The relationship between logical thinking, gender, and kinematics graph interpretation skills

Problem DurumuKinematik konusu fizikte grafiklerin en sık kullanıldığı konulardan birisidir. Bunun yanı sıra kinematik konusu çok sayıda matematiksel formül içermektedir. Geleneksel eğitim sisteminde öğrenciler genellikle soyut olan bu formülleri kullanarak problemleri çözmeye çalışmaktadırlar, öte yandan, kinematik problemleri formül kullanmak yerine aslında grafikler yardımıyla çözülebilirler. Bu çalışmada adı geçen kinematik grafikleri konum-zaman (p-t), hız-zaman (v-t), ve ivme-zaman (a-t) grafikleridir. Belirtilen kinematik grafiklerini doğru çizmek ve doğru yorumlamak çok önemlidir. Örneğin hız-zaman grafiğinde eğri altında kalan alan yer değiştirmeyi verirken, eğrinin eğimi hesaplandığında ivme değeri bulunacaktır. Grafikler soyut olduğundan dolayı öğrencilerin bunları anlayabilmesi için Piaget nin belirlemiş olduğu biçimsel işlemleri yapabilme aşamasında olmaları gerekmektedir. Bu çalışmada yer alan öğrenciler 16-18 yaş arasında olup Piaget nin biçimsel işlemler için belirlemiş olduğu yaş sınınndadırlar. Bu alanda yapılan çalışmalar mantıklı düşünme ile grafik yorumlamalarını genel olarak ele alırken, bu çalışma özellikle kinematik grafiklerinin mantıklı düşünme ile ilgili bağlantısını ele almıştır.Araştırmanın AmacıBu araştırmanın temel amacı lise 12. smıf fizik öğrencilerinin mantıklı düşünme yetenekleri, cinsiyetleri ve kinematik grafiklerini yorumlama yetenekleri arasındaki ilişkileri araştırmaktır. Bu bağlamda, mantıklı düşünmenin ve kinematik grafiklerinin bağlı olduğu muhtemel değişkenleri tespit etmek ve bu değişkenler arasındaki bağlantılara bakmak önem arz etmektedir. Ayrıca öğrencilerin kinematik grafiklerini yorumlarken ne tür zorluklarla karşılaştıkları veya ne tür yanılgılara sahip oldukları da önemlidir. Araştırmanın YöntemiBu çalışma lise 12. sınıfta okuyan ve fizik dersi alan 40 erkek ve 32 kız olmak üzere toplam 72 öğrenci ile yapılmıştır. Veriler Test of Understanding Graphs-Kinematics (TUG-K), ve Middle Grades Integrated Process Skill Test (MIPT) testleri uygulanarak toplanmıştır. Bu çalışmanın araştırma yöntemini korelasyonal araştırma tasarımı oluşturmaktadır. Faktör analizi yapılarak MİPT ve TUG-K için ana bileşenler tespit edilmiştir. Bu ana bileşenlerin önceki çalışmalarda bulunan ana bileşenlerle farklılıkları ortaya konulmuştur. Ayrıca her test için güvenilirlik analizi yapılmıştır. Bunlara ek olarak, betimleyici istatistik, korelasyon, ve ileri-çoklu lineer regresyon analizleri kullanılmıştır.Araştırmanın BulgularıFaktör analizi sonucunda MIPT ve TUG-K testleri için ikişer adet ana bileşen bulunmuştur. MIPT için metin bilgilerinin işlenmesi ile bağlantılı olarak MIPT: text ana bileşeni tespit edilmiştir. Grafik, veri tablosu gibi simgesel bilgilerin işlenmesi için ise MIPT: symbolic ana bileşeni bulunmuştur. TUG-K için ise kinematik grafiğinde eğimin hesaplanması ve yorumlanması ile ilgili olarak TUG-K: slope ve alanın hesaplanması ve yorumlanması ile bağlantılı olarak TUG-K: area olmak üzere iki ana bileşen tespit edilmiştir. Bağımlı değişkenler (TUG-K: slope ve TUG-K: area) ile bağımsız değişkenler (MIH': text, MIPT: symbolic, ve cinsiyet) arasında anlamlı korelasyonlar bulunmuştur. İleri-çoklu lineer regresyon analizi sonucunda MIPT: symbolic, cinsiyet ve MIPT: text değişken grubunun TUG-K: slope için en iyi tahmm seti olduğu ortaya çıkmıştır. Bu sonuca göre kinematik grafiklerinde eğim hesabıyla ilgili soruların öğrencinin mantıklı düşünme yeteneği ve cinsiyetiyle bağlantılı olduğu ortaya çıkmıştır. Öte yandan, kinematik grafiklerinde alan hesabı için saptanan TUG-K: area değişkeni için herhangi bir tahmin edici değişken bulunamamıştır. Bunun en temel nedenlerinden birisi olarak TUG-K: area ile ilgili soru sayısının sadece beş soru ile sınırlı olması gösterilebilir.Araştırmanın Sonuçları ve ÖnerileriSonuçlar mantıklı düşünmede metin ve simgesel bilgilerin işlenmesinin önemli rol oynadığını ortaya koymaktadır. Aynca öğrencilerin kinematik grafiğindeki eğim ve alanı nasıl hesapladıkları ve yorumladıkları da kinematik grafiklerini anlamak açısında çok önemlidir. Bu araştırma sonucuna göre öğrenciler kinematik grafiklerinde eğim hesaplarken alan hesabına göre daha çok zorlanmaktadırlar. Öte yandan eğim sorularını doğru yapanların alan sorularını da doğru yaptıkları tespit edilmiştir. Ayrıca bazı öğrenciler kinematik grafiğinde alan mı yoksa eğim hesabımı yapmaları gerektiğini tespit etmekte güçlük yaşamaktadırlar. Son olarak daha önce yapılmış çoğu çalışmada olduğu gibi öğrenciler grafiği, grafikten çok resim olarak görmektedirler. Bunun en temel nedenlerinden birisi öğrencilerin kinematik grafiğini yorumlarken özellikle y-ekseni üzerindeki değişkene dikkat etmemeleridir. Örneğin x-eksenine paralel bir doğruyu öğrenci konum-zaman, hız-zaman ve ivme-zaman grafiklerinde aynı şekilde yorumlamaktadır. Cinsiyet faktörü ele alındığında kinematik grafiklerinde eğim hesaplanması gerektiren sorularda erkek öğrencilerin kız öğrencilerden daha başarılı oldukları tespit edilmiştir, öte yandan alan hesabı gerektiren sorularda kız ve erkek öğrenciler arasında anlamlı bir fark bulunamamıştır. Sonuçlar kinematik grafiklerinin yorumlanmasında mantıklı düşünme yetenekleri yüksek olan öğrencilerin düşük olan öğrencilerden daha başarılı olduklarını ortaya koymuştur.Grafikler arasındaki geçişler dikkate alındığında konum-zaman grafiğinden hız-zaman grafiğine ve hız-zaman grafiğinden ivme-zaman grafiğine geçişin eğim hesabıyla olduğu bilinmektedir. Öte yandan ivme-zaman grafiğinden hız-zaman grafiğine ve hız-zaman grafiğinden konum-zaman grafiğine geçiş sırasında eğri altında kalan alan hesabı yapılmaktadır. Bu çalışmanın sonuçları kinematik grafikleri arasındaki geçişleri yaparken alan ve eğim hesabının önemini statiksel olarak ortaya koymuştur. Mevcut eğitim sisteminde önce konum-zaman sonra hız-zaman ve son olarak ivme-zaman grafikleri öğretilmektedir. Bunun basitten karmaşığa doğru giden bir sıralama olduğu kabul edilmektedir. Öte yandan bu sıralama t

Öğrencilerin mantıklı düşünme, cinsiyet ve kinematik grafiklerini yorumla yetenekleri arasındaki ilişkiler

Problem Statement: Kinematics is one of the topics in physics where graphs are used broadly. Kinematics includes many abstract formulas, and students usually try to solve problems with those formulas. However, using a kinematics graph instead of formulas might be a better option for problem solving in kinematics. Graphs are abstract representations, so a student's level of logical thinking might be an indicator for understanding a kinematics graph. This paper examines a possible connection between students' kinematics graph interpretation skills and logical thinking.Purpose of the Study: The main purpose of this study is to search for relationships between student logical thinking, gender and kinematics graph interpretation skills.Methods: The sample of this study is 72 grade-12 students. The Middle Grades Integrated Process Skill Test (MIPT) and Test of Understanding Graphs-Kinematics (TUG-K) were administered to collect data after the kinematics graph instruction. The study uses correlational research design.Data analysis includes factor analysis, reliability, descriptive statistics, correlation, and forward multiple-linear regression.Findings and Results: Based on the data analysis, the following principal components were identified for MIPT: processing text information (MIPT: text) and processing symbolic representation (MIPT: symbolic). Similarly, two principle components were found for TUG-K: calculation and the interpretation of slope (TUG-K: slope) and area (TUG-K: area). A student's ability to determine the slope in a kinematics graph was significantly correlated with logical thinking and gender. However, there was no significant correlation to student ability to determine the area in a kinematics graph.Conclusions and Recommendations: Students come to a classroom with different levels of logical thinking skills. It might be easier for some students to process text information rather than processing symbolic information. On the other hand, it might be easier for some students to process symbolic information instead of processing text information. For both types of students, this study recommends that students' logical thinking and gender need to be considered when kinematics graphs are taught.

PDF

___

Adams, D. D., & Shrum, J. W. (1990). The effects of microcomputer-based laboratory exercises on the acquisition of line graph construction and interpretation skills by high school biology students. Journal of Research in Science Teaching, 27, 777-787.
Battista, M. (1990). Spatial visualization and gender differences in high school geometry. Jourrwl for Research in Mathematics Education, 22(1), 47-60.
Beichner, R. J. (1990). The effect of simultaneous motion presentation and graph generation in a kinematics lab. Journal of Research in Science Teaching, 27, 803-815.
Beichner, R. J. (1994). Testing student interpretation of kinematics graphs. American Journal of Physics, 62, 750-762.
Berg, C. A., & Phillips, D. G. (1994). An investigation of the relationship between logical thinking structures and the ability to construct and interpret line graphs. Journal of Research in Science Teaching, 31, 323-344.
Brasell, H.M. (1987). The effect of real-time laboratory graphing on learning graphic representations of distance and velocity. Journal of Research in Science Teaching, 24,385-395.
Brasell, H.M., & Rowe, B.M. (1993). Graphing skills among high school physics students. School Science and Mathematics, 93(2), 63-69.
Crowley, K., Callanan, M.A., Tenenbaum, H.R., & Ailen, E. (2001). Parents explain more often to boys than to girls during shared scientific thinking. Psychological Science, 12 (3).
Fraenkel, J.R., & Wallen, N.E. (2000). How to design and evaluate research in education, McGraw-Hill.
Jackson, D. F., Edwards, B. J., & Berger, C.F. (1993). Teaching the design and interpretation of graphs through computer-aided graphical data analysis. Journal of Research in Science Teaching, 30,483-501.
McDermott, L. C., Rosenquist, M. L., & van Zee, E. H. (1987). Student difficulties in connecting graphs and physics: Examples from kinematics. American Journal of Physics, 55, 503-513.
McKenzie, D., & Padilla, M. (1986). The construction and validation of the test of graphing in science. (TOGS). Journal of Science Teaching, 23,571-579.
Miller, P.H., Blessing, J.S., & Schwartz, S. (2006). Gender differences in high-school students' views about science. International Journal of Science Education, 28(4), 363-381.
Mokros, J. R., & Tinker, R. F. (1987). The impact of microcomputer-based labs on children's ability to interpret graphs. Journal of Research in Science Teaching, 24, 369-383.
Padilla, M., & Cronin, L. (1985). The development and validation of the test of basic process skills. Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching, French Lick, IN.
Piaget, J. (1964). Part I. Cognitive development in children: Piaget. Development and learning. Journal of Research in Science Teaching, 2,176-186.
Sengel, E., & Özden, M.Y. (2010). Bilgisayar benzetimli deneylerin lise öğrencilerinin yerdeğiştirme ve hız kavramlanru anlamadaki etkisi. "The effect of computer simulation experiments on high school students' understanding of displacement and velocity concepts". Eğitim Arastirmalari - Eurasian Journal of Educational Research, 39.
Silberstein, E.P. (1986). Graphically speaking.... The Science Teacher, 53,41-45.
Svec, M. (1999). Improving graphical interpretation skills and understanding of motion using microcomputer based laboratories. Electronic Journal of Science Education, 3(4).
Tobin, K.G., & Capie, W. (1981). The development and validation of a group test of logical thinking. Educational and Psychological Measurement, 41,413-423.
Trumper, R. (1997). Learning kinematics with a V-scope: A case study. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 16(1), 91-110.
Valanides, N.C. (1996). Formal reasoning and science teaching. School Science and Mathematics, 96(2).
Valanides, N.C. (1997). Formal reasoning abilities and school achievement. Studies in Educational Evaluation, 23(2), 169-185.
Wavering, M. J. (1989). Logical reasoning necessary to make line graphs. Journal of Research in Science Teaching, 26(5), 373-379.
Yenilmez, Y., Sungur, S., & Tekkaya, C. (2005). Investigating students' logical thinking abilities: The effects of gender and grade level. Hacettepe University Journal of Education, 28, 219-225.