölçüldüğü araştırmalar ... 40
6. Araştırmaya Ait Çalışma Takvimi ... 55
7. Okullarda Gözlenen Ders Saati ve Çözülen Problem Sayısı ... 59
8. Bilgi Kazanımlarının Problemlere Yansıtılma Durumu ... 61
9. PÇB Kazanımlarının Problemlere Yansıtılma Durumu ... 61
10. Öğrencilerin Problemleri Çözerken Kullandıkları İpucu Kartları ve Problemi Çözebilme Durumları ... 64
11. Araştırma Problemleri ve Kullanılan Veri Toplama Araçları ... 72
12. Öğrencilerin Problem Çözerken Güçlük Yaşadıkları Durumlar ve Adımlar ... 96
13. Oturumlar Boyunca Kullanılan İpuçlarının Sayıları ... 100
14. Öğrencilere Göre Faydalı ve Gereksiz İpuçları ... 101
15. Problemlerin Çözümlerinde AŞİ İpucunun Kullanılma Durumu ... 104
16. Problemlerin Çözümlerinde AÇ İpucunun Kullanılma Durumu ... 106
17. Problemlerin Çözümlerinde PDC İpucunun Kullanılma Durumu ... 108
18. Problemlerin Çözümlerinde VSS İpucunun Kullanılma Durumu ... 111
19. Problemlerin Çözümlerinde ÇA İpucunun Kullanılma Durumu ... 113
20. Problemlerin Çözümlerinde HRK İpucunun Kullanılma Durumu ... 116
21. Problemlerin Çözümlerinde GB İpucunun Kullanılma Durumları ... 118
22. Problemlerin Çözümünden Sonra MÇ İpucunun Kullanılma Durumu ... 119
xii
Durumu ... 122 25. Problemlerin Çözümünde İpuçlarının Kullanılma Sayıları ... 123 26. İDEPÇA'daki Problemlerin Özellikleri ... 124 27. İDEPÇA Kullanarak ve Sınıf Ortamında Problem Çözmenin
Karşılaştırılması ... 131 28. Öğrencilerin İDEPÇA ile Problem Çözerken Güçlük Çekmelerinin
Nedenleri ... 136 29. İDEPÇA'nın Geliştirilmesine Yönelik Öneriler ... 140
xiii
Şekil No Şekil Adı Sayfa No
1. Problemlerin çözümünde kullanılan ipuçlarının sayılarının
çözümün doğruluğuna göre değişimi ... 65
2. İDEPÇA'nın giriş sayfası ... 73
3. İDEPÇA'nın kullanıcı girişi sayfası... 73
4. İDEPÇA'nın 4. probleme ait ekran görüntüsü ... 74
5. “Dinamik” ipucunun ekran görüntüsü ... 75
6. “Hareket” ipucunun ana sayfasının ekran görüntüsü ... 76
7. “Sabit ivmeli hareket” ipucunun ilk sayfasına ait ekran görüntüsü ... 77
8. Sabit ivmeli hızlanan harekete ait grafiklerin çizimini gösteren ekran görüntüsü ... 77
9. “Grafik Bilgisi” ipucunun ekran görüntüsü ... 78
10. “Fiziksel büyüklükler ve sembolleri” ipucunun ekran görüntüsü ... 79
11. “Fiziksel Büyüklükler ve Birimleri” ipucunun ekran görüntüsü ... 79
12. Problem 5 için AŞİ ipucunun ekran görüntüsü ... 80
13. Problem 13 için AÇ ipucunun ekran görüntüsü ... 81
14. Problem 5 için PDC ipucunun ekran görüntüsü-I ... 82
15. Problem 5 için PDC ipucunun ekran görüntüsü-II ... 82
16. Problem 5 için VSS ipucunun ekran görüntüsü ... 84
17. Problem10 için VSS ipucunun ekran görüntüsü ... 84
18. Problem 10 için ÇA ipucunun ekran görüntüsü ... 85
19. Problem 10 için ÇA ipucunun ayrıntılar butonu kullanıldığındaki ekran görüntüsü ... 86
20. Ders işlenişi sırasında alınan alan notlarına örnek ... 88
21. Ders sırasında çözülen problemlere ilişkin alan notlarına örnek-I ... 89
22. Ders sırasında çözülen problemlere ilişkin alan notlarına örnek-II ... 89
xiv
25. Problemlerin çözümü sırasında kullanılan ipuçlarının dağılımı ... 101
26. AŞİ ipucunun problemlerin çözümlerinde kullanılma sayıları ... 104
27. AÇ İpucunun problemlerin çözümlerinde kullanılma sayıları ... 106
28. PDC ipucunun problemlerin çözümlerinde kullanılma sayıları ... 107
29. VSS İpucunun problemlerin çözümlerinde kullanılma sayıları ... 110
30. ÇA ipucunun problemlerin çözümlerinde kullanılma sayıları ... 112
31. DNM ipucunun problemlerin çözümünde kullanılma sayıları ... 115
32. HRK ipucunun problemlerin çözümünde kullanılma sayıları ... 115
33. GB ipucunun problemlerin çözümünde kullanılma sayıları ... 117
34. MÇ ipucunun problemlerin çözümünden sonra kullanılma sayıları ... 119
35. Problemlerin çözülme oranı ... 123
36. Problemlerin çözümünde kullanılan toplam ipuçları ... 127
37. Problemlerin çözümünde kullanılan ipuçlarının değişimi ... 127
38. Problem çözme oturumlarına göre ipuçlarının kullanım sayıları ... 128
39. Problem çözme oturumlarına göre ipuçlarının kullanımı ... 129
40. Problem çözme sürecinin şematik gösterimi ... 148
41. Vygotsky’de yakınsal gelişim alanı ... 156
42. Problem çözümünü olumsuz etkileyen faktörler ... 165
43. Problem çözümünde gereken bilgi türleri ... 165
xv MEB : Milli Eğitim Bakanlığı
FATİH Projesi : Fırsatları Arttırma ve Teknolojiyi İyileştirme Hareketi Projesi BDÖ : Bilgisayar Destekli Öğretim
İDEPÇA : İpucu Destekli Problem Çözme Aracı
BDPÇM : Bilgisayar Destekli Problem Çözme Materyali PÇB : Problem Çözme Becerisi
AŞİ : “Problemin daha anlaşılır şekilde ifade edilmesi” ipucu AÇ : “Problemdeki önemli bilgilerin altının çizilmesi” ipucu PDC : “Problem durumun canlandırılması” ipucu
VSS : “Verilenlerin ve sorulanın sembolleştirilmesi” ipucu ÇA : “Problemin çözüm adımları” ipucu
DNM : “Dinamik” ipucu
HRK : “Hareket” ipucu
GB : “Grafik bilgisi” ipucu
FS : “Fiziksel büyüklükler ve sembolleri” ipucu FB : “Fiziksel büyüklükler ve birimleri” ipucu KİG : “Kullandığım ipuçlarına göz at” ipucu
MÇ : “Model çözüm” ipucu
Her geçen gün farklı alanlarda meydana gelen gelişim ve değişimler, bireylerin öğrenmesi gereken bilgi ve becerilerde sürekli bir artış meydana gelmesine neden olmaktadır (Akpınar, 2005; Çakıcı, 2012). Bireylerin bu bilgi ve becerilerin tamamına sahip olması mümkün değildir. Bu durum, temel amacı topluma faydalı “nitelikli bireyler”
yetiştirmek olan eğitim kurumlarının benimsediği yaklaşımların gelişip değişmesine neden olmaktadır. Eğitim kurumlarının benimsediği öğrenme yaklaşımları ve öğretim programları, bireylerin istenilen nitelikte yetiştirilmesinde önemli rol almaktadırlar (Balay, 2004; Arslan, Ercan ve Tekbıyık, 2012). Yenilenen öğretim programlarında öğrencilere bilginin sunumundan ziyade, bilgiye ulaşma ve karşılaştıkları problemlerle başa çıkma yollarının öğretilmesi benimsenmektedir (Milli Eğitim Bakanlığı [MEB]; 2007;2013). Buna paralel olarak, okullarda daha çok öğrenilmesi gereken bilgi ve becerilerin öğrencilere kazandırılmasından ziyade, günlük yaşamda karşılaşılan bir problemi çözebilen, olaylar arasındaki neden sonuç ilişkilerini görebilen, düşünen, üreten ve sorgulayan bireylerin yetiştirilmesi amaçlanmaktadır (Tavukçu, 2006; Özyalçın Oskay, 2007; Adıgüzel, 2009;
Şahan, 2010; Çakıcı, 2012).
Bireyler, günlük hayatlarında birçok problemle karşılaşmaktadırlar (Jonassen, 2000;
Gündüz, 2008) ve bu problemleri okulda karşılaşılan problemlerin çözüm süreçlerinde geliştirip kullandıkları beceriler ile çözmeye çalışmaktadırlar (Mertoğlu ve Öztuna, 2004;
Nakiboğlu ve Kalın, 2009; Brad, 2011; Çakıcı, 2012). Bu nedenle, bireyler için Problem Çözme Becerisi (PÇB), öğrenilmesi ve sürekli olarak geliştirilmesi gereken önemli bir beceridir (Gök, 2006). Problem çözme çağdaş öğrenme teorilerinin merkezinde yer alırken (Jonassen, 2000), öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirme son yıllarda eğitimde ortaya çıkan değişikliklerin temelinde yer almaktadır (Gürcan Töre, 2007).
Yenilenen öğretim programları incelendiğinde, öğrencilerin matematik, fen bilgisi ve sosyal bilgiler gibi çeşitli alanlarda problem çözme becerilerini geliştirmenin programların en önemli amaçlarından biri olduğu görülmektedir (Gürcan Töre, 2007; Ünsal ve Moğol, 2008).
Sorun, mesele gibi kelimelerle de ifade edilen problemin literatürde birçok tanımı yapılmıştır (Altun, 2000; Toluk ve Olkun, 2002). En genel anlamda problem, karşılaşılan bir olayın mevcut bilgilerle o anda açıklanamama durumudur (Çepni, 2006). Kişi bir amacı varsa ve ona nasıl ulaşacağını bilmiyorsa problemle karşı karşıyadır ve bu amaca ulaşmak için yaptıkları işlemler de problem çözme olarak adlandırılmaktadır (Baker ve Mayer, 1999; VanGundy, 2005). O halde, problem ve problem çözme kullanıldığı alana
göre farklı şekillerde tanımlanabilir. Bu bağlamda, fizik derslerinde, yaygın olarak iyi yapılandırılmış ve tek cevaplı problem türü kullanıldığı (Friege ve Lind, 2006; Gündüz, 2008) ve problem çözmenin ise verilen bazı değerlere bağlı kalarak sonucun sayısal olarak bulunmasını ifade ettiği söylenebilir (Karamustafaoğlu ve Yaman, 2006).
Her konusunda problem çözme yer alan fizik dersi, öğrencilere PÇB’nin kazandırılmasında önemli bir role sahiptir (Gündüz, 2008; Ogunleye, 2009). Fizik dersinin en önemli amaçlarından birisi temel fizik kavramlarının anlaşılmasını sağlamak, diğeri ise öğrencilerin PÇB’lerini geliştirmektir (Ateş, 2008; Docktor, Strand, Mestre ve Ross, 2010).
Singh’e (2009) göre ise fizik dersinin en önemli amacı öğrencilerin problem çözme ve muhakeme becerilerini geliştirmektir. Literatür incelendiğinde mevcut uygulamaların öğrencilerin PÇB’lerini geliştirmekte yetersiz kaldığı (Sutherland, 2002; Bozan, Küçüközer ve Işıldak, 2008) ve öğrencilerin fizik derslerinde en çok güçlük çektikleri alanlardan birinin problem çözme olduğu ortaya çıkmaktadır (Gök, 2006; Gündüz, 2008; Kartal Taşoğlu, 2009). Bu başarısızlığın nedenleri araştırmalar ile belirlenmeye çalışılmıştır. Yapılan araştırmalarda öğrencilerin problem çözmede yeterince başarılı olamamalarının sebepleri;
mevcut öğretim sistemindeki zaman sorunu, kullanılan öğretim yöntemlerinin yetersizliği, materyal eksikliği, öğrencilerin bilgi eksiklikleri ve öğretmen özellikleri olarak ifade edilmiştir (Sutherland, 2002; Bozan ve diğ., 2008; Ogunleye, 2009).
Öğretim yöntemlerinin yetersizliği ve öğretim sisteminin en önemli parçası olan öğretmenlerin özellikleri, problem çözme öğretimini en çok etkileyen faktörlerdendir.
Geleneksel inançlara sahip olan öğretmenler öğrenci merkezli problem çözme için yeterli olmayan eski yöntemleri (old tricks) kullanmaktadırlar (Hannafin ve Land, 2000; Nakiboğlu ve Kalın, 2003). Öğretmenlerin, öğrencilerin problem çözme başarılarını etkileyen faktörlerin öğretimde dikkate alınmasının gerekliliğine olan inançları düşüktür (Park ve Lee, 2004). Öğretmenlerin öğrencilerin problem çözme süreçlerini yeterince bilmemeleri, etkili problem çözme öğrenme ortamları tasarlayamamalarına neden olmaktadır (Jonassen, 2000). Fizik derslerinde problem çözümünün öğretimine yeterince önem verilmemekte, örnek çözümler ile öğrencilerin PÇB’leri geliştirilmeye çalışılmaktadır (Şen, 2008). Öğretmenler derslerinde çok sayıda problem çözümüne yer vermelerine rağmen, genel olarak öğrencilerin PÇB’lerinin yeterince gelişmediği görülmektedir (Leonard, Gerace ve Dufresne, 1999).
Problem çözme, hem konu alanı bilgisini hem de duruma uygun bilişsel stratejileri seçip kullanmayı gerektiren yüksek düzey bir bilişsel akvitedir (Avramiotis ve Tsaparlis, 2013). Bu bağlamda, problem çözme matematiksel işlemler yapmanın yanında bazı farklı bilgi türlerinin birlikte kullanılmasını içeren bir süreçtir (De Jong ve Ferguson Hessler, 1996). Problem çözmek için gereken bilgi türleri farklı araştırmacılar tarafından farklı
şekillerde tanımlanmıştır (Mayer, 1982; De Jong ve Ferguson Hessler, 1986; De Jong ve Ferguson Hessler, 1989; De Jong ve Ferguson Hessler, 1996; Leonard, Gerace ve Dufresne, 1999). Bu bilgi türlerini tanımlayan araştırmacıların ortak görüşü, bilgi türlerinin birbirleriyle sıkı bir etkileşim içinde oldukları ve birbirlerinden bağımsız olmamalarıdır (Mayer, 1982; De Jong ve Ferguson Hessler, 1986). Problemi çözmek için gereken bilgilerin problem durumuna uygun şekilde işlenmesi, bir düzen içinde birleştirilmesi ve kullanılması gerekmektedir (Sutherland, 2002; Öztürk, 2009). Bu nedenle hangi bilgi türünün problem çözme sürecinde daha fazla etkili olduğunun, hangi bilgi türlerinin eksikliğinin problem çözme sürecini olumsuz etkilediğinin belirlenmesi, öğretimin daha etkili olmasına katkı sağlar (Pol, Harskamp, Suhre ve Goedhart, 2008).
Problemden probleme ve bireyden bireye farklılık göstermesine rağmen, problem çözme sürecinin problemi anlama, plan yapma, işlem yapma ve çözümü kontrol etme gibi belli temel aşamaları vardır (Gürcan Töre, 2007). Bir problemi çözerken bütün öğrencilerin aynı problem çözme aşamalarını kullanmayabileceği ve bir öğrencinin her problemin çözümünde aynı sırayı izlemeyebileceği literatürde ifade edilmektedir (Çalışkan, 2007;
Treffinger, Selby ve Isaksen, 2008). Benzer şekilde, öğrencilerin problemleri çözerken güçlük çektikleri aşamalar da birbirinden farklılık gösterebilir.
Problem çözme öğretiminin daha etkili hale gelmesi için güçlük çekilen aşamalar belirlenmelidir. Bunun için öncelikle problem çözme sürecin kontrolünün öğrencilerde olduğu ve öğrencilerin problemleri belirli aşamaları izlemek zorunda kalmadan çözdükleri öğrenme ortamları tasarlanmalıdır. Bu ortamlar aracılığıyla öğrencilerin problem çözme sürecinde izledikleri ve güçlük çektikleri adımların belirlenmesi için, öğrencilerin yerine getirmede güçlük çektiklerini düşündükleri aşamalara yönelik ipuçlarına ulaşmaları sağlanmalıdır (Pol ve diğ., 2008; Pol, Harskamp, Suhre ve Goedheart, 2009). Öğrencilerin problem çözerken gerçekleştirmede güçlük çektikleri bir adımdan dolayı çözüm sürecinin tamamlanmaması, uygun ipuçlarının kullanılmasıyla önlenebilir ve bu sayede öğrencilerin problem çözme sürecinde güçlük çektikleri adımlar belirlenebilir.
Bir öğrenme ortamında, bütün öğrencilerin problem çözerken ihtiyaç duydukları desteğe aynı anda ulaşmalarının sağlanabilmesi için teknolojiden faydalanılması gerekmektedir (Pol, 2009). Teknoloji, öğrencilerin materyallere bireysel hızlarda ulaşmalarına, tam zamanında destek almalarına imkân sağlamakta ve bazı zorlukları en aza indirmektedir (Kim ve Hannafin, 2011a; 2011b). Bu bağlamda, bilgisayar yazılımlarından faydalanarak, öğrencilerin problem çözme süreci boyunca ihtiyaç duydukları desteğe ipuçları halinde ulaşabildikleri ve süreç sonunda problemin farklı çözümlerini inceleyebildikleri, sürecin kontrolünün öğrencide olduğu İpucu Destekli Problem Çözme Aracı (İDEPÇA) tasarlanabilir. Böylece öğrencilerin İDEPÇA kullanımları
boyunca problem çözme sürecinde ihtiyaç duydukları ipuçları belirlenebilir. Kullanılan ipuçları aracılığıyla öğrencilerin problem çözme sürecinde zorlandıkları aşamalar ve ihtiyaç duydukları bilgi türleri tespit edilebilir. Bu bağlamda, yapılan çalışmanın amacı aşağıdaki gibi belirtilebilir.
1.1. Araştırmanın Amacı
Bu araştırmada, öğrencilerin 10. sınıf “Kuvvet ve Hareket” ünitesiyle ilgili problemleri çözme süreçlerinin ipucu destekli problem çözme aracılığı ile kullanılan ipuçları kapsamında, incelenmesi amaçlanmaktadır.
Bu amaca ulaşmak için araştırmada cevap aranan alt problemler ise şunlardır:
1. Öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” ünitesiyle ilgili problemleri çözerken ihtiyaç duydukları ipuçları nelerdir?
2. Öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” ünitesiyle ilgili problemleri çözerken kullandıkları ipuçları problem çözme sürecini nasıl etkilemektedir?
3. Öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” ünitesiyle ilgili problemleri çözerken kullandıkları ipucu sayısı ve türü İDEPÇA kullanımı boyunca nasıl değişmektedir?
4. Öğrencilerin problem çözme sürecinde ipucu kulanabilme hakkındaki görüşleri nelerdir?
1.2. Araştırmanın Gerekçesi ve Önemi
Bu kısımda, araştırmacıyı bu çalışmayı yapmaya yönlendiren nedenler ve bu araştırmanın önemi açıklanmaktadır.
Problem çözme, fizik dersinin her konusunda yer almaktadır (Ogunleye, 2009) ve fizik öğreniminin ayrılmaz bir parçası durumundadır (Çalışkan, 2007). Gerace ve Beaty (2005) de yaptıkları çalışmalarında problem çözmenin, fizik öğretiminin merkezinde olduğunu belirtmişlerdir. Fizik dersi için problem çözmeyi öğrenme ve öğretme ile ilgili çalışmalar 1970’lerde başlamış ve günümüzde de halen devam etmektedir (McDermott ve Redish, 1999). Ülkemizde problem çözmeyle ilgili yapılan çalışmaların genelde matematik dersi üzerine yoğunlaştığı ve fizik eğitiminde problem çözme konusunda yapılan araştırmaların sınırlı sayıda olduğu bilinmektedir (Ünsal ve Moğol, 2007).
Eğitim araştırmalarının öncelikli hedeflerinden birinin öğrencilerin öğrenmelerini kolaylaştırmanın yollarını aramak olduğu (Bağcı, Gülçiçek ve Moğol, 2004) ve problem çözmenin nasıl öğretilebileceğini öğrenmenin ilk basamağının problem çözme sürecini anlamak olduğu (Peker, 2009) düşünüldüğünde, öğrencilerin fizik problemlerini çözme süreçlerini inceleyen araştırmalar önem kazanmaktadır (Wright ve Williams, 1986).
Öğrencilerin fizik problemlerini çözme süreci ne kadar iyi bilinirse, bu sürecin öğretimi o kadar etkili hale getirilebilir. Problem çözme sürecini anlama yaygın bir konu olsa da, süreç tamamen bilinmemektedir (Cushen ve Wiley, 2012). Problem çözmenin karmaşık ve bireysel bir süreç olması, yenilenen öğretim programlarında PÇB’ye verilen önemin artması ve mevcut öğretim ile öğrencilerin PÇB’nin yeterince gelişmemesi gibi nedenlerden dolayı, bu alanda araştırmalara hâlâ gereksinim vardır (Sezgin Selçuk, Çalışkan ve Erol, 2007).
Literatürde yer alan bazı araştırmalarda, mevcut uygulamaların, öğrencilerin problem çözme başarılarını geliştirmede yetersiz kaldığı belirtilmektedir (Demirci, 2004;
Akay, 2006; Çalışkan, 2007; Genç, 2007; Taasoobhirazi ve Carr, 2008). Mevcut öğretim faaliyetlerinin daha etkili hale gelmesi için, öğretim programları değişmektedir. Bu değişim, okullardaki öğretim uygulamalarının farklılaştığı anlamına gelmemektedir. Değişimi uygulamanın odağında yer alan öğretmenler, yenilenen öğretim programlarını gerektiği gibi uygulamamakta (Gallagher, 2000; Can, 2005; Kandemir, 2006; Sağlam Arslan, Devecioğlu Kaymakçı ve Arslan, 2009; Küçüköner, 2011) ve bazen değişime direnç göstermektedirler (Karip, 1997; Döş, 2011). Öğrencilerin PÇB’lerinin gelişmesi için öğretim programlarının değişmesiyle birlikte, öğretmenlerin kullandıkları öğretim yöntemlerinin/
alışkanlıklarının da değişmesi gerekmektedir (Tekbıyık ve Akdeniz, 2008; Yeşilyurt, 2013).
Öğretim programının içeriğinde yer alan konular için ayrılan sürenin az olması, merkezi sınav sistemi ve materyal eksikliği, öğretmenlerin yenilenen öğretim programlarını uygulamama sebeplerinin başında gelmektedir (Akdeniz, 2002; Ünal, Coştu ve Karataş, 2004; Adıgüzel, 2009; Kurt ve Yıldırım, 2010; Karacaoğlu ve Acar, 2010; Küçüköner, 2011; Tortop, 2012). Bir konunun öğretimine ayrılan sürenin az olması, kullanılan öğretim yöntemlerini ve problem çözme çalışmalarını olumsuz etkilemektedir (Lee, Tan, Goh, Chia ve Chin, 2000). Öğretmenlere problem çözme öğretimini kısa sürede nasıl daha etkili hale getirebilecekleri konusunda yardımcı olunması gerekmektedir. Bu yardımın sağlanması için, öncelikle öğrencilerin problem çözerken izledikleri adımları ve problem çözümünde güçlük çektikleri adımları içeren problem çözme süreçlerinin bilinmesi gereklidir. Öğrencilerin problem çözme süreçleri belirlendikten sonra ise, birden fazla öğrenciye problem çözerken güçlük çektikleri adımlara yönelik destek sunulmalıdır.
Öğrencilere aynı anda farklı desteklerin sunulabilmesi konusunda, öğretim teknolojisinin en temel öğesi olan bilgisayarlardan faydalanılması gerektiği düşünülmektedir.
Bilgisayarlar aracılığıyla birden fazla öğrencinin problem çözme sürecinde güçlük çektikleri adımlar belirlenebilir ve bu adımlara yönelik destek sunulabilir. Öğretimde bilgisayarların kullanılması bunların yanında, daha rahat, esnek bir ortam sağlamakta ve öğrenmenin kalıcılığını artırmaktadır (Aktepe, 2011).
Bireylerin bilgisayarlara rahatlıkla ulaşabileceği ve öğrencileri merkeze alan eğitsel yazılımların arttığı bir çağda bulunmaktayız (Akpınar, 2005). Her alanda olduğu gibi eğitimde de teknoloji kullanımı giderek yaygınlaşmakta (Kılıçer, 2008; Çiftçi, Taşkaya ve Alemdar, 2013), Bilgi ve İletişim Teknolojisindeki (BİT) gelişmeler yeni öğrenme ve öğretme ortamlarının tasarlanmasını gerektirmektedir (Karasar, 2004; Demirci, 2004;
Güzeller ve Korkmaz, 2007; Kılıçer, 2008). Bununla birlikte, değişen öğretim programları da, öğretim ortamlarının tasarımına yönelik yapılan çalışmaları şekillendirmektedir (Karasar, 2004). MEB tarafından son zamanlarda yapılan en kapsamlı çalışmalardan birisi
“FATİH” (Fırsatları Artırma ve Teknolojiyi İyileştirme Hareketi) Projesidir. Öğretim programlarının değişmesi ve “FATİH Projesi” ile öğrenciler ve öğretmenler yeni bir uygulama dönemine daha girmektedirler. FATİH Projesi ile okulların bilişim teknolojileri ekipmanları ile donatılması, öğretmen ve öğrenciler için eğitimde fırsatların arttırılması amaçlanmaktadır (URL-1). Bu proje ile öğrencilerin derslerde daha aktif olmalarının, bilgiye erişmelerinin, öğrenmelerinin kolaylaştırılması ve öğrenciler arasında fırsat eşitliğinin sağlanması düşünülmektedir. Bu projede sadece öğretim şekli değişmemekte, aynı zamanda öğretim materyalleri de değişmektedir. Bu süreçte öğretmenlerin öğretim programıyla uyumlu bilgisayar destekli, öğrencilerin ise kendilerine dağıtılacak tabletlerde rahatlıkla kullanabilecekleri materyallere ihtiyaç duyacakları aşikârdır. Bununla birlikte Bilgisayar Destekli Öğretim (BDÖ) yazılımlarını tasarlamak, zaman ve kaynak gerektiren bir süreçtir (Uysal, 2010). Öğretmenlerin çoğu ise bilgisayar destekli materyalleri hazırlamak için gereken bilgiye ve zamana sahip değillerdir (Akdeniz, Yiğit ve Kurt, 2002;
Yıldırım ve İlhan, 2007; Tezci, 2009; Ilgaz ve Usluel, 2011). Bu nedenle, öğretmenler bazen hazır BDÖ yazılımlarını kullanmayı tercih etmektedirler. Bu yazılımların öğretim programıyla uyumlu olmaması onlardan sınırlı şekilde faydalanılmasına sebep olmaktadır (Uşun, 2004).
Öğretim teknolojilerinden yeterince faydalanılmamasının en önemli sebeplerinden birisi gereken materyallere ulaşamamaktır (Yiğit, 2002; Kılıçer, 2008; Keskinbıçak ve Levent, 2012). FATİH Projesi ile ilgili öğretmen görüşlerinin alındığı çalışmalar öğretmenlerin seçecekleri ve kullanacakları materyaller konusunda sıkıntı çektiklerini göstermektedir (Kurt, Kuzu, Dursun, Güllüpınar ve Gültekin, 2013). FATİH Projesinde materyal eksikliği sorunuyla karşılaşılmaması için öğretim programlarıyla uyumlu materyallerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu materyaller geliştirilirken sadece öğretim içeriğine yönelmemeli, öğretim sürecinde önemli bir yere sahip olan değerlendirme boyutu da dikkate alınmalıdır. Öğrencilere PÇB’nin kazandırılması kadar, bu becerilere hangi seviyede sahip olduklarının belirlenmesi de önemlidir (Karataş ve Güven, 2003). Bu
nedenle öğrencilerin öğrenme ya da problem çözme süreçlerini belirlemeye yönelik materyallerin ya da ölçme araçlarının geliştirilmesi gerekmektedir.
Öğretim ortamlarının tasarımında bilgisayar destekli materyallerin kullanılması, öğrencilerin kendi bilgilerinin farkında olmalarına ve bu bilgileri kullanmalarını gerektiren problem çözme gibi becerilerin gelişimine yardımcı olmaktadır (Demirci, 2004). Öğretim ortamlarının tasarımı ile ilgili araştırmalarda ve teorilerde problem çözme süreci ile ilgili çalışmalara az yer verilmektedir (Jonassen, 2000). Bu durum, teknolojiden faydalanılarak fizik problemlerini çözmeye yönelik öğrenme ortamları tasarlanması gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır (Demirci, 2004; Gök, 2012). Son zamanlarda bilgisayar destekli problem çözme sistemleri ile ilgili çalışmalar artmaktadır (Gök, 2010). Bu sistemler sınıflarda sıklıkla kullanılmamasına rağmen (Kim ve Hannafin, 2011), bilgisayarların fizik öğretiminde öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirmek için öğrencilere rehberlik etmede önemli bir rol oynadığı bilinmektedir (Hsu ve Heller, 2005; Reimann, Kickmeier Rust ve Albert, 2013). Yapılan araştırmalarda bilgisayar yazılımlarından genellikle öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirme amacıyla faydalanıldığı görülmektedir (Chang, Sung ve Lin, 2006; Harskamp ve Suhre, 2007; Goedhart, 2008; Pol ve diğ., 2008;
Pol, Harskamp, Suhre ve Goedheart, 2009; Jacobse ve Harskamp, 2009; Pol, Harskamp, Suhre ve Lazakidou ve Retalis, 2010). Bu durum, bilgisayar yazılımlarından, öğrencilerin fizik problemlerini çözme süreçlerinin incelenmesi amacıyla faydalanılması gerektiğinin bir göstergesidir. Öğrencilerin problem çözme süreçleri, bilgisayar yazılımları aracılığıyla tamamen ortaya çıkarılamayabilir ancak öğrencilerin bu süreçte izledikleri bazı adımlar belirlenebilir. Bu adımlardan birisi de öğrencilerin problem çözerken ihtiyaç duydukları ipuçları olarak ele alınabilir.
Ortaöğretim ve ilköğretim kurumlarında, öğretmenler öğretim sırasında orta seviyedeki öğrencileri dikkate almakta (Alkan ve Özgü, 1989”dan aktaran: Arslan, 2003:
71) ve öğretmen merkezli öğretimi devam ettirmektedirler (Şen, 2001; Döş, 2011;
Kayabaşı, 2012; Yeşilyurt, 2013). Bir sınıfta farklı seviyede öğrenciler olduğundan, her öğrencinin problemleri çözerken izlediği adımlar ve problemleri çözerken güçlük çekebileceği noktalar farklılık göstermektedir. Ancak eğitim-öğretim ortamlarında bu durum dikkate alınmamaktadır. Öğretmenler problemin nasıl çözüldüğünü göstermekte, öğrenciler ise tahtadakileri defterlerine yazmaktadırlar/çizmektedirler (Ersoy, Uzal ve Erdem, 2010). Her öğrencinin problem çözme sürecinde farklı zamanlarda farklı bilgilere ihtiyaç duyması, öğretmenin aynı anda birden fazla öğrenciyle ilgilenememesi gibi sorunlara çözüm bulmak için teknolojiden faydalanmak kaçınılmazdır. Bilgisayar yazılımlarından faydalanılarak tasarlanan İDEPÇA, öğrencilerin problem çözme sürecinde
ihtiyaç duydukları ipuçlarının belirlenmesinin yanında sınıfta karşılaşılan bu sorunların çözümüne yönelik bir öğretim materyali özelliği de taşımaktadır.
BDÖ ile ilgili araştırmalarda genellikle öğretim sırasında bilgisayar destekli materyaller kullanılarak, bu öğretimin başarı, problem çözme, kavram yanılgıları, derse karşı tutum gibi değişkenlere etkisi araştırılmış ve olumlu sonuçlara ulaşılmıştır (Yiğit ve Akdeniz, 2003; Karamustafaoğlu, Aydın ve Özmen, 2005; Yakar, 2005; Yiğit, 2005;
Hançer, 2007; Hançer ve Yalçın, 2009; Yolaş Kolçak, 2010; Şengel ve Özden, 2010; Gül ve Yeşilyurt, 2011). Yapılan araştırmalarda genellikle testler veya ölçekler kullanılmış, problem çözmeyi geliştiren materyallerin öğrencilerin problem çözme sürecini nasıl etkilediği hakkında yeterli bilgiye ulaşılmamıştır. Testler aracılığı ile sadece problemin cevabının doğru olup olmadığı değerlendirebilir. Bununla birlikte, problem çözme sadece sonuca yönelik değerlendirilmemeli, problem çözme süreci de belirlenmelidir (DeCaro, Wieth ve Beilock, 2007; Reimann ve diğ., 2013). Öğrencilerin problem çözerken karşılaştıkları güçlükler ve bunların nasıl üstesinden gelindiği gibi ön-son testlerle tamamen cevap bulunamayan durumların belirlenmesi gerekmektedir (Kim ve Hannafin, 2011a). Teknolojiden yararlanılarak öğrencilerin problem çözme süreçlerinin belirlenebileceği literatürde ifade edilmektedir (Baker ve Mayer, 1999). Bu nedenle yenilenen öğretim programlarına ve FATİH Projesinde kullanılmaya uygun şekilde İDEPÇA tasarlanmıştır. Bu araç sayesinde öğretim programlarının ve öğrenme teorilerinin öngördüğü gibi sınıfta aynı anda birden fazla öğrencinin aktif bir şekilde problem çözme sürecine katılması ve farklı öğrenme desteklerine ulaşmaları sağlanmıştır.
Son zamanlarda fen bilimleri eğitiminde yapılan yüksek lisans ve doktora tezleri incelendiğinde, araştırmaların çoğunda deneysel desen kullanıldığı ve verilerin testler yardımıyla toplandığı belirlenmiştir (Doğru, Gençosman, Ataalkın ve Şeker, 2012). Fen bilgisi eğitiminde yapılan araştırmaların çoğunun “Kuvvet ve Hareket”, fizik eğitiminde ise
“Elektrik” ünitesinde yapıldığı ve genellikle kavram yanılgıları üzerine odaklanıldığı görülmüştür. Ortaöğretim düzeyinde “Kuvvet ve Hareket” ünitesinde, test dışında veri toplama araçlarının da kullanıldığı problem çözme ile ilgili araştırmalara ihtiyaç vardır.
Fiziğin temel dallarından biri olan mekanikte problem çözme ve öğrenme ile ilgili birçok araştırma olduğu, problem çözmedeki zorluklarla ilgili araştırmaların oldukça az olduğu görülmektedir (Byun, Ha ve Lee, 2008). Diğer taraftan 10. sınıf “Kuvvet ve Hareket”
ünitesi, fizik dersi öğretim programlarında bilgi kazanımlarıyla eşleştirilen problem çözme becerisi kazanımı sayısı en fazla olan ünitelerden biridir (MEB; 2007, 2013). Bu ünitenin öğretiminde problem çözmeye daha fazla zaman ayrılması beklenmektedir. Bu nedenlerle araştırmada, öğrencilerin “Kuvvet ve Hareket” ünitesi ile ilgili problemleri çözerken yaşadıkları zorlukların belirlenmesi amaçlanmıştır.
Bu araştırmayla öğrencilerin fizik problemlerini çözerken ihtiyaç duydukları ipuçları ve bu ipuçlarını kullanmanın öğrencilere sağladığı faydalar belirlenerek hem problem çözme sürecini açıklayan literatüre katkıda bulunulacağı, hem de öğretmenlere derslerinde kullanmaları için faydalı öneriler sunulacağı düşünülmektedir. Öğretmenler öğrencilerin PÇB’nin gelişimini engelleyen ve destekleyen faktörleri bildiklerinde, öğrencilerin problemlerini çözmesini geliştirmek için etkili öğrenme etkinlikleri düzenleyebileceklerdir (Kozhevnikov, Hegarty ve Mayer, 1999; Karataş ve Güven, 2003;
Pimta, Tayruakham ve Nuangchalerm, 2009; Tambychik ve Meerah, 2010; Beal ve Stevens, 2011). Aynı zamanda bu araştırmanın öğrencilerin fizik problemlerini çözme becerilerinin gelişmesini sağlayacak etkili öğretim modellerinin hazırlanabilmesine katkıda bulunulabileceği düşünülmektedir.
1.3. Araştırmanın Sınırlılıkları
1. Araştırmanın çalışma grubu Trabzon ilindeki B okulunda öğrenim gören 10-C sınıfındaki 12 öğrenci ile sınırlıdır.
2. İDEPÇA 10. sınıf fizik dersi öğretim programındaki 4 temel bilgi kazanımı ile sınırlıdır.
1.4. Araştırmanın Varsayımları
1. Öğrencilerin ipuçlarını sadece ihtiyaç duydukları zamanlarda kullandıkları varsayılmıştır.
2. Araştırmada yer alan öğrencilerin teknolojiye karşı olumsuz tutumlarının olmadığı varsayılmıştır.
1.5. Tanımlar
Bu kısımda, tez kapsamında sıklıkla kullanılan kavramların tanımları yapılacaktır.
Problem: Öğrencilerin çözüm için gereken önbilgiye sahip olduğu ancak hemen cevap veremediği, çözüme ulaştıracak adımları ve yolları önceden bilmediği fizik sorusudur (Schoenfeld, 1989; Gündüz, 2008).
Problem çözme: Öğrencinin mevcut bilgilerinden faydalanarak, bilişsel aktiviteleri bir strateji çerçevesinde uygulayarak problemde sorulana cevap bulma işlemidir. Kısaca, bilinenlerden faydalanarak bilinmeyenleri bulma sürecidir (Toluk ve Olkun, 2002; Gündüz, 2008).
Problem çözme becerisi (PÇB): Problemin çözümü için gereken bilgilerin edinilme ve bu bilgilerin doğru şekilde birleştirilerek çözümde kullanabilme düzeyidir.
İpucu: Öğrencilerin problem çözme sürecini tamamlayamama durumunda kullanabilecekleri, problemi çözmelerine yardımcı olan bir tür öğrenme desteğidir.
Bu bölümde, araştırmanın kuramsal çerçevesi, araştırma kapsamında ele alınan problem çözme ile ilgili literatürdeki bazı araştırmalar ve yapılan literatür taraması sonucu ayrı başlıklar altında sunulmaktadır.
2.1. Araştırmanın Kuramsal Çerçevesi
Bu kısımda, araştırmanın kuramsal çerçevesi ve problem çözme ile ilgili araştırmalar yer almaktadır.
Araştırmanın kuramsal çerçevesi kapsamında problem, problem türleri, yapılarına göre problemler, problem çözme süreci, problem çözme sürecinde gereken bilgi türleri, problem çözme stratejileri, fizikte kullanılan problem çözme stratejileri, uzman acemi problem çözücüler, problem çözme sürecinin belirlenmesinde kullanılan yöntemler ve bilgisayar yazılımları ile problem çözme sürecinin incelenmesi hakkında bilgiler sunulmaktadır.
2.1.1. Problem
Problem ve problem çözme, farklı alanlarda ve disiplinlerde birçok anlama sahiptir (Gökyurt ve Soylu, 2013). Literatürde, sosyal hayatta karşılaşılan problemler, bilimsel problemler ve derslerde karşılaşılan problemlerle ilgili farklı tanımlar yer almaktadır.
Tanımlanan problemlerin hepsinin çözüm süreçleri, genel olarak birbirine benzemekle birlikte birbirinden farklı noktalar da içermektedir. Bu nedenle, tez kapsamında kullanılan problem çözme süreci ifadesini açıklamak için, öncelikle problem tanımını yapmak gerekmektedir.
Problem, John Dewey’e (1910) göre, insan zihnini karıştıran, ona meydan okuyan ve inancı belirsizleştiren bir olgu; Toluk ve Olkun’a (2002) göre kişide çözme arzusu uyandıran ve çözüm adımları hazırda olmayan fakat kişinin bilgi ve deneyimlerini kullanarak çözebileceği durumlar; Akdeniz’e (2006) göre ise karşılaşılan bir olayın mevcut bilgilerle o anda açıklanamama durumudur. Problem çözme ile ilgilenen araştırmacılar problemin, bir kişinin o anda cevabını veremediği bir zorlukla karşılaştığı konusunda görüş birliği içerisindedirler (Gök, 2010). Problemin tek bir tanımını yapmadaki zorluk, problemin temel bir karakteristiğinin olmamasıdır, çünkü bir durumun problem olup olmaması bu durumlarla karşılaşan kişinin önbilgi ve deneyimine bağlıdır (Kalyuga ve Hanham, 2011).
Eğitimde, genellikle fen bilimlerinde (matematik, biyoloji, fizik ve kimya) verilen bazı değerlere bağlı kalarak, sonucun sayısal olarak bulunması, problem ve problem çözümü olarak bilinmektedir (Karamustafaoğlu ve Yaman, 2006). Bademci (2008), problemi sayısal yöntemlerle doğru cevabı bulunacak matematik soruları ve fen derslerindeki formüllerin uygulandığı sayısal sorular şeklinde ifade etmektedir. Arslan (2002) ise, ders kitaplarındaki problemlerin kazanılan bilgi ve becerilerin pekiştirilmesine yönelik alıştırmalar niteliğinde olduğunu belirtmektedir. Gündüz (2008), problemi “hakkında yeterli bilgi bulunmayan ve açıklanmaya muhtaç olgulara ait o anda hazır (ezberden) açıklama yapılamayan güçlük durumu” olarak tanımlamaktadır. Gündüz’e (2008) göre, öğrencinin hemen cevap veremediği her hangi bir fizik sorusu da problem tanımına uymaktadır.
Bu tez kapsamında ele alınan fizik problemleri, öğrenilmiş bilginin sentezini ve bir plan içinde kullanılmasını gerektirmektedir. Bu durum, Schoenfeld’in (1989) yaptığı problem tanımına uymaktadır. Tez kapsamında kullanılan problem, öğrencilerin çözüm için gerekli ön bilgiye sahip oldukları ancak çözüme ulaştıracak adımları ve yolları önceden bilmedikleri ilgi çekici soru olarak tanımlanabilir.
2.1.1.1. Problem Türleri
Problemler içerik, yapı veya süreç yönünden eşdeğer değildir. Farklı problemlerin çözümü farklı beceriler gerektirir (Jonassen, 2000). Bu kısımda, araştırmanın daha iyi anlaşılması için tez kapsamında kullanılan problem türü tanımlanmaktadır.
Tek bir tanımı olmayan problemleri, araştırmacılar farklı özelliklerine göre sınıflandırmışlardır. Yapılan sınıflandırmalar arasında örtüşen ve ayrışan özellikler vardır (Gündüz, 2008). Problemlerin karmaşıklık, yapı, içerik, ilgili olduğu konu, çözüm için gerektirdiği strateji gibi özellikler dikkate alınarak sınıflandırıldığı düşünüldüğünde;
problem türüne yapılan tek bir sınıflandırmayla karar vermek çok doğru değildir.
Problemler genellikle çözüm için gereken bilgi türleri ve en karmaşık bilişsel etkinlik dikkate alınarak sınıflandırılmaktadır (Teoderuscu, Bennhold ve Feldman, 2006).
Literatürde en sık rutin-rutin olmayan (routine-nonroutine) (Mayer ve Wittrock, 1996) ve iyi yapılandırılmış-yapılandırılmamış (well defined-ill defined) (Jonassen, 1997) problem sınıflandırması kullanılmaktadır. Rutin problemler ders kitaplarında yer alan, öğrencilerin problem metnindeki bilgileri eşitliklerde kullanmayı öğrendikleri, düşüncelerini şekillerle anlattıkları ve problem çözmenin gerektirdiği becerileri kazanmalarını sağlayan problemler iken; rutin olmayan problemler, konusu daha çok gerçek hayatta karşılaşılabilen olaylar olan, birkaç işlemin doğru seçimiyle çözülemeyecek türden problemlerdir (Altun, 2000;
Çalışkan, 2007).
Problemler genellikle yapılandırılmışlık durumuna göre sınıflandırılmaktadır (VanGundy, 2005). Jonassen (1997) tarafından yapılan bu sınıflandırma aşağıda açıklanmaktadır.
2.1.1.1.1. Yapılarına Göre Problemler
Bu kısımda, tez kapsamında ele alınan problemin tanımının sınırlarının daha iyi anlaşılması için Jonassen (1997) tarafından yapılan sınıflandırma açıklanmış ve problem tanımı tekrar yapılmıştır. Jonassen (1997), yapısına göre problemleri iyi yapılandırılmış ve yapılandırılmamış olarak ayırmış ve her birinin çözümündeki zihinsel/bilişsel süreçlerin farklılıklarını açıklamışlardır.
2.1.1.1.1.1. Yapılandırılmamış Problemler
Yapılandırılmamış problemler ve çözümleri sınıfta öğrenilen içerikle sınırlı değildir.
Daha çok günlük hayatta ve mesleki hayatta karşılaşılan problemlerdir (Chen, 2010).
Kişiler bu problemlerle aniden karşılaştıkları için, bu durum genellikle problem çözücü için yeni durum olarak ifade edilebilir. Yapılandırılmamış problemlerin birden fazla çözümü olabilir (Dede ve Yaman, 2006). Bu tür problemlerin çözüm süreci net şekilde belli değildir;
çözüm için gereken kavram, kurallar ve ilkeler veya onların nasıl düzenlenecekleri hakkında netlik yoktur. Sıklıkla çözenin kararlar vermesini ve problem hakkında kendi düşüncelerini ifade etmesini gerektirir. Çözüme ulaşmak için farklı alanlara ait bilgileri birleştirmek gerektiğinden, çözüme ulaşmak zordur. Örneğin “kirlilik” gibi problemlerin çözümü matematik, fen bilgisi, siyaset bilimi ve psikolojiden kavram ve ilkelerin uygulanmasını gerektirir. Yapılandırılmamış problemler; bilinmeyen ya da belli bir gizlilik derecesinde bilinmeyen problem bileşenlerine sahiptir (Wood, 1983; Bulu ve Pedersen, 2010).
Jonassen (2000) problemleri karmaşıklığına göre de sınıflandırmış ve karmaşıklık ile yapının birbiriyle örtüştüğünü belirtmiştir. Yapılandırılmamış problemlerin özellikle günlük hayattan olanların, daha karmaşık oldukları düşünülmektedir. Bu düşüncenin aksine, bazen yapılandırılmış problemler olukça karmaşık ve yapılandırılmamış problemler çok basit olabilmektedir.
2.1.1.1.1.2. İyi Yapılandırılmış Problemler
İyi yapılandırılmış problemler sınırlı sayıda kavram, kural ve ilkelerin uygulanmasını gerektirir (Jonassen, 1997). Genellikle ders kitaplarında konu sonlarında yer alan problemler ve sınavlarda karşılaşılan problemler iyi yapılandırılmış problem türlerine
verilebilecek en iyi örneklerdir. Bu tür problemler, iyi tanımlanmış ilk durum (bilinenler), bilinen amaç durumu (çözümün yapısı iyi tanımlanmış) ve sınırlandırılmış bir dizi mantıksal işlemden oluşurlar (bilinen çözüm işlemleri). Bilinebilir ve anlaşılabilir çözümleri olan bu tür problemlerin çözümü için sınırlı sayıda kuralın ve ilkelerin düzenlenerek uygulanması gerekmektedir (Chen, 2010). Problem durumu ve problem çözümünü oluşturan bileşenler arasındaki ilişkiler bilinir (Wood, 1983).
Bu araştırmada, öğrencilerin eğitim öğretim sisteminde daha fazla karşılaştıkları (Kirkley, 2003) yapılandırılmış problemler kullanılmıştır. Öğretim programlarının ön gördüğü gibi, problemlerin günlük hayat ile ilişkilendirilmesine dikkat edilmiştir. Bu bağlamda, tez kapsamında kullanılan problem; çözüm için gereken verilerin günlük hayatla ilişkili olarak sunulduğu, öğrencilerin hemen cevap veremediği, tek doğru cevabı olan fizik sorusu şeklindedir.
2.1.2. Problem Çözme Süreci
Bu başlık altında, tez kapsamında kullanılan problemlerin muhtemel çözüm süreci, bu süreçte gereken bilgi türleri ve kullanılan stratejiler hakkındaki genel bilgiler açıklanmıştır.
Gagné’nin ifade ettiği gibi problem çözme en karmaşık zihinsel beceridir (Jonassen, 2000). Problem çözme, yüksek düzeyde bilişsel bir süreç olup, belli bir amaca ulaşmak için karşılaşılan güçlükleri ortadan kaldırmaya yönelik bir dizi işlemi içerir (Ünsal ve Ergin, 2011). Problemin fark edilmesi ve tanımlanması ile başlayan çözüm sürecinde problem hakkında bilgi edinilir, kaynaklara başvurulur ve veriler toplanır (Tavukçu, 2006). Eldeki verilere göre bir takım hipotezler geliştirilerek bu hipotezler arasından seçim yapılır. Daha sonra, en iyi çözüm yolunun hangisi olduğuna karar verilerek problem çözülür. Bir problemle karşılaşıldığı andan itibaren problem çözme süreci başlamış olur ancak sürecin tamamlanması için uygun adımların seçilmesi, uygulanması ve sürecin kontrol edilmesi gerekmektedir (Öztürk, 2009). Problem çözme sürecinde birey sürekli süreci sorgular;
topladığı bilgileri karşılaştırır, olasılıkları hesaplar ve seçim yapar (Kor, 2002”den aktaran:
Tavukçu, 2006: 7).
Birey problem çözerken, önceden edindiği bilgi ve becerileri çözüme ulaşmak için yeniden düzenler ve kullanır (Ünsal ve Ergin, 2011). Bu bağlamda, problem çözme hem konu alanı bilgisini hem de duruma uygun bilişsel stratejileri seçip kullanmayı gerektiren bir süreçtir (Pol, 2009). Bu süreci etkileyen birçok faktör vardır. Bu faktörleri belirlemek önemli ve gereklidir çünkü öğretmenler öğrencilerin problem çözme becerisinin gelişimini engelleyen ve destekleyen faktörleri bildiklerinde, öğrencilerin problemleri çözmesini geliştirmek için daha etkili öğrenme aktiviteleri düzenleyebilirler.
Charles ve Lester (1982), öğrencilerin problem çözme sürecini etkileyen faktörleri duyuşsal, deneyim ve bilişsel olmak üzere üç ana başlık altında toplamışlardır. Duyuşsal faktörler; problem çözmeye isteklilik, kendine güven, stres ve kaygı, belirsizlik, sabır ve azim, problem çözmeye veya problem durumlarına ilgi, motivasyon, başarılı olma isteği, öğretmeni memnun etme arzusu gibi etmenlerden oluşmaktadır. Konuyla ilgili problemlerle önceden karşılaşma, belli problem çözme stratejilerini önceden kullanmış olma ve verilen probleme benzer bir problemi daha önce çözmüş olma deneyim faktörünü oluşturmaktadır. Bilişsel faktörler ise, problemi çözmek için gereken kavramların bilgisi, mantıksal düşünme ve akıl yürütme gücü, hafıza, hesaplama becerisi ve tahmin gibi zihinsel süreçleri içermektedir. Benzer şekilde Pimta ve diğ. (2009), öğrencilerin problem çözme becerisini etkileyen faktörlerin, derse tutum, öz saygı ve öğretmen davranışları, başarı güdüsü, konsanstrasyon ve öz yeterlilik olduğunu, bu faktörlere öğretmenin deneyimi, öğretimi, öğrencinin okuma becerisi, sınıf ortamı, öğrencinin yaratıcılığı aile desteği, ekstra çalışılması gereken süre gibi faktörlerin eklenebileceğini, bu faktörlerin gizli ve görülebilen faktörler olarak ikiye ayrılabileceğini belirtmişlerdir. Öğrencilerin sahip olduğu önbilgiler, kullandıkları zihinsel süreçler ve problem çözme konusunda kendilerini algılayışları problem çözmede etkilidir (Heppner, Witty ve Dixon, 2004; Muir, Beswick ve Williamson, 2008). O halde problem çözmeyi etkileyen faktörler bilişsel özellikler, duyuşsal özellikler ve deneyim olarak sınıflandırılabilir. Belirtilen özelliklere sahip olanların problemleri çözebilecekleri, olmayanların ise problemleri çözmeyecekleri söylenemez. Bu özelliklerin çoğun eğitimle geliştirilebilir (Aydoğdu ve Ayaz, 2008).
2.1.2.1. Problem Çözme Sürecinde Gerekli Olan Bilgi Türleri
Bu başlık altında, problem çözmeyi etkileyen bilişsel faktörlerin daha iyi anlaşılması için problem çözmede gereken bilgi türleri açıklanmıştır.
Tablo 1’de görüldüğü gibi, problem çözerken kullanılan bilgi türlerini farklı araştırmacılar farklı şekillerde sınıflandırmışlardır (Mayer, 1982; De Jong ve Ferguson Hessler, 1986; De Jong ve Ferguson Hessler, 1989; De Jong ve Ferguson Hessler, 1996;
Leonard ve diğ., 1999). Problem çözmek için gereken bilgi türlerinin özellikleri ve birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunun bilinmesi, daha iyi problem çözen öğrencilerin yetiştirilmesine yardımcı olur (De Jong ve Ferguson Hessler, 1996).
Tablo 1. Problem Çözümünde Gereken Bilgi Türleri
Mayer (1982)
DeJong ve Ferguson Hessler (1986)
De Jong ve Ferguson Hessler
(1989)
De Jong ve Ferguson Hessler (1996)
Leonard,Gerace ve Dufresne (1999) Anlam bilgisi
Şematik bilgi Algoritmik bilgi Stratejik bilgi
Betimsel bilgi İşlemsel bilgi Stratejik bilgi
Durumsal bilgi Kavramsal bilgi İşlemsel bilgi Stratejik bilgi
Durumsal bilgi Kavramsal bilgi İşlemsel bilgi Stratejik bilgi
İşlemsel/yöntemsel bilgi
Kavramsal bilgi Problem durum bilgisi Stratejik bilgi
Tablo 1’de belirtilen, farklı araştırmacılar tarafından sınıflandırılan bilgi türlerinin tanımlarında bazen aynı bilgi türü için farklı isimler kullanılmıştır. Leonard ve diğ.(1999) tarafından problem durum bilgisi olarak tanımlanan bilgi türü, Mayer’in (1982) anlam bilgisi, De Jong ve Ferguson Hessler’in (1989; 1996) durumsal bilgi olarak tanımladığı bilgi türüyle benzerlik göstermektedir. Bu nedenle, matematik problemlerini ve fizik problemlerini çözmede gereken bilgi türlerini açıklamaya yönelik yapılan sınıflandırmalardan birer tanesi açıklanacaktır.
Mayer (1982) matematik problemlerini dikkate alarak problem çözümünde gereken dört bilgi türünü tanımlamıştır. Bunlar; anlam bilgisi, şematik bilgi, algoritmik bilgi ve stratejik bilgidir. Bu bilgi türleri aşağıda açıklanmıştır.
Anlam Bilgisi: Problem çözümünün ilk aşaması olan problemin anlaşılması için gereken bilgidir. Öğrenci, problemde verilen durumu anlam bilgisini kullanarak matematiksel ifadelere dönüştürebilir. Değişken kullanma, değişkenler arasındaki ilişkileri ve sonucun ne anlama geldiğini açıklama anlam bilgisine örnektir.
Şematik Bilgi: Öğrencinin, karşılaştığı problemdeki bilgi yapılarını önceden çözülen benzer problem türüyle ilişkilendirmesi için gereken bilgidir. Öğrenci bir problemle karşılaştığında, benzer problemlerle ilişkisini düşünerek, problemi ait olduğu gruba göre sınıflandırarak şematik bilgisini oluşturur. Öğrenci daha sonra bir problemle karşılaştığında doğru şemayı belirlerse çözüme daha kolay ve daha hızlı ulaşılabilir.
Problem şemasına hareket problemleri ve yaş problemleri gibi sınıflandırmalar örnek olarak verilebilir. Problemde kullanılan değişkenler arasındaki ilişkiyi belirleme ve problemi ifade eden eşitliğe dönüştürme anlam bilgisinin yanında şematik bilgiyi de gerektirmektedir.
Algoritmik Bilgi: Problemin çözümüne yönelik denklemi oluşturduktan sonra çözüm için gereken bilgidir. Denklemi çözmek için öğrencinin algoritmik bilgiye sahip olması gerekir. Örneğin öğrenci “20=6X–4” denklemindeki X değerini bulmak için algoritmik bilgisini kullanır. Buradaki algoritmik bilgi, denklemin her iki tarafının aynı sayıyla (4 ile) toplanması ve sonrasında ise aynı sayıya (6’ya) bölünmesidir.
