Öğrencilerin Kuantum Fiziğine Giriş Konularında Zorlanma Nedenlerinin Araştırılması

Bu araştırmanın amacı lise ve Fen Bilgisi Öğretmenliği ana bilim dallarında okuyan üniversiteöğrencilerinin kuantum fiziğine giriş konularında zorlanma nedenlerinin görülme sıklığınıbelirlemektir. Bu amaçla, önceden nitel olarak alınan öğrenci görüşleri Likert bir ölçek geliştirmekiçin kullanılmıştır. Ölçek, açımlayıcı faktör analizi sonucunda beş faktörlü yapı göstermiştir.Veriler, faktörlere göre incelenmiş ve yorumlanmıştır. Örneklem olarak, beş farklı üniversitedeöğrenim gören 411 Fen Bilgisi Öğretmenliği öğrencisi ve beş farklı lisede öğrenim gören 291 liseöğrencisi olmak üzere toplam 702 kişi seçilmiştir. Sonuçlara göre, bazı maddeler dışındaki tümmaddeler için zorluk, orta düzeydedir. Öğrenciler, derslerin; animasyon, simülasyon ve deneylerüzerinden anlatılmasını olumlu karşılamaktadır. Öğrencilerin derse düzenli girmesi ve konuyuönemsemesi bakımından genel bir sorun yoktur. Kuantum konularının günlük yaşamda karşılaşılandurumlar içermemesi fikri, en çok görülen güçlüklerden biridir. Kadınların kuantum konularınayönelik ilgisinin erkeklerden daha fazla olduğu söylenebilir. Ayrıca anlatım yöntemleri ile ilgiliüniversite öğrencileri, lise öğrencilerine göre daha olumlu yaklaşmışlardır.

Investigating the Causes of Students’ Having Difficulties in the Introductory Quantum Physics Topics

The purpose of this research is to determine the frequency of the causes of difficulties in the introductory quantum physics of high school and university students in science education departments. For this purpose, qualitative data of student opinions collected in another study was used to develop a Likert scale. The scale has a five-factor structure according to the result of exploratory factor analysis. The data were analyzed and interpreted taking into consideration factors. As a sample, 702 people were selected, including 411 students of Science Education Department at five different universities and 291 high school students in five different high schools. According to the results, the difficulty levels of most of the items are medium. Students have positive opinions using animation, simulation, and experiments in courses. There is no general problem in the regular attendance of the students to the course and to attach importance to the subjects. The idea of "there are no everyday life examples about the subjects of quantum" is one of the most common difficulties. Females are more interested in quantum physics than males. In addition, the university students are more positive than the high school students about different teaching methods.

PDF

___

Abhang, R. Y. (2005). Making introductory quantum physics understandable and interesting. Resonance Journal of Science Education, 10(1), 63-73. https://doi.org/10.1007/bf02835894
Akarsu, B., Coşkun, H. & Kariper, İ. A. (2011). An investigation on college students’ conceptual understanding of quantum physics topics. Mustafa Kemal University Journal of Social Sciences Institute, 8(15), 349-362.
Aksakallı, A., Salar, R. & Turgut, Ü. (2016). Modern fizik dersi alan lisans öğrencilerinin bu ders ile ilgili açığa çıkan kişisel epistemolojik inançları ve bunların nedenlerinin incelenmesi. Fizik Eğitimi ve Felsefesi, 1(1), 1-17.
Ayene, M., Kriek, J. & Damtie, B. (2011). Wave-particle duality and uncertainty principle: Phenomenographic categories of description of tertiary physics students’ depictions. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 7, 020113-1-13. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.7.020113
Büyüköztürk, Ş. (2002). Faktör analizi: Temel kavramlar ve ölçek geliştirmede kullanımı. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 32, 470-483.
Büyüköztürk, Ş. (2016). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı. Ankara: Pegem Akademi.
Chen, Z. & Gladding, G. (2014). How to make a good animation: A grounded cognition model of how visual representation design affects the construction of abstract physics knowledge. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 10, 010111-1-24. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.10.010111
Çokluk, Ö., Şekercioğlu, G. ve Büyüköztürk, Ş. (2014). Sosyal bilimler için çok değişkenli istatistik SPSS ve Lisrel uygulamaları. Ankara: Pegem Akademi.
De Leone, C. J. & Oberem, G. E. (2004). Toward understanding student conceptions of the photoelectric effect. AIPConference Proceedings, 720, 85-88. https://doi.org/10.1063/1.1807260
Didiş, N., Özcan, Ö. & Abak, M. (2008). Öğrencilerin bakış açısıyla kuantum fiziği: Nitel çalışma. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34, 86-94.
Fletcher, P. & Johnston, I. (1999). Quantum mechanics: exploring conceptual change. Paper presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching. 10 Mayıs 2017 tarihinde https://web.phys.ksu.edu/papers/narst/QM_papers.pdf adresinden alınmıştır.
Henriksen, E. K, Berit, B. B., Angell, C., Tellefsen, C. W., Frågåt, T. & Bøe, M. V. (2014). Relativity, quantum physics and philosophy in the upper secondary curriculum: challenges, opportunities and proposed approaches. Physics Education, 49(6), 678-684. https://doi.org/10.1088/0031-9120/49/6/678
Hogarty, K.Y., Hines, C.V., Kromrey, J.D., Ferron, J.M. & Mumfor, K.R. (2005). The quality of factor solutions in exploratory factor analysis: The influence of sample size, communality, and overdetermination. Educational and Psychological Measurement, 65(2), 202-226.
Ireson, G. (1999). A multivariate analysis of undergraduate physics students‘ conceptions of quantum phenomena. European Journal of Physics, 20, 193– 199. https://doi.org/10.1088/0143-0807/20/3/309
Johansson, K. E., & Milstead, D. (2008). Uncertainty in the classroom-teaching quantum physics. Physics Education, 43(2), 173-179. https://doi.org/10.1088/0031-9120/43/2/006
Görecek Baybars, M. G. & Küçüközer, H. (2014). Fen bilgisi öğretmen adaylarının kuantum fiziğine ilişkin kavramsal anlamaları. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1). http://dx.doi.org/10.21666/mskuefd.36735
Kaiser, H.F. (1974). An index of factotial simplicity. Psycmetrika, 39(1), 31-36.
Kalkanis, G., Hadzidaki, P. & Stavrou, D. (2003). An instructional model for a radical conceptual change towards quantum mechanics concepts. Science Education, 87, 257-280. https://doi.org/10.1002/sce.10033
Kızılcık, H. Ş. & Ünlü Yavaş, P. (2017). Pre-service physics teachers’ opinions about the difficulties in understanding introductory quantum physics topics. Journal of Education and Training Studies, 5(1), 101-109. https://doi.org/10.11114/jets.v5i1.2012
Levrini, O. & Fantini, P. (2013). Encountering productive forms of complexity in learning modern physics. Science & Education, 22, 1895-1910. https://doi.org/10.1007/s11191-013-9587-4
Manilla, K., Koponen, I. T. & Niskanen, J. A. (2002). Building a picture of students‘ conceptions of wave- and particle-like properties of quantum entities.European Journal of Physics, 23, 45-53. https://doi.org/10.1088/0143- 0807/23/1/307
Mashhadi, A. ve Woolnough, B. (1999). Insights into students’ understanding of quantum physics: visualizing quantum entities. European Journal of Physics, 20, 511-516.
McDermott, L. C. & Redish, E. F. (1999). Resource letter: PER-1: Physics education research. American Journal of Physics, 67, 755-767. https://doi.org/10.1119/1.19122
Müller, R. & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70, 200-209. https://doi.org/10.1119/1.1435346
Özdamar, K. (2016). Ölçek ve test geliştirme yapısal eşitlik modellemesi. Eskişehir: Nisan Kitapevi.
Özdemir, E. & Erol, M. (2011). Kuantum Fiziğinde Belirsizlik İlkesi: Hibrit Öğretimin Akademik Başarıya ve kalıcılığa etkisi. Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 29, 20- 35.
Podolefsky, N. S. & Finkelstein, N. D. (2007). Analogical scaffolding and the learning of abstract ideas in physics: An example from electromagnetic waves. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 3, 010109-1-12. https://doi.org/10.1103/physrevstper.3.010109
Pospiech, G. (2000). Uncertainty and complementarity: The heart of quantum physics. Physics Education, 35(6), 393-399. https://doi.org/10.1088/0031- 9120/35/6/303
Rebello, N. S. & Zollman, D. (1999). Conceptual understanding of quantum mechanics after using hands-on and visualizatıon instructional materials. Papers presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching. 10 Mayıs 2017 tarihinde https://web.phys.ksu.edu/papers/narst/QM_papers.pdf adresinden alınmıştır.
Sayer, R., Maries, A. & Chandralekha, S. (2017). Quantum interactive learning tutorial on the double-slit experiment to improve student understanding of quantum mechanics. Physical Review Physics Education Research, 13, 010123-1-23.
Singh, C. (2008). Interactive learning tutorials on quantum mechanics. American Journal of Physics, 76(4), 400-405. https://doi.org/10.1119/1.2825387
Steinberg, R. N., Oberem, G. E. & McDermott, L. C. (1996). Development of a computer‐based tutorial on the photoelectric effect. American Journal of Physics, 64, 1370-1379. https://doi.org/10.1119/1.18360
Şen, A. İ. (2002). Fizik öğretmen adaylarının kuantum fiziğinin temeli sayılan kavram ve olayları değerlendirme biçimleri. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4, 76-85.
Şencan, H. (2005). Sosyal ve davranışsal ölçümlerde güvenilirlik ve geçerlilik. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
Tabachnick, B.G. & Fidell, L.S. (2013). Çok değişkenli istatistiklerin kullanımı. 6. Baskıdan Çeviri Editörü: Mustafa Baloğlu. Ankara: Nobel Akademik Yayıncılık.
Tavşancıl, E. (2014). Tutumların ölçülmesi ve SPSS ile veri analizi. (5. Basım) Ankara: Nobel Yayıncılık.
Tezbaşaran, A.A. (2008). Likert tipi ölçek hazırlama kılavuzu. (Üçüncü sürüm) e-Kitap, Mersin.
Thacker, B. A. (2003). A study of the nature of students’ models of microscopic processes in the context of modern physics experiments. American Journal of Physics, 71, 599-606. https://doi.org/10.1119/1.1566431
Vokos, S., Shaffer, P.S., Ambrose, B.S. & McDermott, L.C. (2000). Student understanding of the wave nature of matter: Diffraction and interference of particles. American Jornal of Physics, 68, S42-S51. https://doi.org/10.1119/1.19519
Yıldız, A. & Büyükkasap, E. (2011a). Öğretmen adaylarının belirsizlik ilkesini anlama düzeyleri ve öğrenme amaçlı yazmanın akademik başarıya etkisi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 8(4), 134-148.
Yıldız, A. & Büyükkasap, E. (2011b). Öğretmen Adaylarının Fotoelektrik Olayını Anlama Düzeyleri ve Öğrenme Amaçlı Yazmanın Başarıya Etkisi. Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri, 11(4), 2259-2274.
Zollman, D. A., Rebello, S., & Hogg, K. (2002). Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. American Journal of Physics, 70, 252-259. https://doi.org/10.1119/1.1435347