TC
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İLKÖĞRETİM ANABİLİM DALI
FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ BİLİM DALI
ATOM VE MOLEKÜL KONUSUNDA KAVRAM YANILGILARI VE
BUNLARI İYİLEŞTİRMEK İÇİN ÖRNEK ETKİNLİKLER
DOKTORA TEZİ
Hazırlayan
Ayşegül ERGÜN
ANKARA Nisan, 2013
TC
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İLKÖĞRETİM ANABİLİM DALI
FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ BİLİM DALI
ATOM VE MOLEKÜL KONUSUNDA KAVRAM YANILGILARI VE
BUNLARI İYİLEŞTİRMEK İÇİN ÖRNEK ETKİNLİKLER
DOKTORA TEZİ
Ayşegül ERGÜN
Danışman: Doç. Dr. Mustafa SARIKAYA
ANKARA Nisan, 2013
ii ÖN SÖZ
Bu tezin hazırlanmasında, derin bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım, bana her konuda rehberlik eden, yardımlarını esirgemeyen, sağladığı pozitif enerji ile zorlukların üstesinden gelebilmemi kolaylaştıran, beni yüreklendiren, saygı ve sevgi duyduğum danışmanım, Sayın Doç. Dr. Mustafa SARIKAYA’ya teşekkürlerimi sunuyorum.
Tezin çeşitli aşamalarında değerli görüş ve düşüncelerinden faydalandığım, çalışma ile ilgili olarak eksik noktaları görmemde ve bunları gidermemde, bana büyük katkıda bulunan tez izleme komitemin değerli hocaları, Prof. Dr. Necati YALÇIN ve Prof. Dr. Yüksel TUFAN’a teşekkürlerimi sunuyorum.
Çalışmama getirdikleri yapıcı eleştiri ve katkılarından dolayı, saygıdeğer jüri üyeleri hocalarım, Doç. Dr. Sinan ERTEN, Doç. Dr. Demet ÇETİN ve Yrd. Doç. Dr. Asım ÖZDEMİR’e teşekkürlerimi sunuyorum.
Araştırmayı yürüttüğüm Denizli il merkezindeki okullarda görev yapan öğretmen arkadaşlarıma ve araştırmaya katılan bütün öğrencilere teşekkür ediyorum.
iii ÖZET
ATOM VE MOLEKÜL KONUSUNDA KAVRAM YANILGILARI VE BUNLARI İYİLEŞTİRMEK İÇİN ÖRNEK ETKİNLİKLER
ERGÜN, Ayşegül
Doktora, Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı Tez Danışmanı: Doç. Dr. Mustafa Sarıkaya
Nisan-2013, 272 sayfa
Bu araştırmanın amacı; ilköğretim ve ortaöğretim öğrencilerinin maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili başarı düzeylerini belirlemek ve bu konudaki öğrenme zorluklarını (kavram yanılgılarını) iyileştirmek için, modele dayalı etkinliklerin etkisini araştırmaktır.
Maddenin parçacıklı yapısı konusunda literatürde verilen çalışmalar incelenerek, diğer ülkelerdeki öğrencilerin bu konuyla ilgili ne tür kavram yanılgılarına sahip oldukları belirlenmiştir. Araştırmada öğrencilerde var olan kavram yanılgılarının belirlenmesinde iki test kullanılmıştır. İlk test MPYDT (Maddenin Parçacıklı Yapısını Değerlendirme Testi), ikinci test ise MPYKT (Maddenin Parçacıklı Yapısı Kavram Testi) olarak adlandırılmıştır. Her iki test “135” 9. sınıf öğrencisine uygulanmış ve yeterli güvenirliğe sahip oldukları belirlenmiştir. Ayrıca, öğrencilere MDYT (Mantıksal Düşünme Yeteneği Testi) uygulanmıştır.
Araştırma 2009-2010 öğretim yılının ikinci döneminde, Denizli il merkezinden rastgele seçilen bir ilköğretim ve ortaöğretim okulunda yürütülmüştür. İlköğretimin 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflarından, her sınıftan seçilen ikişer şubede bulunan toplam 278 öğrenci ve ortaöğretimin 9, 10, 11 ve 12. sınıflarından, her sınıftan seçilen ikişer şubede bulunan toplam 207 öğrenci, tarama grubu olarak belirlenmiştir. Bu gruba uygulanan testler sonucunda öğrencilerin maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili kavram yanılgılarına sahip oldukları bulunmuştur. Öğrencilerde bulunan kavram yanılgılarının, öğrencilerin öğretim seviyesine, öğretim kademesine, bulundukları sınıfa ve bilişsel gelişim
iv
dönemlerine bağlı olduğu tespit edilmiştir. Kavram yanılgılarının bulunma oranı açısından kız ve erkek öğrenciler arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunamamıştır.
Araştırmada ayrıca, modele dayalı etkinliklerin maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili kavram yanılgılarının giderilmesindeki etkisini belirlemek üzere, tek grup öntest- sontest modeli kullanılmıştır. Öğrencilerde var olan kavram yanılgılarının iyileştirilmesi için, modele dayalı etkinlikler deney grubunu oluşturan “166” ilköğretim öğrencisine uygulanmıştır. Sonuç olarak modele dayalı etkinliklerin uygulanmasından sonra öğrencilerin bazı kavram yanılgılarının iyileştiği görülmüştür. Ancak bazı kavram yanılgılarının ise, modele dayalı etkinliklerden sonra giderilemediği belirlenmiştir. Ayrıca deney grubundan seçilen on öğrenci ile yapılan mülakatlarda, kavram yanılgılarının ders kitaplarındaki bazı anlatım tarzları ve gösterimlerden de kaynaklandığı tespit edilmiştir.
Araştırmada kullanılan, öğrencilerin günlük hayatta sık karşılaştıkları maddelerin taneciklerini temsil eden renkli boncuk modellerin ve bilgisayar aracılığıyla gösterilen üç boyutlu modellerin, kavram yanılgılarının giderilmesinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Mülakatlarda, öğrencilerin derslerde yapılan modele dayalı etkinlikleri sevdikleri ve dersin işlenişinden zevk aldıkları da belirlenmiştir.
Bu araştırma fen bilgisi ve kimya eğitimi için önemli sonuçlar içermektedir. Araştırma sonuçları öğrencilerde atom ve molekül kavramıyla ilgili bulunan kavram yanılgılarını gelişim dönemlerine ve yaşlarına bağlı olarak ortaya koyması açısından önemlidir. Araştırma sonuçları öğretmenlerin atom ve molekül kavramlarının öğretiminde, modele dayalı etkinlikleri kullanmalarını teşvik etmesi açısından da önemlidir.
Anahtar Kelimeler: Atom ve molekül kavramı, kavram yanılgısı, modele dayalı
v ABSTRACT
MISCONCEPTIONS ABOUT ATOMS AND MOLECULES AND EXAMPLARY ACTIVITIES TO OVERCOME THESE
ERGÜN, Ayşegül
Doctor of Philosophy, Program of Science Teacher Education Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Mustafa SARIKAYA
April-2013, 272 pages
The purpose of this study is to determine the level of success of primary and secondary school students on particulate nature of matter and to investigate the effect of model-based activities to overcome learning difficulties (misconceptions).
The kinds of misconceptions of the students in other countries about the particulate nature of the matter have determined by examining the studies which are given in the literature. In the study two tests have been used for determining the misconceptions of the students. The first test is called MPYDT (Evaluation Test on Particulate Nature of Matter) and the second test MPYKT (Concept Test on Particulate Nature of Matter). Both of the tests were determined as reliable by carrying out with 135 ninth grade students. In addition, MDYT ( The Ability of Logical Thinking Test) was applied students.
The research has carried out in a randomly selected primary and secondary school in Denizli city center in the second term of 2009-2010 academic year. 278 students chosen from two classes of 4th, 5th, 6th, 7th and 8th grades of primary school and 207 students chosen from two classes of 9th, 10th, 11th and 12th grades of secondary school were determined as the screening group. As a result of the tests applied to this group, it has determined that the students had misconceptions on particulate nature of matter. The misconceptions of the students have been found to be connected with the students’ level of education, their learning stages, the class in which
vi
they are and their mental developmental stages. It has found no differences statistically between male and female students about the rate of misconceptions found.
Additionally one group pre-test post-test model has been used for determining the effect of model-based activities on overcoming misconceptions about the particulate nature of the matter. Model- based activities has performed to the research group of 166 primary school students on misconceptions. As a result some of misconceptions of the students have been overcome. However some of misconceptions have not been changed after model based activities. In addition, during the interviews with ten students from the research group it has determined that some misconceptions have been related to some explanation techniques and impressions on textbooks.
The representative color bead models of the matters which are most-known by the students used in this research and the three dimensional models shown on a computer have been found effective on overcoming the misconceptions. In the interwievs it has cleared that the students like model-based activities and they enjoy the learning process.
This research has important results for science and chemistry education. The research results are important for identifying students’ misconceptions about the concepts of atom and molecules depending on their developmental stages and ages. The result of the research is also important for encouraging teachers using model-based activities on teaching the concepts of atoms and molecules.
vii İÇİNDEKİLER JÜRİ ONAY SAYFASI ... i ÖN SÖZ ... ii ÖZET ... iii ABSTRACT ... v İÇİNDEKİLER ... vii TABLOLAR LİSTESİ ... xi
ŞEKİLLER LİSTESİ ... xiii
KISALTMALAR LİSTESİ ... xiv
BÖLÜM I ... 1 GİRİŞ ... 1 1.1. Problem Durumu ... 1 1.2. Araştırmanın Amacı ... 8 1.3. Araştırmanın Önemi ... 10 1.4. Araştırmanın Sınırlılıkları ... 11 1.5.Varsayımlar ... 11 1.6. Tanımlar ... 12 BÖLÜM II ... 13 KAVRAMSAL ÇERÇEVE ... 14
2.1. Fen Öğrenimi ve Öğretimi ... 14
2.2. Maddenin Parçacıklı Yapısı ile İlgili Tarihsel Gelişim Süreci ve Atom Modelleri ... 17
2.2.1. Dalton Atom Modeli ... 18
2.2.2. Thomson Atom Modeli ... 20
2.2.3. Rutherford Atom Model ... 21
2.2.4. Bohr Atom Modeli ... 22
2.2.5. Modern Atom Modeli ... 24
2.3. Kavram Nedir? ... 25
2.4. Kavram Geliştirme Süreçleri ... 26
2.5. Fen ve Teknoloji Eğitiminde Kavram Yanılgıları ... 27
2.6. Kavram Yanılgılarının Çeşitleri ... 29
2.7. Kavram Yanılgılarının Kalıcı Olmasının Nedenleri ... 30
2.8. Öğrencilerde Madde Konusuyla İlgili Bulunan Bazı Kavram Yanılgıları ... 31
2.8.1. Maddenin Halleri ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 31
viii
2.8.3. Çözünme İle İlgili Kavram Yanılgıları ... 38
2.8.4. Maddenin Parçacıklı Yapısı ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 41
184.108.40.206. Taneciklerin Bileşimi ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 50
220.127.116.11. Taneciklerin Boyutu ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 51
18.104.22.168. Taneciklerin Şekli ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 53
22.214.171.124. Taneciklerin Ağırlığı ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 54
126.96.36.199. Taneciklerin Canlı Olmaları (Animizm) ile İlgili Kavram Yanılgıları .. 55
188.8.131.52. Makroskopik Özelliklerin Taneciklere Verilmesi ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 56
184.108.40.206. Tanecikler Arasındaki Bağlar ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 57
220.127.116.11. Tanecikler Arasındaki Boşluklar ve Tanecik Hareketi ile İlgili Kavram Yanılgıları ... 58
2.9. Piaget’nin Zihinsel Gelişim Dönemleri ... 59
2.9.1. Duyusal-Edimsel Dönem (0-2 yaş)... 61
2.9.2. İşlem Öncesi Dönem (2-7 yaş) ... 61
2.9.3. Somut İşlemler Dönemi (7 ≥ 11 yaş) ... 61
2.9.4. Soyut İşlemler Dönemi (11 yaş ve üstü) ... 62
2.10. İlköğretim Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatında Fizik, Kimya ve Biyoloji Konularının Dağılımı ... 63
2.10.1. Dördüncü Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatındaki Ünite ve Konu Dağılımı ... 63
2.10.2. Beşinci Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatındaki Ünite ve Konu Dağılımı ... 68
2.10.3. Altıncı Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatındaki Ünite ve Konu Dağılımı ... 73
2.10.4. Yedinci Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatındaki Ünite ve Konu Dağılımı ... 78
2.10.5. Sekizinci Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatındaki Ünite ve Konu Dağılımı ... 84
2.11. Maddenin Parçacıklı Yapısı Konusunun Fen ve Teknoloji Programındaki Yeri ... 92
2.12. Modellemeye Dayalı Fen Öğretimi ... 95
2.12.1. Modeller ... 95
18.104.22.168. Açık Modeller ... 97
22.214.171.124. Örtük (İçsel) Modeller ... 99
2.13. Modelleme ... 100
2.14. Kavram Yanılgılarının Giderilmesinde Modellemeye Dayalı Aktivitelerin Kullanıldığı Araştırmalar ... 101
2.15. Somut ve Soyut İşlemler Dönemindeki Öğrenci Başarılarının Karşılaştırıldığı Araştırmalar ... 108 BÖLÜM III ... 112 YÖNTEM ... 112 3.1. Araştırmanın Modeli ... 112 3.2. Evren ve Örneklem ... 114 3.3. Verilerin Toplanması ... 115
3.3.1. Maddenin Parçacıklı Yapısını Değerlendirme Testi (MPYDT) ... 116
3.3.2. Maddenin Parçacıklı Yapısı Kavram Testi (MPYKT) ... 119
ix
3.3.4. Mantıksal Düşünme Yeteneği Testi (MDYT) ... 121
3.4. Bağımsız Değişkenler ... 122
3.5. Uygulama ... 122
3.6. Verilerin Analizi ... 128
3.6.1. İlişkisiz (Bağımsız) Örneklemler t- Testi ... 128
3.6.2. İlişkisiz Örneklemler İçin Tek Faktörlü Varyans Analizi (One Way Anova) ... 129
3.6.3. İlişkili Örneklemler İçin t-Testi (Paired Samples t-Test) ... 129
3.6.4. Basit Korelasyon: Pearson Korelasyon Katsayısı ... 130
3.6.5. Görüşme ... 130
BÖLÜM IV ... 132
BULGULAR VE YORUM ... 132
4.1. Tarama Çalışması ile İlgili Bulgular ve Yorumlar ... 132
4.1.1. Birinci Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar... 133
4.1.2. İkinci Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar ... 135
4.1.3. Üçüncü Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar ... 139
4.1.4. Dördüncü Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar ... 143
4.1.5. Beşinci Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar ... 146
4.1.6. Altıncı Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar... 149
4.2. Çalışma Grubunu Oluşturan Öğrencilere Yönelik Sonuçlar ... 151
4.2.1.Yedinci Alt Probleme İlişkin Bulgu ve Yorumlar ... 151
126.96.36.199. Dördüncü Sınıf Öğrencilerinin Ön ve Son Testlerden Elde Ettikleri Başarının Karşılaştırılması ... 152
188.8.131.52. Beşinci Sınıf Öğrencilerinin Ön ve Son Testlerden Elde Ettikleri Başarının Karşılaştırılması ... 154
184.108.40.206. Altıncı Sınıf Öğrencilerinin Ön ve Son Testlerden Elde Ettikleri Başarının Karşılaştırılması ... 156
220.127.116.11. Yedinci Sınıf Öğrencilerinin Ön ve Son Testlerden Elde Ettikleri Başarının Karşılaştırılması ... 158
18.104.22.168. Sekizinci Sınıf Öğrencilerinin Ön ve Son Testlerden Elde Ettikleri Başarının Karşılaştırılması ... 160
22.214.171.124. MPYDT’ye Ait Öntest ve Sontest Sonuçlarının Sınıf Bazında Karşılaştırılması ... 162
126.96.36.199. MPYKT’ye Ait Öntest ve Sontest Sonuçlarının Sınıf Bazında Karşılaştırılması ... 163
188.8.131.52. MPYT’ye Ait Öntest ve Sontest Sonuçlarının Sınıf Bazında Karşılaştırılması ... 164
4.3. Görüşmelere İlişkin Bulgular ... 165
4.3.1. Öğrencilerin MPYDT’ye Verdikleri Yanıtlara Yönelik Mülakat Sonuçları ... 165
4.3.2. Öğrencilerin MPYKT’ye Verdikleri Yanıtlara Yönelik Mülakat Sonuçları ... 200
x
BÖLÜM V ... 215
SONUÇ VE ÖNERİLER ... 215
5.1. Sonuçlar ... 215
5.1.1. Tarama Grubunu Oluşturan Öğrencilerin MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerine İlişkin Sonuçlar ... 215
5.1.2. Araştırma Sonucu Elde Edilen Kavram Yanılgıları ... 218
5.1.3. Çalışma Grubunu Oluşturan Öğrencilerin Ön Test - Son Test MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına İlişkin Sonuçlar ... 224
5.2. Öneriler ... 227
KAYNAKÇA ... 233
EKLER ... 243
Ek 1: MPYDT (Maddenin Parçacıklı Yapısını Değerlendirme Testi) ... 243
Ek 2: MPYKT (Maddenin Parçacıklı Yapısı Kavram Testi) ... 249
Ek 3. MDYT (Mantıksal Düşünme Yeteneği Testi) ... 254
Ek 4: Test Sorularının Cevap Anahtarları ... 260
Ek 5: Yazışmalar ... 261
Ek 6: MPYKT’ye Yönelik Uygulanan Etkinlikler ... 264
xi
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 3.1. MDYT İçeriği ... 121 Tablo 4.1. Tarama Grubuna Uygulanan MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerinin Puan Ortalamalarının Öğretim Seviyesine Göre t-Testi ile Karşılaştırılması ... 133 Tablo 4.2. Tarama Grubuna Uygulanan MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerinin Puan Ortalamalarının Kademelere Göre Tek Faktörlü Varyans Analizi ile Karşılaştırılması ... 136 Tablo 4.3. Tarama Grubuna Uygulanan MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerinin Puan Ortalamalarının Sınıflara Göre Tek Faktörlü Varyans Analizi ile Karşılaştırılması ... 139 Tablo 4.4. MPYDT, MPYKT, MPYT, MDYT Başarısındaki Farkın Kaynağına İlişkin Thamhane Testi Sonuçları ... 140 Tablo 4.5. Tarama Grubuna Uygulanan MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerinin Puan Ortalamalarının Bilişsel Gelişim Düzeyine Göre t-Testi ile Karşılaştırılması ... 144 Tablo 4.6. Tarama Grubuna Uygulanan MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT Testlerinin Puan Ortalamalarının Cinsiyete Göre t-Testi ile Karşılaştırılması ... 147 Tablo 4.7. Tarama Grubuna Uygulanan MDYT ile MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarıları Arasındaki Korelasyon ... 150 Tablo 4.8. MPYDT 3, 6 ve 13. Sorular ile MPYKT 3 ve 5. Sorulara Verilen Cevaplar Arasındaki Korelasyon ... 151 Tablo 4.9. Modellemeye Dayalı Etkinliklerin 4. Sınıf Öğrencilerinin MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına Etkisinin İlişkili Örneklemler t-Testi ile Karşılaştırılması ... 152 Tablo 4.10. Modellemeye Dayalı Etkinliklerin 5. Sınıf Öğrencilerinin MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına Etkisinin İlişkili Örneklemler t-Testi ile Karşılaştırılması ... 154 Tablo 4.11. Modellemeye Dayalı Etkinliklerin 6. Sınıf Öğrencilerinin MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına Etkisinin İlişkili Örneklemler t-Testi ile Karşılaştırılması ... 156
xii
Tablo 4.12. Modellemeye Dayalı Etkinliklerin 7. Sınıf Öğrencilerinin MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına Etkisinin İlişkili Örneklemler t-Testi ile Karşılaştırılması ... 158 Tablo 4.13. Modellemeye Dayalı Etkinliklerin 8. Sınıf Öğrencilerinin MPYDT, MPYKT ve MPYT Başarılarına Etkisinin İlişkili Örneklemler t-Testi ile Karşılaştırılması ... 160 Tablo 4.14. Araştırma Sonucu Elde Edilen Kavram Yanılgıları ... 211 Tablo 5.1. Modele Dayalı Etkinliklerin MPYDT, MPYKT ve MPYDT Başarı Artışına Etkisi ... 225
xiii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 2.1. Tarihsel gelişim sürecinde atom modelleri ... 25
Şekil 4.1. Kademelerin ortalamalarının grafiksel karşılaştırılması ... 138
Şekil 4.2. Sınıfların ortalamalarının grafiksel karşılaştırılması ... 143
Şekil 4.3. Bilişsel düzeylerin ortalamalarının grafiksel karşılaştırılması ... 146
Şekil 4.4. Kız ve erkek öğrencilerin ortalamalarının grafiksel karşılaştırılması ... 149
Şekil 4.5. Modellemeye dayalı etkinliklerin 4. sınıf öğrencilerinin başarılarına etkisi 153 Şekil 4.6. Modellemeye dayalı etkinliklerin 5. sınıf öğrencilerinin başarılarına etkisi 155 Şekil 4.7. Modellemeye dayalı etkinliklerin 6. sınıf öğrencilerinin başarılarına etkisi 157 Şekil 4.8. Modellemeye dayalı etkinliklerin 7. sınıf öğrencilerinin başarılarına etkisi 159 Şekil 4.9. Modellemeye dayalı etkinliklerin 8. sınıf öğrencilerinin başarılarına etkisi. 161 Şekil 4.10. Modellemeye dayalı etkinliklerin MPYDT başarısına etkisi ... 162
Şekil 4.11. Modellemeye dayalı etkinliklerin MPYKT başarısına etkisi ... 163
xiv
KISALTMALAR LİSTESİ MPYDT: Maddenin Parçacıklı Yapısını Değerlendirme Testi MPYKT: Maddenin Parçacıklı Yapısı Kavram Testi
MPYT: Maddenin Parçacıklı Yapısı Testi MDYT: Mantıklı Düşünme Yeteneği Testi
SPSS: Sosyal Bilimler İçin İstatistik Programı (Statistical Package for Social Sciences) ANOVA: İlişkisiz Örneklemler için Tek Faktörlü Varyans Analizi
%: Yüzde X:Aritmetik Ortalama N: Katılımcı Sayısı p: Anlamlılık Düzeyi s: Standart Sapma sd: Serbestlik Derecesi r: Korelasyon Katsayısı
BÖLÜM I
GİRİŞ
Bu bölümde ilgili literatür özetlenerek, çalışma konusu olarak ele alınan problemin ne olduğu, araştırmanın amacı, araştırmanın önemi, araştırmanın sınırlılıkları, varsayımlar ve tanımlar yer almaktadır.
1.1. Problem Durumu
İnsanların ihtiyaçlarının her geçen gün biraz daha artmasının sonucunda bilim ve teknoloji hızla ilerlemektedir. Bilim ve teknolojideki gelişmeler fen bilimlerine verilen önemi arttırmaktadır. Okullarda fen eğitimiyle, düşünen, araştıran ve problem çözebilen bireyler yetiştirmek hedeflenmektedir. Bu şekilde öğrenciler yeni bilgiler üreterek yeni buluşlar yapacaklardır. Bu da, fen eğitimine önem veren ülkelerin gelişmişlik açısından daha ileriye gitmesini sağlayacaktır.
İlköğretim çağındaki öğrencilerin en önemli özelliklerinden biri, çevresinde olup bitenleri merak etmeleri ve sürekli yeni bilgiler öğrenmek istemeleridir. Onların bu meraklarını giderecekleri derslerden biri de Fen ve Teknoloji dersleridir. Fen eğitiminin amaçlarından biri; çocukların doğaya ilişkin sorularını en etkili biçimde cevaplandırmaktır. İkinci amaç ise çocukların devamlı olarak değişen çevreye uyumlarını sağlamaktır. Bu bakımdan, bilim ve teknoloji hem bireysel refah hem de toplum refahı için çok önemlidir. Fen öğretiminin etkili olabilmesi için öğrenme en az kavramsal düzeyde olmalıdır. Kavramlar, eşyayı, olayları, insanları ve düşünceleri benzerliklerine göre gruplandırdığımızda gruplara verdiğimiz adlardır (Turgut, Johnson, Çepni ve Ayas 1997). Diğer bilgiler kavramlarla anlamlı bir biçimde ilişkilendirildiği takdirde öğrenme gerçekleşir.
İnsanlar varoluştan itibaren ihtiyaçlarını doğadan karşılamaktadırlar. Doğa, maddelerden meydana geldiğine göre, insanlar maddelerle sürekli iç içe yaşamaktadırlar. İnsanlığın, bundan sonraki yaşamında ihtiyaç duyacağı yeni düşünce ve maddeleri üretebilmesi için madde ile ilgili mevcut bilgileri çok iyi bilmesi gerekir. Mevcut bilgileri kavrayabilmek için de bugün madde ile ilgili var olan, maddelerin özelliklerini ve ilişkilerini açıklamak için kullanılan; isim, kavram ve işlemlerin bilinmesinin yanında maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili kavramların da bilinmesi gerekir.
İnsanlar işlerini yaparken, yeni bir şeyi öğrenirken, herhangi bir konuda yorum yaparken daima kendisinde oluşmuş fikirleri kullandığı için ve gözü ile maddenin bütünsel yapısını gördüğü için, kimyasal ve fiziksel olayları bu bütünsel yapı ile ilişkilendirme ve açıklama eğilimindedir. Ancak maddenin parçacıklı yapıda olduğu gerçeği de, beş duyumuzla algıladığımız gerçekler kadar gerçektir (Atasoy, 2000).
Kimyasal değişimlerin temeli, parçacıklı yapı olduğundan, öncelikle bu yapının iyi kavranmış olması gerekir. Kimyasal kavramların, kavramlar arası ilişkilerin ve olayların temeli parçacıklı yapıdır. Maddenin parçacıklı yapısını bilimsel doğrularla uyumlu olarak kavrayamayan öğrenciler, alternatif olarak bir model geliştirirler. Bundan sonraki tüm açıklamalarını kendi modellerine göre yapacaklarından, kimyayı öğrenmeleri ve kimyasal olayları kavramaları imkansız hale gelir.
Öğrenciler okul sıralarına günlük yaşantıdaki deneyimlerinden öğrendikleri bazı kavramlarla gelmektedirler. Öğrencilerin günlük yaşantılarındaki çayın içindeki şekerin çözünmesi, çaydanlıktaki suyun kaynaması, kışın yolların buzlanması, yünlü giysileri korumak için kullanılan naftalinin buharlaşması ve sayamayacağımız pek çok olayları gözlemleyerek edindikleri kavramlar, bilimsel olarak okulda Fen ve Teknoloji derslerinde tekrar karşılarına çıkmaktadır. Eğer öğrenciler bu kavramları doğru olarak anlamlandırdıysalar, öğretim sırasında da zorluk yaşamadan öğrenme gerçekleşebilir. Ancak bu kavramlar tam olarak anlaşılmadıysa ya da yanlış anlaşıldıysa, onların bilimsel açılımlarını da anlamamalarından dolayı kavram yanılgıları oluşabilir.
Kavram yanılgıları, günlük yaşantıda edinilen bilgilerin tam anlaşılamamasından dolayı oluşmasının yanında öğretim sırasında da oluşabilir. Ayrıca fen bilimlerindeki
kavramlar genellikle duyu organlarıyla algılanamadıklarından, öğrenciler bu kavramları tam olarak anlayamamakta ve kavram yanılgıları açığa çıkmaktadır. Örneğin atom konusu anlatılırken, öğretmenin atomların mikroplar gibi çok küçük olduğunu söylemesi, öğrencilerin atomları mikroplara benzetmelerine ve atomlar canlı olmadıkları halde onları canlı olarak düşünmelerine neden olabilir. Benzer olarak öğretmenin elektrik akımının bir yerden başka bir yere akmasını anlatırken, akma ifadesini kullanması, öğrencilerin bu kavramı maddeselleştirmelerine neden olabilir. Akma özelliği maddesel bir özelliktir, ancak elektrik akımı madde değildir. Bu ve bunun gibi kavram yanılgıları öğrencilerin hem bu kavramları öğrenmelerini hem de bu kavramlarla ilişkisi bulunan başka kavramları öğrenmelerini engellemekte ve geciktirmektedir.
Öğrencilerin çoğu, kimyayı öğrenmek için mücadele eder fakat çoğunlukla başarısız olurlar (Nakhleh, 1992). Bu başarısızlığın sonucu olarak öğrencilerde kavram yanılgıları ortaya çıkar. Kimyanın temeli olan maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili, ilköğretimden üniversiteye kadar öğrencilerin önemli bir oranı kavram yanılgılarına sahiptir. Genel olarak kavram yanılgıları aile, kültür, inanç, çevre, kitap, öğretmen, kullanılan öğretim yöntemi gibi faktörlerden kaynaklanmaktadır (Griffits & Preston, 1992; Haidar & Abraham, 1991; Nakhleh, 1992; Novick & Nussbaum, 1978, 1981; Stavy, 1988).
Kavram yanılgılarının bu derece önemli olması, araştırmacıların da dikkatini çekmiş ve farklı alanlarda çeşitli çalışmalar, araştırmalar yapılmıştır. Yapılan bu araştırmalar sonucunda, öğrencilerin pek çok kavram yanılgılarına sahip oldukları görülmüştür. 1980’li yılların başında öğrencilerin fen kavramlarını öğrenmeleri üzerine yapılan araştırma sayısında artış olmuştur. 1980 ve 1990’lı yıllarda araştırmacılar kimyayı içeren temel kavramlar ve olaylarla ilgili çocukların, bazen de yetişkinlerin düşüncelerini araştırmışlardır. Bu araştırmalarda bulunan kavram yanılgıları genel olarak kavram yanılgıları, saf fikirler, alternatif teoriler ve çocukların feni olarak adlandırılmıştır. Bu araştırmalar, öğrencilerin fen kavramlarını bilim insanlarının inandıklarından çok farklı bir şekilde kavradıklarını göstermiştir.
Bu kavram yanılgılarının öğretimden sonra bile değişmediği, ama etkili bir öğretimle, öğrencilerin günlük hayatta doğal olayları açıklamak için kullandıkları
bilimsel olmayan kavramlarının, bilimsel olanlarla değiştirilebildiği belirtilmiştir. Yapılan araştırmalar sonucunda öğrencilerin atomla ilgili bilimsel düşüncelere neden inanmadıklarının ya da inandıklarının, parçacıklı yapı ile ilgili kavramları nasıl oluşturduklarının bilinmesinin gerekliliği vurgulanmıştır (Meyer, 2005).
Bu araştırmaların yapıldığı alanlardan biri de kimya biliminin önemli bir bölümünü oluşturan madde ve parçacıklı yapısıdır. Örneğin bazı öğrenciler gazların ağırlığının olmadığını, aynı miktardaki maddenin gaz halinin katı ve sıvı haline göre daha hafif olduğunu düşünmektedirler (Stavy, 1990). Bu da öğrencilerin katı ve sıvı maddeleri gözlemleyebildikleri halde gaz maddeleri gözlemleyemediklerinden kaynaklanmaktadır. Diğer bir deyişle, öğrenciler gördükleri şeylere inanma ve onları öğrenme eğilimindedirler.
Başka bir araştırmanın bulgularına göre öğrenciler, maddeleri oluşturan taneciklerin büyüklüklerinin, maddenin haline bağlı olduğunu düşünmektedirler. Öğrencilerin bazıları katı halde bulunan suyu oluşturan moleküllerin en büyük olduğunu, bazıları ise en küçük olduğunu düşünmektedir. Yani öğrenciler “su molekülünün büyüklüğü kendi sıcaklığına bağlıdır” yanlış kavramına sahiptir. Yine aynı araştırmada öğrencilerin atomların mikroskop altında görülebileceği şeklinde bir kavram yanılgısına sahip oldukları belirlenmiştir (Griffiths & Preston, 1992).
Haidar (1988)’ın doktora tez çalışmasının sonuçlarına göre, lise öğrencilerinin pratikte ve teoride maddenin parçacıklı yapısına ilişkin kavramları kullanma düzeyleri arasında önemli bir fark bulunmuştur. Öğrencilerin büyük bir çoğunluğu çözünme kavramını, karışım süreci olarak düşünmekte, günlük hayattaki karışımla ilgili makroskopik düşüncelerini çözünme olayında da kullanmaktadırlar. Şekerin suda çözünmesi olayında, su ve şeker molekülleri arasındaki tanecik boyutundaki etkileşim kavramının, öğrencilerin çoğunda oluşmadığı da araştırmanın sonuçları arasındadır. Öğrencilerin çoğunun maddelerin görülebilen özelliklerini, maddenin parçacıklı yapısını açıklarken kullandıkları belirlenmiştir.
Başka bir araştırmada ise bulunan kavram yanılgıları, kaynayan suyun üzerinde oluşan kabarcıklar oksijen veya hidrojendir; maddenin gaz halini oluşturan su molekülleri, katı halini oluşturan su moleküllerinden daha hafiftir; ıslak bir tabağın
kuruması suyun tabağa girmesi ile açıklanabilir; amonyak buharlaştığında hidrojen ve azot atomlarına ayrılır; kaynayan bir çaydanlığın kapağındaki su damlalarını oksijen ve hidrojen birleşerek oluşturur; bir su molekülünün hali, onun şekline bağlıdır, şeklinde sıralanabilir (Yezierski, 2003). Bulunan kavram yanılgılarına bakıldığında öğrencilerin maddenin fiziksel ve kimyasal değişimini, tanecik boyutunda anlayamadıkları, maddenin farklı hallerini oluşturan taneciklerin özelliklerini, maddenin görülebilen özellikleri ile açıkladıkları görülmektedir.
Maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili 9. sınıf öğrencilerinde bulunan kavram yanılgılarını açığa çıkarmak amacıyla, başka bir araştırma da Tezcan ve Salmaz (2005) tarafından yapılmıştır. Araştırmada atomun yapısı konusu ele alınmış ve araştırma sırasında öğrencilerde konuyla ilgili ilginç kavram yanılgıları bulunmuştur. Örneğin taneciklerin bileşimi ile ilgili görülen bir kavram yanılgısı, öğrencilerin bir kısmının her maddenin atomlardan oluştuğunu değil de, bazı maddelerin atomlardan oluştuğunu ifade etmeleridir.
Bazı öğrenciler ise, taneciklerin bileşimiyle ilgili, maddelerin moleküllerin bileşimi olduğunu değil de, moleküllerin maddenin içinde bulunduğu yanılgısını taşımaktadırlar. Öğrenciler hava moleküllerinin arasında hava, su moleküllerinin arasında ise su olduğunu düşünmektedirler (Lee, Eichinger, Anderson, Berkheimer & Blakeslee, 1993).
Taneciklerin mikroskop altında görülebileceği yanlış kavramı birçok araştırmacı tarafından ele alınmış ve öğrencilerin büyük kısmının taneciklerin mikroskop altında görülebileceği yanlış kavramına sahip oldukları görülmüştür (Griffiths & Preston, 1992; Lee et al., 1993; Tezcan ve Salmaz, 2005). Öğrencilerin bazıları atom ve molekülleri mikroplara benzetmekte ve bir şekilde mikroskop altında görülebileceklerini düşünmektedirler.
Benzer olarak, Pideci (2002)’nin 8. sınıf öğrencileriyle yaptığı araştırmada ise, öğrencilerin anketlerde ve mülakatlarda sorulan sorulara verdikleri yanıtlar incelenmiş ve öğrencilerin atomların canlı olduklarını düşündükleri görülmüştür.
Öğrencilerin kimyayı tam olarak anlayabilmeleri için maddenin parçacıklı yapısı ve kinetik moleküler teoriyi anlamaları zorunludur. Maddenin parçacıklı yapısının kavranması, okuldaki kimya derslerinin içeriğinde bulunan atomik yapı, kimyasal değişim, kimyasal bağlar ve bunlar gibi pek çok konunun anlaşılmasını elbette kolaylaştıracaktır. Fakat maddenin parçacıklı yapısının kavranması, sadece kimya dersinin tümünün kavranması ile sınırlı değildir. Öğrencilerin dünyayı oluşturan biyolojik sistemleri, fiziksel sistemleri anlayabilmek için evrendeki her şeyin taneciklerden oluştuğunu düşünmeleri zorunludur. Tanecikler arasındaki etkileşimin varlığı, yukarıda sayılan sistemler arasındaki bütün olayların anlaşılmasında çok önemlidir (Meyer, 2005).
Okullarda genellikle öğretmen merkezli olarak verilen geleneksel bir öğretimle, maddenin parçacıklı yapısına ilişkin kavram yanılgılarının değiştirilmesi mümkün olmamaktadır. Çünkü, yapıları gereği çocukların yaşadıkları çevreyi, çevredeki maddeleri, olayları anlayıp yorumlama ve bu karmaşık çevrede bir düzenlilik arama eğilimleri vardır. Onlar, kendileri aktif olduğu sürece, yaparak ve yaşayarak daha iyi öğrenebilmektedir. Bu nedenle fen eğitimi programları çocukların bu ihtiyacını karşılayacak şekilde planlanmalıdır.
Görülüyor ki, fen eğitiminin okullarda verilişi esnasında oluşabilecek kavram yanılgıları, uygun yöntemlerle giderilmediği sürece etkili bir öğretimden söz edilememektedir. Bu nedenle; fen eğitimcileri, Fen ve Teknoloji eğitimini daha kalıcı ve verimli hale getirerek, kavram yanılgılarını önlemek için yeni metot, yöntem ve etkinlikler geliştirip bunlardan en etkili olanlarını kullanmak zorundadırlar. Bu da fen eğitiminde yöntem ve etkinliklerin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.
Fen ve Teknoloji dersinde kimyanın temelini oluşturan maddenin parçacıklı yapısı, duyu organları ile algılanamayan kavramları içerdiğinden, öğrencilerde oluşan kavram yanılgılarının giderilmesinde kullanılacak yöntemlerden biri de modellemeye dayalı etkinliklerden oluşan bir öğretimdir. Modele dayalı öğrenme, bir sistem ya da olaya ilişkin zihinsel modellerin oluşturulma süreci olarak tanımlanabilir. Okullarda yapılmaya çalışılan ise, öğrencilerin öğrenme öncesi sahip oldukları ön bilgileri ya da zihinsel modellerini, bilim adamlarının ortaya koymuş olduğu bilimsel modeller doğrultusunda değiştirmelerine ya da geliştirmelerine yardımcı olmaktır. Bu nedenle,
modelleme gelişmiş bir düşünme süreci olarak ele alınabilir (Harrison & Treagust; 1998).
Bu kapsamda araştırmada kullanılan modellemeye dayalı etkinliklerin, öğrencilerin maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili kavram yanılgılarının giderilmesinde etkili olacağı düşünülmektedir. Buna bağlı olarak ta bu araştırma ile modellemeye dayalı etkinliklerin, öğrencilerin olaylar karşısında bir bilim insanı gibi düşünüp karar verebilmelerine, sorgulayabilmelerine, bilimsel olanı olmayandan ayırt edebilmelerine ve kavramsal anlamalarına olan etkisinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Elde edilen sonuçların da, fen eğitimi alanına önemli bir katkı sağlaması beklenmektedir.
Bu çalışmada, ilköğretim dört, beş, altı, yedi ve sekizinci sınıf öğrencileri ile ortaöğretim dokuz, on, onbir ve onikinci sınıf öğrencilerinin atom ve molekül kavramları hakkında, kavram yanılgılarına sahip olup olmadıkları belirlenmiştir. Belirlenen kavram yanılgılarının, öğrencilerdeki yaygınlık derecesi araştırılmış aynı zamanda öğrencilerin sahip oldukları kavram yanılgılarını, en az düzeye indirebilmek için kullanılan modele dayalı etkinliklerin, etkisi incelenmiştir.
Araştırmanın problemini ilköğretim dört, beş, altı, yedi ve sekizinci sınıf öğrencileri ile ortaöğretim dokuz, on, onbir ve onikinci sınıf öğrencilerinin, atom ve molekülle ilgili kavram yanılgıları ve bunların iyileştirilmesinde modellemeye dayalı etkinliklerin, etkisinin araştırılması oluşturmaktadır.
Bu çalışma, öğrencilerin maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili kavram yanılgılarını azaltması yönünde, öğrencilere ve öğretmenlere ışık tutacaktır. Ayrıca bu çalışma öğretmenlere ve ders kitaplarının yazarlarına da rehber olacak ve bu konu anlatılırken ya da yazılırken, bu kavram yanılgılarının neler olduğunu öğretmen ve yazarlar bilecekleri için daha etkili olacaklardır. Düz anlatım yönteminin dışında, diğer yöntemlerin ve yaklaşımların da kullanılabileceğini ya da modele dayalı etkinlikler kullanılıyor olsa bile kavram yanılgılarının azaltılması amacı ile daha etkin ve bilinçli bir şekilde kullanılmasının gerekliliğini göreceklerdir. Ayrıca bu yöntem ve yaklaşımlara göre de derslerini işleyebileceklerdir. Maddenin parçacıklı yapısı kimyanın temelidir ve ilköğretimde temeli sağlam olan bir öğrencinin lisede ve hayatta başarılı olmaması için bir sebep yoktur.
1.2. Araştırmanın Amacı
Bu çalışmanın iki temel amacı vardır:
1. İlköğretim öğrencilerinin maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili başarı düzeylerini
belirlemek
2. Bu konudaki öğrenme zorluklarını (kavram yanılgılarını) iyileştirmek için modele
dayalı etkinliklerin etkisini araştırmaktır.
Bu amaçlar çerçevesinde araştırmanın problem cümlesi ve alt problemleri şunlardır:
Problem cümlesi:
Araştırmanın problem cümlesi şu şekildedir:
İlköğretim dört, beş, altı, yedi ve sekizinci sınıf öğrencileri ile ortaöğretim dokuz, on, onbir ve onikinci sınıf öğrencilerinin, maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili kavram yanılgıları var mıdır? Kavram yanılgılarının iyileştirilmesinde, modellemeye dayalı etkinliklerin etkisi var mıdır?
Alt Problemler:
1. Öğrencilerin bulundukları öğretim seviyesine bağlı olarak MPYDT, MPYKT, MPYT
ve MDYT başarıları değişmekte midir?
2. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı öğrencilerin
bulundukları öğretim kademesine göre farklılık göstermekte midir?
3. Öğrencilerin bulundukları sınıfa bağlı olarak MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT
başarıları değişmekte midir?
4. Öğrencilerin bulundukları bilişsel gelişim dönemlerine bağlı olarak MPYDT,
5. Cinsiyete bağlı olarak MPYDT, MPYKT, MPYT ve MDYT başarıları değişmekte
midir?
6. Öğrencilerin MDYT başarıları ile MPYDT, MPYKT, MPYT başarıları arasında
anlamlı bir ilişki var mıdır?
7. İlköğretim 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıf öğrencilerindeki maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili
kavram yanılgılarının giderilmesinde, araştırmada kullanılan modellemeye dayalı etkinliklerin anlamlı bir etkisi var mıdır?
Bu alt problemlerle ilgili olarak aşağıda verilen null hipotezleri kurulmuştur:
1. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı, öğrencilerin
bulundukları öğretim seviyesine göre anlamlı bir farklılık göstermemektedir.
2. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı, öğrencilerin
bulundukları öğretim kademesine göre anlamlı bir farklılık göstermemektedir.
3. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı, öğrencilerin
bulundukları sınıfa göre anlamlı bir farklılık göstermemektedir.
4. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı, öğrencilerin
bulundukları bilişsel gelişim dönemlerine göre, anlamlı bir farklılık göstermemektedir.
5. MPYDT, MPYKT, MPYT testi başarıları ile MDYT başarısı cinsiyete göre anlamlı
bir farklılık göstermemektedir.
6. Öğrencilerin MDYT başarıları ile MPYDT, MPYKT, MPYT başarıları arasında
anlamlı bir ilişki bulunmamaktadır.
7. İlköğretim 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıf öğrencilerindeki maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili
kavram yanılgılarının giderilmesinde, araştırmada kullanılan modellemeye dayalı etkinliklerin anlamlı bir etkisi yoktur.
1.3. Araştırmanın Önemi
Kavram yanılgılarının aşılması, Fen ve Teknoloji öğretiminin sağlıklı olarak yapılabilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Kimya biliminde maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili kavram yanılgılarının varlığı literatürde yer alan çok sayıda araştırmadan görülmektedir (Griffths & Preston, 1992; Haidar, 1988; Lee et al., 1993; Novick & Nussbaum, 1978; Pideci, 2002; Stavy, 1990; Tezcan ve Salmaz, 2005; Yezierski, 2003).
Öğrencilerdeki kavram yanılgılarının çoğu, maddenin bugünkü anladığımız ve kabul ettiğimiz bilimsel anlamıyla algılanmamasından kaynaklanmaktadır. Genellikle ders kitaplarında maddenin tanımı “çevremizde gördüğümüz her şey maddedir” şeklinde basit bir ifadeyle yapılmakta, maddenin parçacıklı, hareketli ve boşluklu yapısı ise tarife dayalı bir bilgi olarak verilmektedir. Dolayısıyla maddeyi günlük hayatta gördükleri bütünsel şekliyle algılayan öğrenciler, maddenin parçacıklı, hareketli ve boşluklu yapısını anlamada zorluk çekmekte, öğrendiklerini zihinlerinde anlamlandıramamaktadırlar. Bunun sonucunda da anlamlandıramadıkları bilgiyi ezberleme yoluna gitmektedirler.
Kimyanın temel konularından birini teşkil eden madde ve maddenin parçacıklı yapısının iyi kavranılmış olması, birçok kimyasal reaksiyonun ve ilerleyen öğretim sürecinde öğrenilecek olan diğer konuların da daha iyi anlaşılmasını sağlar. Aksi durumda kavram yanılgılarının önüne geçilemez, bunun sonucu olarak ta doğru ve anlamlı öğrenme olayı gerçekleşmemiş olur.
Bu araştırmada ilköğretim 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıf ile ortaöğretim 9, 10, 11 ve 12. sınıf öğrencilerinin, maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili kavram yanılgılarının olup olmadığı belirlenmiş, öğrencilerin kavram yanılgıları ile mantıksal düşünme yetenekleri arasında, doğrusal bir ilişki olup olmadığı da tespit edilmiştir. Ayrıca, öğrencilerin maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili kavram yanılgılarının giderilmesinde, modellemeye dayalı etkinliklerin anlamlı bir etkisinin olup olmadığı araştırılmıştır.
Bu araştırma ile ilköğretim ve ortaöğretim öğrencilerinin atom ve molekül hakkındaki kavram yanılgılarının belirlenmesi ve onları iyileştirmek için modellemeye
dayalı etkinlikler önerilmesi başta öğretmenler olmak üzere, eğitimle uğraşan diğer kişilere araştırma sonuçlarından faydalanma imkanı tanıyacaktır.
1.4. Araştırmanın Sınırlılıkları
1. Araştırma, Denizli il merkezine bağlı bazı ilköğretim okullarının dördüncü, beşinci,
altıncı, yedinci ve sekizinci sınıfları ile ortaöğretim okullarının dokuzuncu, onuncu, onbirinci ve onikinci sınıflarına uygulanmıştır.
2. Örneklem, Denizli il merkezine bağlı ilköğretim ve ortaöğretim okullarıyla
sınırlıdır.
3. Araştırmaya katılan öğrencilerin yaşları 10-18 arasındadır.
4. Araştırmada kullanılan MPYDT, MPYKT ve MDYT testleri 278’i ilköğretim,
207’si ortaöğretim olmak üzere toplam 485 öğrenciye uygulanmıştır.
5. Araştırmada kullanılan modele dayalı etkinlikler, bir ilköğretim okulunun dört, beş,
altı, yedi ve sekizinci sınıflarından birer şubeye olmak üzere, toplam 166 öğrenciye uygulanmıştır.
1.5.Varsayımlar
Araştırma aşağıda belirtilen varsayımlar doğrultusunda geçerlidir.
1. Araştırmaya katılan öğrenciler ölçüm araçlarındaki sorulara isteyerek ve gönülden
cevap verdiler.
2. Etkinlik uygulanan dördüncü, beşinci, altıncı, yedinci ve sekizinci sınıflar arasında
uygulama süresince iletişim olmamıştır. Araştırmacı tüm sınıflarda modellemeye dayalı etkinlikleri, en iyi şekilde uygulamaya çalışmıştır. Etkinlikler uygulanırken, soruların cevapları öğrencilere verilmemiş, düşünerek, olayları yorumlayarak, cevapları kendilerinin bulmaları istenmiştir.
3. Araştırma için seçilen örneklem, evreni temsil edecek nitelikte belirlenmiştir.
4. Veri toplama araçları ve yöntemi, araştırmanın amacına uygundur.
1.6. Tanımlar
Maddenin parçacıklı yapısıyla ilgili bazı kavramlardan çalışma içerisinde sıkça bahsedilmektedir. Bu nedenle kullanılan kavramların neler olduğu ve nasıl ifade edildiği bu bölümde tanımlanarak gösterilmiştir.
Kavram yanılgısı: Uzmanlar tarafından kabul edilen kavramlardan farklı olan
öğrenci fikirleridir (Schmith, H.J., 1997).
Maddenin parçacıklı yapısı: Maddenin atom, molekül veya iyonlardan
oluşması.
Mikroskopik özellik: Maddenin yapı taşlarını oluşturan atom, molekül, iyon
gibi gözle görülemeyen kavramlarla ilgili yapısıdır.
Maddenin mikroskopik yapıda olduğu düşüncesi: Maddenin gözle
görülemeyen atom, molekül gibi taneciklerden oluştuğu düşüncesi.
Makroskopik özellik: Maddenin dış görünüşüyle ilgili, yani gözle görülebilen
özellikleridir.
Maddenin makroskopik yapıda olduğu düşüncesi: Maddenin sadece gözle
görülebilen parçalardan oluştuğu düşüncesi (kavram yanılgısı).
Maddenin sürekli olduğu düşüncesi: Maddenin atomlardan ya da
moleküllerden oluştuğu değil de bütün bir parça olduğu düşüncesi.
Model: Çok küçük veya çok büyük olduğu için direkt algılanamayan bir şeyi
öğrenciler için görsel ve algılanabilir hale getirmek için yapılan ve öğretimde kullanılan yardımcı materyallerdir (Turgut vd., 1997).
Etkinlik: Planlı ve düzenli olarak yapılan ve kişilerin aktif olmasını gerektiren
faaliyetlerdir.
Hipotez: Doğruluğu veya yanlışlığı ancak yapılan gözlemlerden sonra
ispatlanabilen önermelerdir.
Problem: Fen ve Teknoloji dersindeki bağıntıların uygulandığı, sayısal
sorunların yanısıra şüphe ve belirsizlik uyandıran her şey bir problemdir (Turgut vd., 1997).
Yeterlik: Bir işi yapma imkan ve gücünü sağlayan özel bilgi, beceri, nitelik ve
BÖLÜM II
KAVRAMSAL ÇERÇEVE
Bu bölümde öncelikle fen öğrenimi ve öğretimi ile tarihsel gelişim sürecinde atom modelleri ele alınmıştır. Ardından fen eğitiminde kavram öğretimi ve kavram yanılgıları üzerinde durularak, maddenin parçacıklı yapısı ile ilgili literatürde yer alan kavram yanılgıları açıklanmıştır. Daha sonra ise, maddenin parçacıklı yapısının öğretiminde karşılaşılan kavram yanılgılarının giderilmesinde, modele dayalı etkinliklerin etkisi açıklanmıştır.
2.1. Fen Öğrenimi ve Öğretimi
Bilim ve teknolojide meydana gelen gelişmeler karşısında, ülkeler yaşam koşullarına uyum sağlayabilmek için bir yarış içine girmektedir. Ülkelerin gelişmesinin ve ilerlemesinin temelinde, bilimi ve bilimin etkinlikleri sonucu ortaya çıkan teknolojiyi takip etmek yatmaktadır. Bunun için tüm eğitim düzeylerinde yeni amaçlar, programlar ve öğretim yöntemleri geliştirilmektedir. Nüfusun hızla artması ve değişmesi, gereksinimlerin artmasına ve bir takım sıkıntıların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu sıkıntıların üstesinden gelemeyen toplumlar, devamlı gelişme kaydeden ülkelerin gerisinde kalmaktadırlar.
Fen ve Teknolojinin günlük hayatımızdaki etkisi büyüktür ve bu etki her geçen gün biraz daha artmaktadır. Ancak, toplumumuzun büyük bir çoğunluğu bilim ve teknolojide istenilen seviyeye ulaşamamıştır. Bu çoğunluk yaşam biçimlerini etkileyen olaylara karşı duyarsız kalmaktadır. Okullarda verilen fen eğitiminin yetersiz olması, bilim ve teknolojinin egemen olduğu dünyada, yaşam için gerekli bilgi ve becerileri kazanamayan bireylerin yetişmesine neden olmaktadır.
Bilim ve teknolojideki yeni bilgilerin ortaya çıkışındaki hız, bilginin üretilmesinin, bilginin kullanılmasının ve bilgiyi üretenlerin yetiştirilmesinin ne derece önemli olduğunun göstergesidir. Yani, bilim ve teknoloji kavramlarının eğitimle iç içe olduğu anlaşılmaktadır. Bunun için bilim ve teknolojinin hızla ilerlediği dünyamızda, fen eğitimine verilen önem her geçen gün biraz daha artmaktadır. Fen eğitimi, yeni nesilleri araştırmacı bir ruhla yetiştirmeyi amaçlar (Turgut vd., 1997). Bu şekilde teknolojinin geliştirilmesinde rol alan bireyler yetişecektir.
Fen bilimleri insanın, canlı olarak kendisini ve doğal çevresini keşfetmeye yönelik çabaları sonucu ortaya çıkmıştır. İlköğretimde Fen ve Teknoloji eğitimiyle, öğrencilerin içinde yaşadıkları yakın ve uzak çevreyi yaşam, fizik ve yer bilimleri açısından tanımaları amaçlanır. Öğrenciler bilimsel yöntemi kullanarak soru sormayı, araştırma yapmayı, gözlem yapmayı, incelemeyi, hipotez kurmayı, deney yapmayı, veriler toplayıp bunları analiz etmeyi ve sonuçlarla genellemelere varmayı öğrenirler. Bugünkü fen eğitiminin amaçlarından biri, çocukların her zaman sordukları doğaya ilişkin sorularını en etkili biçimde cevaplandırmaktır. İkinci amaç, çocukların devamlı olarak değişen çevreye uyumlarını sağlamaktır. Bu bakımdan, bilim ve teknoloji, hem bireysel olarak bizim ve hem de toplumumuzun refahı için çok önemlidir.
Fen eğitiminin öneminin bilincinde olan ülkeler yoğun bir şekilde çalışarak, fen programında reform hareketlerine başlamışlardır. Ülkemizde uygulanan 2004 fen programı ile toplumdaki her bireyin Fen ve Teknoloji okuryazarı olarak yetiştirilmesi amaçlanmaktadır. Fen ve Teknoloji okuryazarı olan bir kişi, bilimin ve bilimsel bilginin doğasını anlar; temel fen kavram, ilke, yasa ve kuramlarını anlar ve bunları uygun şekillerde kullanır; problemleri çözerken ve karar verirken bilimsel süreç becerilerini kullanır; Fen ve Teknolojinin doğasını; fen, teknoloji, toplum ve çevre arasındaki etkileşimleri anlar; bilimsel ve teknik psikomotor beceriler geliştirir; bilimsel tutum ve değerlere sahip olduğunu gösterir. Fen ve Teknoloji okuryazarı bireyler, bilgiye ulaşmada ve kullanmada, problemleri çözmede, Fen ve Teknoloji ile ilgili sorunlar hakkında olası riskleri, yararları ve eldeki seçenekleri dikkate alarak karar vermede ve yeni bilgi üretmede daha etkin bir şekilde iş görür.
Tüm vatandaşların Fen ve Teknoloji okuryazarı olarak yetişmesini amaçlayan Fen ve Teknoloji programı’nın genel amaçları aşağıda sunulmuştur:
Öğrencilerin;
• Doğal dünyayı öğrenmeleri ve anlamaları, bunun düşünsel zenginliği ile heyecanını yaşamalarını sağlamak,
• Her sınıf düzeyinde bilimsel ve teknolojik gelişme ile olaylara merak duygusu geliştirmelerini teşvik etmek,
• Fen ve Teknolojinin doğasını; fen, teknoloji, toplum ve çevre arasındaki karşılıklı etkileşimleri anlamalarını sağlamak,
• Araştırma, okuma ve tartışma aracılığıyla yeni bilgileri yapılandırma becerilerini kazanmalarını sağlamak,
• Yaşamlarının sonraki dönemlerinde eğitim ile meslek seçimi gibi konularda, Fen ve Teknolojiye dayalı meslekler hakkında bilgi, deneyim, ilgi geliştirmelerini sağlayabilecek alt yapıyı oluşturmak,
• Öğrenmeyi öğrenmelerini ve bu sayede mesleklerin değişen mahiyetine ayak uydurabilecek kapasiteyi geliştirmelerini sağlamak,
• Karşılaşabileceği alışılmadık durumlarda, yeni bilgi elde etme ile problem çözmede Fen ve Teknolojiyi kullanmalarını sağlamak,
• Kişisel kararlar verirken uygun bilimsel süreç ve ilkeleri kullanmalarını sağlamak,
• Fen ve Teknolojiyle ilgili sosyal, ekonomik, etik, kişisel sağlık, çevre sorunlarını fark etmelerini, bunlarla ilgili sorumluluk taşımalarını ve bilinçli kararlar vermelerini sağlamak,
• Bilmeye ve anlamaya istekli olma, sorgulama, doğal çevrelere değer verme, mantığa değer verme, eylemlerin sonuçlarını düşünme gibi bilimsel değerlere sahip olmalarını, toplum ve çevreyle etkileşirken bu değerlere uygun bir şekilde hareket etmelerini sağlamak,
• Meslek yaşamlarında bilgi, anlayış ve becerilerini kullanarak ekonomik verimliliklerini arttırmalarını sağlamaktır (Milli Eğitim Bakanlığı [MEB], 2005b).
Toplumlarda kalkınmanın sağlanabilmesi için bireylerin en azından okuryazarlık düzeyinde fen eğitimi almış olması gerekmektedir. Fen okuryazarı olan bireyler temel fen kavramlarını anlar ve bunları uygun şekilde kullanır. Bu kavramların, tam ve doğru olarak öğrenilmesi daha ileri seviyedeki fen konularının anlaşılmasında kolaylık sağlar. Fen bilimlerinin ve kimyanın en temel kavramlarından birisi de atomdur. Atom kavramının, bilimsel görüşlere uygun ve etkin bir şekilde anlaşılmasının, diğer kimyasal kavramların öğrenilmesinde de temel oluşturduğu fen eğitimcileri tarafından kabul edilmektedir (Anderson, 1986). Dolayısıyla bu kavramla ilgili olarak öğrencilerde oluşturulan bilimsel doğrular, diğer kimya kavramlarının da bu öğrenciler tarafından daha kolay ve anlamlı bir biçimde algılanmasını sağlayacaktır.
2.2. Maddenin Parçacıklı Yapısı ile İlgili Tarihsel Gelişim Süreci ve Atom Modelleri
Maddenin temelde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski Yunanlılara kadar uzanır. Milattan önce beşinci yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürdüler. Onlar, bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse, en sonunda atom denen bölünemeyen taneciklerin meydana geleceğine inanıyorlardı. Atom sözcüğü Yunanca’da “bölünemez” anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir. Eski Yunan atom kuramları planlı deneylere dayanmıyordu. Bunun için yaklaşık 2000 yıllık bir zaman sürecinde, atom kuramı sadece tartışılmaktan öteye gidemedi (Mortimer, 1993: 21-22).
Bugün bilebildiğimiz kadarıyla, atomların davranış biçimleriyle ilgili her türlü ayrıntı atom modelleriyle kesin bir şekilde açıklanabilmektedir. Tarihsel gelişim sürecinde, atomla ilgili modeller sürekli gelişim göstermiştir. Atomla ilgili ilk olarak
1805’te Dalton Atom Modeli ileri sürülmüştür. Dalton Atom Modeli temel alınarak diğer modeller geliştirilmiş ve bugün bilim çevrelerince kabul edilen Modern Atom Modeli’ne ulaşılmıştır.
2.2.1. Dalton Atom Modeli
Dalton eski Yunanlı filozofların atom ile ilgili düşüncelerinde yer almayan atom ile element arasındaki bağı kurmuş ve elementlerin atomlardan oluştuğunu belirtmiştir. Ayrıca bir elementin bütün atomlarının birbiri ile aynı olduğunu öne sürmüştür. Dalton’a göre atomlar bir araya gelerek daha büyük parçacıklar olan molekülleri oluşturmaktadır. Eski Yunanlı filozofların düşüncelerinden etkilenerek atomların bölünemeyeceğini, yapılamayacağını ve ortadan kaldırılamayacağını belirtmiştir. Dalton, atom modelinin şeklini içi dolu küre olarak göstermiştir. John Dalton (1766-1844) “atomun varlığının kanıtları” olarak temel birleşme yasalarını göstermiştir. Bunlar kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasası adıyla bilinir. 19. yüzyıl, aslında atomla açılmıştır. John Dalton, 1803-1808 arasında atomun varlığının kanıtlarını açıklamış ve bilimsel anlamdaki ilk atom kuramını geliştirmiştir. Dalton, kimyasal tepkimelerdeki kütlenin korunumu, bileşiklerin oluşmasında sabit kütle oranının varlığı, katlı oran yasası gibi deneysel sonuçları başarıyla yorumlayarak, bu sonuçların (yasaların) ancak atomun varlığıyla kavranabileceğini göstermiştir (Mortimer, 1993).
Kimyanın gelişmesine Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)’in ağırlık ve hacim yasalarını açıklaması hız kazandırmıştır. O dönem, kimyasal maddelerin birçok fiziksel özelliğinin (yoğunluk vb.) ölçülebildiği ve pek çok kimyacı ve fizikçinin bu bağlamda katkı koyduğu bir dönemdir (Gay-Lussac, Davy, Faraday, Berzélius,...v.b.). Claude Louis Berthollet (1748-1822), 1803 yılında bir tepkimenin hangi yönde gerçekleşeceğini belirleyen kuralları ortaya koymuştur. Bu bağlamda denge kavramını tanımlamış, fakat alaşımlar üzerine yaptığı bir çalışmada kimyasal karışım ile kimyasal birleşme kavramlarını karıştırmıştır. O’na göre saf bir madde sabit bir bileşimde olamaz. Ancak iki sınır bileşim arasında değişim gösterir (Bu fikir Lavoisier’in tek bir bileşik, tek bir yapı kavramının tersidir). Joseph Louis Proust (1754 -1826), oksitler ve sülfürler üzerine çalışarak saf bir maddenin bileşiminin sabit olacağında ısrar etmiştir. John Dalton (1766-1844) ile 10 yıl süren tartışmalar sonunda kimyasal analiz ciddi biçimde başlamış, Lavoisier’in tartma tekniği sayesinde “saf bir bileşiğin tek bir kaba
formülü vardır” fikrinde birleşme sağlanmıştır. Tartma yöntemi, tek kimyasal analiz yöntemi olarak uzun yıllar varlığını korumuştur (Petrucci, Harwood & Herring, 2000).
Dalton katlı oranlar yasasını bilim dünyasına duyurarak Proust’un teorisine dayalı kendi atom teorisini ortaya atmıştır. NxOy gazlarını analiz eden Dalton, bataklık gazı metanı ve etileni bulmuş ve “her maddenin sonsuz küçük ama aynı olan parçacıklardan oluştuğunu” söylemiştir. Bu parçacıklar parçalanamaz, birbirinin eşdeğeridir ancak bir maddeden diğerine farklılık gösterir. Kimyasal tepkime bileşiklerdeki atomların durumunu açıklamada önemli bir süreç olmuştur. Bu bağlamda her atoma bir sembol verilerek, moleküller ve formüller aşağıdaki örneklerdeki gibi basit biçimde gösterilmeye başlanmıştır: Su: OH ; Amonyak: NH; Etilen: CH; Metan: CH2. Öte yandan iki atom arasında ikili ve üçlü birçok kombinasyon kurulabileceği
ortaya atılmıştır. Katlı oranlar ve sabit oranlar yasaları şekillenmeye başlamıştır. John Dalton, 1803’te katlı oranlar yasasını bulmuştur. “İki element birden fazla bileşik oluşturabilir. Oluşan bu farklı bileşiklerde elementlerden birinin kütlesi sabitleştirilirken, diğer elementin kütleleri arasında küçük ve tamsayılarla ifade edilen katlı bir oran vardır”. Bu yasa sabit oranlar yasasının atomik oran düşüncesine daha kesin bir destek vermektedir. İki element arasında iki ve daha çok bileşik oluşuyorsa, elementlerden birinin kütlesi sabit tutulduğunda onunla birleşen ikinci elementin kütleleri arasında basit tam sayılı bir oran vardır. Buradaki kütle terimleri atomları anlatmaktadır. “Basit, tam sayılar” atomların oranıdır.
İşte Dalton’ un vardığı sonuçlar:
1. Her element atom adı verilen çok küçük ve bölünemeyen taneciklerden
oluşmuştur. Atomlar kimyasal tepkimelerde oluşamaz ve bölünemez.
2. Bir elementin bütün atomlarının kütlesi (ağırlığı) ve diğer özellikleri aynıdır.
Fakat bir elementin atomları diğer bütün elementlerin atomlarından farklıdır.
3. Kimyasal bir bileşik iki ya da daha çok sayıda elementin basit sayısal bir
oranda birleşmesiyle oluşur. Örneğin bir atom A ve bir atom B, AB ya da bir atom A ile iki atom B yani AB2 (Petrucci et al., 2000: 36).
Dalton’un ortaya attığı atom kuramı modern kimyanın da temelini oluşturmaktadır. Antik çağlardan beri süregelen atom kuramı, atomun bölünemezliğini kabul ettiği için atomdan daha küçük bir parçacığın, atom altı parçacıkların olabileceğine ihtimal vermemiştir. Zaman içerisinde yapılan deneyler ve bilimsel araştırmalar atomun da alt parçacıkları olduğunu göstermiştir. Sırasıyla elektron, proton ve nötron keşfedilmiştir. Bu parçacıklar sayesinde atomun pozitif ve negatif elektrik yükü ve kütlesi üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Dalton’un ortaya koyduğu aynı elemente ait atomların “aynı” olduğu fikri, aynı elemente ait farklı atomların bulunmasıyla çürütülmüştür.
2.2.2. Thomson Atom Modeli
Yirminci yüzyıl, tüm atomların birkaç temel parçacıktan oluştuğunu göstermiştir. Bu yüzyılın ikinci yarısından itibaren proton ve nötronun da atomun temel yapıtaşlarından olduğu kanıtlanmıştır. Joseph John Thomson (1856-1940) 1897 yılında atomun içerisinde küçük kütleler halinde negatif yüklü parçacıkların bulunduğunu göstermiştir. Bu parçalara “elektron” adını vermiştir. Elektronların keşfinden sonra, atomun şeklinin nasıl olduğunu açıklamak için, bilim dünyasında yeni bir atom modelinin varlığına gereksinim olmuştur. Atomların yüksüz olması ve elektronların negatif yüklü olması, atomda elektrik yüklerini dengeleyen pozitif yüklü parçacıkların olmasını gerektirmektedir. Thomson atomu küre şeklinde düşünmüş, pozitif ve negatif yüklerin küre içerisinde elektriksel yükleri dengeleyecek şekilde dağılması gerektiğini belirtmiştir. Thomson atom modeli kaynaklarda “üzümlü kek modeli” ya da “erikli muhallebi modeli” olarak da adlandırılmaktadır (Mortimer, 1993).
Thomson, deşarj (elektriksel boşalım) tüplerinde yayılan katot ışınlarının özelliklerini incelemek üzere bir deney düzeneği tasarlamıştır. Hazırladığı düzenekte, elektriksel kuvvetler, paralel duran yüklü levhalar tarafından üretilmiştir. Havası alınan bu tüplerde yüksek gerilim altında katottan anoda doğru yayılan bu ışınlar, elektrik ve manyetik alanda da pozitif kutbun etkisinde kalarak sapmaya uğramıştır. Katot ışınları, bilindiği gibi negatif elektrikle yüklüdür. Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük/kütle oranlarını hesaplamış, bu oranın, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyük olduğunu görmüştür. Bu sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardır. Ayrıca katot ışını
parçacıklarının kütle/yük oranının değeri ölçülme koşullarının hiçbirine bağlı değildir. Atomda negatif yüklü elektronların olduğu ve içinde pozitif yükün düzgün olarak dağıldığı maddesel küreler olduğunu önermiştir. Deneyinin sonucuna göre bu olgu normal karşılanmıştır. Thomson, bunu üzümlü keke benzetmiştir. Kekin bütünü atom olarak düşünüldüğünde, üzümler elektronu simgelemektedir (Petrucci et al., 2000).
2.2.3. Rutherford Atom Modeli
Atomlar elektrik yükü bakımından nötral olduklarından, bir atomun içerdiği proton sayısı elektron sayısına eşit olmalıdır. Atomun toplam kütlesini açıklayabilmek için 1920’de Ernest Rutherford atomda yüksüz bir taneciğin var olduğunu savundu. Bu tanecik yüksüz olduğundan onu incelemek ve tanımlamak zordu. Fakat 1932’de James Chadwick nötronun varlığını kanıtlayan çalışmalarının sonuçlarını yayınladı. Chadwick nötronların oluştuğu bazı nükleer tepkimelerin verilerinden nötronun kütlesini hesaplayabildi. Bu tepkimelerde kullanılan ve oluşan bütün taneciklerin kütlelerini ve enerjilerini göz önüne alarak, Chadwick nötronun kütlesini saptadı. Bu kütle protonun kütlesinden biraz daha büyüktü. Nötronun kütlesi 1,6749×10-24
g protonun ki ise 1,6726x10-24 g’dır. Günümüzde daha birçok atom-altı tanecik bulunmuştur. Fakat bu taneciklerin atom yapısı ile olan ilişkisi çok iyi bilinmemektedir. Kimyasal çalışmalar için atomun yapısı elektron, proton ve nötronun varlığına dayanarak yeterince açıklığa kavuşmuştur (Mortimer, 1993: 29).
Bazı atomlar, atom-altı taneciklerin kararsız bileşimleridir. Bu tür atomlar kendiliklerinden ışınlar saçarak değişik kimlikte atomlara dönüşürler. Radyoaktivite adı verilen bu olay 1896’da Henri Becquerel tarafından bulunmuştur. Bundan sonraki yıllarda Ernest Rutherford, doğada bulunan radyoaktif maddelerin yayınladığı üç tür ışının özelliklerini saptadı. 1911’de Rutherford atomun yapısını incelemek için α-taneciklerini kullandığı deneylerinin sonuçlarını açıkladı. Bu deneylerde α-tanecikleri ince bir demet halinde altın, platin, gümüş veya bakırdan yapılmış çok ince bir metal levhaya gönderildi. α-taneciklerinin çoğu kullanılan metal levhadan geçtiler, bazıları doğrusal yöndeki yollarından saparak ilerlediler, birkaçı ise gerisin geri döndü. Rutherford bu deneylerinin sonuçlarını atomun merkezinde bir çekirdeğin var olduğunu önererek açıkladı. Böylece atom kütlesinin çoğunun ve artı yükün tümünün atomun çekirdeğinde yoğunlaştığı anlaşılmıştır. Atomun toplam hacminin çoğunu kaplayan
elektronlar ise çekirdeğin dışında olup onun etrafında hızlı hareket halindedirler. Rutherford atom modeli kaynaklarda Güneş Sistemine benzetilmektedir. Çekirdek Güneş’e, çekirdek çevresinde bulunan elektronlar gezegenlere benzetilmiştir (Mortimer, 1993: 28).
Rutherford atom modelinin boyutlarını da kavramak önemlidir. Eğer bir atomun çekirdeği bir tenis topu büyüklüğünde olsaydı bu atomun çapı 1,5 km olurdu. Atom hacminin büyük bir kısmı boşluk olduğundan, α-taneciklerinin çoğu hedef olarak kullanılan metal levhalardan hiçbir sapmaya uğramadan geçerler. Elektronlar α-taneciklerinden çok daha hafif olduklarından, hızla hareket eden bu tanecikleri saptıramazlar. Artı yüklü α-taneciği artı yüklü çekirdeğin yakınından geçtiğinde çekirdek tarafından itilir ve yolundan saptırılır. Bazı çok nadir hallerde de α-taneciği çekirdeğe çarpar ve gerisin geri kaynağına doğru döner (Mortimer, 1993: 29).
Rutherford, atom modelinde elektronların yapısını klasik mekanik ile açıklamıştır. Klasik mekanik kurallarının atomun elektronlarının hareketini açıklamakta yetersiz kaldığı başlıca noktalar şunlardır:
1. Eğer elektronlar sabit ise, negatif ve pozitif yüklü parçacıklar arasındaki
çekim kuvvetinden dolayı elektronların çekirdeğe düşmesi gerekir.
2. Eğer elektronlar dairesel hareket yapıyorlarsa, klasik mekaniğin hesaplarına
göre enerji kaybetmeleri gerekir yani bir süre sonra çekirdeğe düşecektir (Petrucci et al., 2000: 42).
2.2.4. Bohr Atom Modeli
Bohr, Rutherford’un atomun yapısını açıklamada yetersiz kalan kimi yanlarını belirleyerek, daha geçerli olacağını düşündüğü kendi atom modelini açıklamıştır. Bohr atomun yapısını açıklamak için Planck’ın üzerinde çalıştığı atomik spektrumu geliştirmiştir. Elektronların çekirdek çevresinde rastgele dairesel bir yörüngede değil de belli enerjiye sahip olan dairesel yörüngelerde bulunabileceğini düşünmüştür. Bu yörüngelere enerji seviyesi denir. Elektronlar bulundukları enerji seviyesinin enerjisine sahiptirler. Niels Bohr kuantum teorisinin geliştirilmesine en çok katkısı olan kişilerdendir. Heisenberg, Schrödinger ve Dirac 1920’li yıllarda kuantum mekaniğinin