LİSE 2 ÖĞRENCİLERİNİN MOL KAVRAMI ve KİMYASAL HESAPLAMALARLA İLGİLİ ANLAMA SEVİYELERİ ve PROBLEM ÇÖZME YETERLİLİKLERİNİN
BELİRLENMESİNE YÖNELİK BİR ÇALIŞMA
Haluk ÖZMEN, Gökhan DEMİRCİOĞLU, Alipaşa AYAS
KTÜ, Fatih Eğitim Fakültesi, OFMA Eğitimi Bölümü Akçaabat – TRABZON
ÖZET: Kimya eğitimi alanında öğrencilerin en çok sorun yaşadıkları ve üzerinde en çok araştırma yapılan konulardan birisi de mol kavramıdır. Çünkü bu kavram bütün kimyasal hesaplamaların temelini oluşturmaktadır. Bu çalışmada lise 2 öğrencilerinin mol kavramı ve kimyasal hesaplamalarla ilgili anlama seviyelerinin ve problem çözebilme yeterliliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada veri toplamak amacıyla iki tane ölçme aracı geliştirilmiştir. Başarı Testi 25 çoktan seçmeli sorudan oluşmaktadır ve pilot uygulama ve madde analizi yoluyla teste son hali verilmiştir. Testin Kuder-Richardson güvenirlik katsayısı 0.78 olarak hesaplanmıştır. Problem Testi ise 10 tane matematiksel işlem gerektiren soru içermekte olup, teste pilot çalışma ile son hali verilmiştir. Geliştirilen bu iki test 2001-2002 öğretim yılında 160 lise 2. sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Elde edilen verilerin analizi sonucu, öğrencilerin başarı testine ve problem testine verdikleri doğru cevap oranlarının sırasıyla, % 45 - % 70 ve % 51 - % 74 arasında değiştiği belirlenmiştir. Sonuçlara dayalı olarak bazı önerilerde bulunulmuştur.
1. GİRİŞ
Kimya, kimyasal değişmelerin meydana gelmesi, mol, molekül ve tanecik ilişkilerini ve bunlara dayalı hesaplamaları ve soyut kavramları oldukça fazla içeren bir bilim dalıdır. Bilindiği gibi,
kimyasal hesaplamalarda reaksiyona giren ve reaksiyon sonucu oluşan madde miktarının ölçü birimi olarak “mol” kullanılmaktadır. Mol kavramının iyi derecede anlaşılması stokiometrik problemlerin çözümü için oldukça önemlidir (Schmidth, 1990; Schmidth, 1994; Hameiri, 1998). Özellikle son yirmi yılda bu kavramın öğrenilmesi ve öğretilmesine yönelik çok sayıda çalışma yapılmıştır (Dierks, 1981;
Lazonby, Morris, 1982; Nelsıon, 1991; Staver & Lumpe, 1993; Krishnan & Howe, 1994; Gorin, 1994;
Staver & Lumpe, 1995; Furio, Azcona, Guisasola & Ratcliffe, 2000). Bütün bu çalışmalarda öğrencilerin mol kavramı ve bu kavramı stokiometrik problem çözümlerinde kullanma konusunda çeşitli problemler yaşadıkları tespit edilmiş (Ben-Zvi, Eylon & Silberstein, 1988) ve bu kavramın öğrenciler tarafından anlaşılamama nedenleri ortaya çıkarılmaya çalışılmıştır. Bu araştırmalarda elde edilen bulgular öğrencilerin bu kavramlarla ilgili güçlüklerinin bir kısmının kendi yetersizliklerinden, bir kısmının öğretmenlerin bilgi yetersizliğinden ve konuyu anlatma tarzından, bir kısmını da bu konunun ders kitaplarında hatalı verilmesinden kaynaklandığını göstermektedir.
Her ne kadar kimyasal olaylarla ilgili bilgiler özellikle ilköğretim ikinci kademesinde tanıtılıyorsa da, kimya öğretimi lisede başlamakta ve öğrenciler mol kavramı ve kimyasal hesaplamalarla ilgili bilgilerle ilk defa lisede karşılaşmaktadırlar. Bu düşünceden hareketle bu çalışmada, lise 2 öğrencilerinin mol kavramı ve kimyasal hesaplamalarla ilgili başarı düzeylerinin ve problem çözme yeterliliklerinin tespit edilmesi amaçlanmıştır.
2. YÖNTEM
Bu çalışmada veri toplamak amacıyla birisi başarı testi, diğeri problem testi olmak üzere iki tane ölçme aracı geliştirilmiştir. Başarı testi 25 tane çoktan seçmeli sorudan oluşmaktadır ve pilot
uygulama ve madde analizi ile teste son hali verilmiştir. Testin Kuder-Richardson güvenirlik katsayısı 0.78 olarak hesaplanmıştır. Problem testi ise 10 tane soru içermekte olup, sorular matematiksel işlem gerektiren açık uçlu sorulardır. Teste pilot uygulama ile son hali verilmiştir. Hazırlanan her iki ölçme aracı KTÜ Fatih Eğitim Fakültesi Kimya Eğitimi Anabilim Dalında görevli 6 öğretim elemanı ve Trabzon^da çeşitli okullarda görev yapan 13 kimya öğretmeni tarafından geçerliliklerinin ve öğrenci seviyesine uygunluklarının sağlanması amacıyla incelenmiştir. Bu şekilde son halleri verilen ölçme araçları 2001-2002 öğretim yılında 160 lise 2. sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Elde edilen verilerin analizinde öğrencilerin hem başarı testindeki, hem de problem testindeki sorulara verdikleri doğru ve yanlış cevap yüzdeleri hesaplanmıştır.
3. BULGULAR
Başarı testi ve problem testinin uygulanmasından elde edilen veriler aşağıda ayrı ayrı verilmiştir.
3.1. Başarı Testinin Analizinden Elde Edilen Bulgular
Mol kavramı ve bu kavramın stokiometrik hesaplamalarda kullanılmasıyla ilgili 25 tane çoktan seçmeli soru içeren testin analizinden elde edilen bulgular Tablo 1. de verilmiştir.
Tablo 1. Başarı testinin analizinden elde edilen bulgular
Sorular
Doğru (%)
Yanlış (%)
Boş (%)
Sorular
Doğru (%)
Yanlış (%)
Boş (%)
1 65 15 20 14 50 25 25
2 55 20 25 15 65 20 15
3 70 15 15 16 60 30 10
4 45 30 25 17 60 35 5
5 60 20 20 18 62 22 15
6 60 25 15 19 52 28 20
7 52 28 20 20 52 30 18
8 60 22 18 21 50 20 30
9 55 20 25 22 60 18 22
10 62 18 20 23 60 15 25
11 60 15 25 24 65 22 13
12 52 33 15 25 70 20 10
13 65 22 13
Tablo 1’den de görüldüğü gibi, öğrencilerin başarı testine verdikleri doğru cevapların oranları
%45 ile %70 arasında, yanlış cevap oranları ise %15 ile %35 arasında değişmektedir. Sorulara cevap vermeyen öğrencilerin oranları da yanlış cevap veren öğrencilerin oranına çok yakın olup, %5 ile %30 arasında değişmektedir.
3.2. Problem Testinin Analizinden Elde Edilen Bulgular
Mol kavramıyla ilgili matematiksel işlem gerektiren 10 sorudan oluşan testin analizinden elde edilen bulgular Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. Problem testinin analizinden elde edilen bulgular
Sorular
Doğru (%)
Yanlış (%)
Boş (%)
1 56 30 14
2 64 26 10
3 60 28 12
4 55 30 15
5 68 22 10
6 51 33 16
7 58 28 14
8 74 18 8
9 65 22 13
10 62 28 10
Tablo 2’den de görüldüğü gibi, öğrencilerin problemlere verdikleri doğru cevapların oranları
%51 ile %74 arasında değişirken, yanlış cevapların oranları %18 ile %33 arasında değişmektedir.
Soruları cevapsız bırakan öğrencilerin oranı ise %8 ile %15 arasında değişmektedir.
Problem testinde yer alan sorular öğrencilerin matematiksel işlem yapmasını gerektirecek türden sorulardı. Testte yer alan problemlerden iki tanesi ve öğrencilerin bu problemlerin çözümünde yaptıkları bazı hatalar aşağıda örnek olarak verilmektedir.
Problem 4.
NŞA 'da 4.48 litre hacim kaplayan X2Y5 gazı 28.4 gram olduğuna göre X 'in atom kütlesi kaçtır? (Y’nin atom ağırlığı : 16).
Bu soru problem testinin 4. sorusu olup, öğrencilerin gaz hacmi – mol sayısı ilişkisini
anlamalarını ölçmek amacıyla kullanılmıştır. Tablo 2’den görüldüğü gibi, öğrencilerin %55’i problemi doğru çözerken, %30 oranında yanlış çözümler yapılmıştır. Öğrencilerin yaptıkları eksik çözümlerden birisi aşağıda verilmiştir.
4.48 litresi 28.4 gram ise 22. 4 litresi x gramdır
x = 142 gram
Bu öğrenciler muhtemelen dikkatsizliklerinden dolayı X2Y5 bileşiğinin molekül ağırlığını bulmuşlar, ancak X’in atom ağırlığını hesaplamamışlardır.
Öğrencilerin yaptıkları bir diğer hatalı çözüm ise şöyledir:
28.4 gram X2Y5 4.48 litre ise x gram X2Y5 22.4 litredir
x = 142 gram
28.4 gram X2Y5 de 16 gram Y varsa 142 gram X2Y5 de x gram Y vardır
x = 80 gram X’in atom ağırlığı 142 – 80 = 62 olur.
Bu öğrenciler X2’nin ağırlığını bulmuş, fakat X’in atom ağırlığını hesaplamamışlardır.
Problem 9.
6 x 6.02x1023 tane atom içeren Cu2O kaç tane molekül içerir?
Bu soru problem testinin 9. sorusu olup, öğrencilerin mol-molekül, atom-molekül ve atom sayısı-molekül sayısı ilişkileri ile ilgili anlamalarını tespit etmek amacıyla kullanılmıştır. Tablo 2’den de görülebileceği gibi, öğrencilerin %65’i bu problemi doğru çözerken, %22 oranında yanlış çözümler yapılmıştır. Öğrencilerin yaptıkları hatalı çözümlerden birisi aşağıda verilmiştir.
1 molekül Cu2O 6.02x1023 tane atom içerirse x molekül Cu2O 6x 6.02x1023 tane atom içerir
x = 6 tane
Bu öğrenciler Cu2O’ deki atom sayısını 6.02x1023 tane olarak kabul etmişlerdir. Oysaki Cu2O molekülü 3 x 6.02x1023 tane atom içermektedir.
Öğrencilerin yaptıkları bir diğer hatalı çözüm ise şöyledir:
6.02x1023 tane atom içeren Cu2O 3 tane molekül içerirse 6 x 6.02x1023 tane atom içeren Cu2O x tane molekül içerir
x = 18 tane
Bu şekilde çözüm yapan öğrenciler yukarıdakine benzer bir yanılgının yanısıra, 1 mol
Cu2O’nun 3 tane molekül içerdiği şeklinde bir yanılgıya sahiptirler. Oysaki 1 mol Cu2O 6.02x1023 tane molekül içermektedir.
4. TARTIŞMA, SONUÇ VE ÖNERİLER
Lise ikinci sınıf öğrencilerinin kimyadaki en temel kavramlardan birisi olan ve stokiometrik hesaplamaların yapılabilmesi için mutlaka bilinmesi gereken mol kavramı ile ilgili başarı düzeylerinin ve bu kavramla ilgili problemleri çözebilme yeterliliklerinin araştırıldığı bu çalışmada, öğrencilerin araştırmada uygulanan başarı testine verdikleri doğru cevapların oranları %45 ile %70 arasında değişirken (Tablo 1), problem testine verdikleri doğru cevapların oranları %51 ile %74 arasında değişmektedir (Tablo 2). Bu sonuçlar öğrencilerin mol kavramıyla ilgili matematiksel işlem gerektiren sorularda (problem testi), mol kavramı, kimyasal değişim ve kimyasal hesaplamalara yönelik
kavramsal düzeydeki sorulara (başarı testi) göre daha başarılı olduklarını göstermektedir. Bu durumun öğretmenlerin konuyla ilgili problemleri başarılı bir şekilde çözebilen bir öğrencinin konuyu anladığı şeklindeki inanış nedeniyle, derslerde mol kavramıyla ilgili problem çözümlerine bu kavramla ilgili kavramsal düzeydeki bilgilere oranla daha fazla zaman ayırmalarından kaynaklandığı
düşünülmektedir. Öğrencilerin her iki testteki doğru cevaplarının oranları %45’in üzerinde olsa da, testlerin öğrencilerin konuyu gördükten sonra uygulanmış olduğu düşünüldüğünde, bu oranlara bakılarak öğrencilerin kavramı beklenen düzeyde öğrendiklerini söylemek olası değildir. Öğrencilerin problem testindeki çözümleri ayrıntılı olarak incelendiğinde, çeşitli hatalı çözümler yaptıkları ve bu hatalı çözümlerinin hem matematiksel işlem yapma yetersizliğinden, hem de kavramla ilgili yanlış bilgilere sahip olmalarından kaynaklandığı görülmektedir. Örneğin problem testinde yer alan 9.
soruyla ilgili yapılan çözümlerde öğrenciler Cu2O’ deki atom sayısını 6.02x1023 tane olarak kabul etmişlerdir. Oysaki Cu2O molekülü 3 x 6.02x1023 tane atom içermektedir. Bu durum öğrencilerin bir moleküldeki atom sayısının o molekülü oluşturan atomların sayısı ile orantılı olduğu gerçeğini bilmediklerini veya göz ardı ettiklerini göstermektedir. Benzer şekilde öğrenciler 6.02x1023 tane atom içeren Cu2O molekülünün 3 tane molekül içerdiği şeklinde yanlış bir bilgiye sahiptirler. Bütün bu sonuçlar öğrencilerin özellikle atom sayısı-mol sayısı, atom sayısı-molekül sayısı, mol sayısı-molekül sayısı ilişkileri konusunda problemler yaşadıklarını ve çoğu zaman bu kavramları birbiri yerine kullandıklarını göstermektedir. Ayrıca, matematiksel işlem yapma becerileri yeterince gelişmemiş olan öğrenciler Avogadro sayısını içeren hesaplamalarda sorunlar yaşamaktadırlar.Benzer bulgulara literatürde de rastlanmaktadır (Schmidth, 1990; Schmidth, 1994).
Öğrencilerin mol kavramı ile ilgili anlama güçlüklerinde matematiksel işlem yapma
becerilerinin yeterince gelişmemiş olmasının yanısıra, öğretmenlerin bu kavramı yeterince anlamamış olmalarının (Strömdahl, 1994), hatta bu kavramla ilgili çeşitli yanılgılara sahip olmalarının da (Furio ve diğ., 2000) etkili olduğu bilinmektedir. Öğretmenlerin bir kavramı iyi öğretebilmeleri için o kavramla ilgili yeterli düzeyde bilgiye sahip olmaları gerekmektedir. Çünkü öğretmen hatalı bilgiye sahipse bu bilgilerin anlatımı sırasında istemeden de olsa öğrencilerine geçmesine sebep olur (Bradley
& Mosimege, 1998). Bu nedenle öğretmen eğitimine önem verilmeli ve lisans eğitimleri sırasında öğretmen adaylarının kavram yanılgılarının belirlenmesi ve giderilmesine yönelik çalışmalar yapılmalıdır. Ayrıca görev yapmakta olan öğretmenlerin bu tür yanılgıları hizmet içi eğitim kursları yardımıyla belirlenmeli ve giderilmelidir.
Öğrencilerin mol kavramı ile ilgili problemlerinin bir kısmı da ders kitaplarının yetersiz olması ve bu kavramla ilgili hatalı bilgiler içermesinin yanısıra (Cervelleti, Montuschi, Perugini, Grimellini- Tomasini & Balandi, 1982; Staver & Lumpe, 1993), kavramı öğrencilere daha iyi kavratabilecek bilgi, şekil, model vb. yerine matematiksel işlem gerektiren problem çözümlerine ağırlık vermelerinden kaynaklanmaktadır. Bu bağlamda ders kitapları öğrenci ihtiyaçları ve yanlış anlamaları da dikkate alınarak yeniden hazırlanmalıdır. Son yıllarda kavramlar düzeyinde müfredatların geliştirilmeye başlanmasına paralel olarak, öğrenci yanılgılarını dikkate alan ve rehber materyal olarak adlandırılan programların geliştirilmesine başlanmıştır (Özmen, 2002). Daha kaliteli bir eğitim-öğretim
gerçekleştirmek ve daha başarılı öğrenciler yetiştirebilmek için, bu tür materyaller kimyadaki bütün kavramlar için geliştirilmeli ve hem öğretmenlerin, hem de öğrencilerin kullanımına sunulmalıdır.
5. KAYNAKLAR
Ben-Zvi, R., Eylon, B. S. ve Silberstein, J. (1988). Theories, principles and laws, Education in Chemistry, 25, 89-92.
Bradley, J. D. ve Mosimege, M. D. (1998). Misconceptions in acids and bases: A comparative study of student teachers with different chemistry backgrounds. South African Journal of Chemistry, 51(3), 137
Cervelleti, R., Montuschi, A., Perugini, D., Grimellini-Tomasini, N. ve Balandi, B. P. (1982).
Investigation of secondary school students' understanding of the mole concept in Italy. Journal of Chemical Education, 59(10), 852-856.
Dierks, W. (1981). Teaching the mole. European Journal of Science Education, 3(2), 145-158.
Dori, Y. J. ve Hameiri, M. (1998). The mole environment study ware: Applying multi-dimensional analysis to quantitative chemistry problems. International Journal of Science Education, 20(3), 317-333.
Furio, C., Azcona, R., Guisasola, J. ve Ratcliffe, M. (2000). Difficulties in teaching the concept of amount of substance and mole. International Journal of Science Education, 22(12) 1285-1304.
Gorin, G. (1994). Mole and chemical amount. Journal of Chemical Education, 71(2), 114-116.
Krishnan, S. R. ve Howe, A. C. (1994). The mole concept: Developing an instrument to assess conceptual understanding, Journal of Chemical Education, 71(8), 653-655.
Lazonby, J. N., Morris, J. E. ve Waddington, D. J. (1982). The muddlesome mole. Education in Chemistry, 19(4), 109-111.
Nelson, P. G. (1991). The elusive mole. Education in Chemistry, 28(4), 103-104.
Özmen, H. (2002). Kimyasal reaksiyonlar ünitesindeki kavramların öğretimine yönelik rehber materyal geliştirilmesi ve uygulanması. Doktora Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
Schmidt, H. J.(1990). Secondary school students’ strategies in stoichiometry. International Journal of Science Education, 12(4), 457-471.
Schmidt, H. J.(1994). Stoichiometric problem solving in high school chemistry. International Journal of Science Education, 6(2), 191-200.
Staver, J. R. ve Lumpe, A. T.(1993). A content analysis of the presentation of the mole concept in chemistry textbooks. Journal of Research in Science Teaching, 30(4), 321-337.
Staver, J. R. ve Lumpe, A. T. (1995). Two investigation of students' understanding of the mole concept and its use in problem solving. Journal of Research in Science Teaching, 32(2), 191- 200.
Strömdahl, H., Tulberg, A. ve Lybeck, L. (1994). The qualitatively different conceptions of 1 mole, International Journal of Science Education, 22(12), 1285-1304.
