International Journal of Human Sciences
1
ISSN:2458-9489 Volume 14 Issue 4 Year: 2017
3 2 4 Investigation of Secondary School Students’ Cognitive Structure About the Concept of Atom Through the Drawing Technique Ortaokul Öğrencilerinin Atom Kavramina İlişikin Bilişsel Yapilarinin Çizim Tekniği İle İncelenmesi First Author1 Second Author2 Abstract In the current study, the purpose is to determine the secondary school students’ cognitive structure related to the concept of atom by using the drawing technique. The study was conducted with the participation of 90 5th, 6th, 7th and 8th grade students in 2016-2017 school year. The students were asked two open-ended questions to illustrate the concept of atom in their minds and to explain where they have learned the information expressed in their drawings about the atom so that the atom models in their minds could be elicited. The students’ responses to these questions were categorized by means of qualitative analysis and frequencies were calculated for them. At the end of the study, it was determined whether the atom models drawn by the students are false or acceptable. It was seen that the students rarely illustrated nucleus and electrons in their drawings and they usually drew spheres. Moreover, the students stated that they learned this information mostly from different Özet Çocuklar, etraflarında olan olaylara karşı aşırı meraklıdırlar ve kavramlara kendileri kişisel anlamlar yüklemektedir. Öğrencilerin kavramları anlayabilmeleri için kavramların zihinlerine doğru bir şekilde kodlanması gerekmektedir. Bu çalışmada; ortaokul öğrencilerinin atom kavramı ile ilgili bilişsel yapılarının çizim tekniği ile belirlemesi amaçlanmıştır. 2016- 2017 eğitim öğretim yılı bahar döneminde gerçekleştirilen çalışma;
5., 6., 7. ve 8. sınıflarında öğrenim görmekte olan toplam
90 ortaokul öğrencisiyle gerçekleştirilmiştir. Çalışmada öğrencilerin zihinlerindeki atom modellerini belirlemek amacıyla atom kavramı ile ilgili bir çizim yapmaları ve bu çizdikleri şekle ait bilgiyi nereden öğrendiklerini ifade edebilmeleri için iki adet açık uçlu soru sorulmuştur. Öğrencilerin verdikleri cevaplar nitel analiz yöntemiyle kategorilere ayrılmış ve frekans değerleri elde edilmiştir. Araştırma sonucunda öğrencilerin çizdikleri atom modellerinin yanlış veya kabul edilebilir seviye olduğu belirlenmiştir. 1 First author’s Rank, University, Faculty, Department, email; MUST BE WRITTEN 2 Second author’s Rank, University, Faculty, Department, email; MUST BE WRITTEN. ? All the first page footnote text here must be in English ? All Authors must have a MASTER degree ? At least one author must have a Ph.D. degree textbooks or the Internet. Keywords: Atom, cognitive structure, drawing technique, secondary school students (Extended English abstract is at the end of this document) Öğrencilerin çizimlerinde nadiren çekirdek ve elektronlara yer verdiği genellikle küre şeklinde çizim yaptıkları görülmektedir. Ayrıca öğrencilerin bu bilgilere genellikle farklı ders kitaplarından veya internetten öğrendiklerini ifade ettikleri tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Atom, bilişsel yapı, çizim tekniği, ortaokul öğrencileri 5 6 Giriş
Kavram, bir nesnenin veya düşüncenin zihindeki soyut ve genel
tasarımı
olarak
tanımlanmaktadır (Url-1).
Kavramlar; varlıklar, olaylar, insanlar ve düşünceler benzerliklerine göre gruplandırıldığında gruplara verilen ortak adlardır (Kaptan,
1999). Çocuklar, etraflarında olan olaylara karşı aşırı meraklıdırlar ve kavramlara kendileri kişisel anlamlar yüklemektedir. Öğrenme, öğrenciler ezbere değil kavramsal anlama gerçekleştirdiklerinde başarıyla gerçekleşmiş olur (Özden, 2003). Öğrenciler, bir kavramı anlamlı öğrenirken bilgi, kavrama, uygulama, analiz, sentez ve değerlendirme alt basamaklarının sırayla gelişmesi beklenir (Ayvacı & Devecioğlu , 2008). Her bir kavramın anlamlı öğrenme basamaklarında başarıyla gelişmesi bir sonra öğrenilecek olan alternatif kavramlarında da temelini oluşturmaktadır (Çiftçi & Çökelez, 2012). Kavram öğrenme bütün öğrenmelerin temelini oluşturan bir anahtardır (Ülgen, 2001). Bu sebeple fen eğitiminde kavram öğrenme önemli bir yer tutmaktadır. Bireyler kavramları adlandırdığında, zihinlerinde oluşan resimler, o kavramın imajıdır (Atasoy, 2004). Bireyler çevrelerindeki olay ve olguları anlayarak tasvir ederler ve zihinsel modeller geliştirirler. Her zihinsel model, bilginin temsilidir, dolaylıdır, kişiseldir ve bilimsel değildir (Yüce, 2013). Öğrenciler bir kavramı anlayıp, özümseyebilirlerse o kavram ile ilgili doğru zihinsel modeller geliştirebilirler. Öğrencilerin kavramları anlayabilmeleri için kavramların zihinlerine doğru bir şekilde kodlanması gerekmektedir. Literatür incelendiğinde atom kavramı ile ilgili öğrencilerin zihinsel modellerini inceleyen bir çok çalışma yapıldığı görülmektedir (Harrison & Treagust, 1996; Yıldız, 2006; Akyol, 2009; Yalçın, 2011; Çökelez A. , 2012; Çökelez & Yalçın, 2012; Karagöz & Sağlam Arslan, 2012; Yaseen & Akaygün, 2016). Öğrencilerin zihinlerindeki kavramların imajlarını belirlenmenin en kolay yollarından biri ise onları resme dönüştürmektir (Yüce, 2013). Bu çalışmada; ortaokul öğrencilerinin atom kavramı ile ilgili bilişsel yapılarının çizim tekniği ile belirlemesi amaçlanmıştır. Yöntem 34 Araştırmanın Modeli 35 Bu araştırmada
nitel araştırma desenlerinden durum çalışması
yaklaşımı
kullanılmıştır. Durum
36
çalışması; güncel bir olguyu kendi gerçek yaşam çerçevesi içinde çalışan, olgu ve içinde bulunduğu
37
içerik arasındaki sınırların kesin hatlarıyla belirgin olmadığı ve birden fazla kanıt veya veri kaynağının
38
mevcut olduğu durumlarda kullanılan bir araştırma yöntemidir
(Yıldırım & Şimşek, 2016). Örneklem Araştırma, 2016-2017 eğitim öğretim yılı ikinci döneminde
5., 6., 7. ve 8.
sınıfta
öğrenim görmekte olan toplam
90, ortaokul öğrencisinin katılımıyla gerçekleşmiştir. Çalışmaya 5. sınıftan 16, 6. sınıftan 27, 7. sınıftan 22, 8. sınıftan 25 öğrencisi olmak üzere toplam 90 ortaokul öğrencisi katılmıştır. Çalışmada
uygun örnekleme yöntemi kullanılmıştır. Uygun örnekleme zaman ve işgücü açısından
oluşan
sınırlılıklar nedeniyle örneklemin kolay uygulama
yapılabilecek birimden
seçilmesidir (Büyüköztürk
vd., 2016). Verilerin Toplanması 48 Araştırmada öğrencilerin atom kavramı ile ilgili bilişsel yapılarının çizim tekniği ile tespit etmek 49 amacıyla atom kavramı ile ilgili bir çizim yapmaları ve bu çizdikleri şekle ait bilgiyi nereden 50 öğrendiklerini ifade etmeleri için iki adet açık uçlu soru sorulmuştur. 51 52 Verilerin Analizi Araştırma verilerinin analizinde öğrencilerin çizimleri nitel analiz yöntemlerinden içerik analizi yöntemiyle incelenmiş, frekans ve yüzde değerleri elde edilerek sonuçlar yorumlanmıştır.
İçerik analizi, belirli kurallara dayalı kodlamalarla bir
metinin
bazı sözcüklerinin daha küçük içerik kategorileri ile özetlendiği sistematik, yinelenebilir bir
tekniktir
(Büyüköztürk vd.,
2016). Açık uçlu sorulardan elde edilen verilerin analizinde öğrencilerin cevapları “doğru”, “kabul edilebilir”, “yanlış”
ve “cevap vermeme” şeklinde
4
kategoride toplanmıştır.
Oluşturulan kategoriler 2 araştırmacı ve bir fen eğitimi uzmanı tarafından incelenmiştir. Bu kategoriler; Doğru:
Soru ile ilgili bilimsel fikirlerin tamamını içeren cevaplar bu kategoriye yerleştirilmiştir.
Kabul edilebilir:
Geçerli olan cevabın bir yönünü içeren, fakat
bütün
yönlerini içermeyen veya geçerli cevabın bazı yönleriyle birlikte bazı yanlış anlamaları içeren öğrenci cevapları bu kategoriye yerleştirilmiştir. Yanlış:
Sorulan soruyla ilgisi
olmayan
ve bilimsel değerden
yoksun
öğrenci cevapları bu grupta toplanmıştır. Cevap Vermeme: Öğrencilerin boş bıraktıkları veya
hatırlamıyorum, açıklayamıyorum, bilmiyorum şeklinde verdikleri
cevaplar bu kategoriye dahil edilmiştir. Bulgular
72
Bu bölümde
çalışmaya katılan ortaokul öğrencilerinin açık uçlu sorulara verdikleri cevapların yer 73 aldığı kategoriler tablolar halinde verilerek yorumlanmıştır. 74 75 Öğrencilerin “Atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna verdikleri cevapların 76
frekans (f) ve yüzde (%) değerleri tablo 1’ de
verilmiştir. 77 78 Tablo 1. Öğrencilerin “Atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna verilen cevapların 79 frekans (f) ve yüzde (%) değerleri
Cevaplar 5. sınıf 6. sınıf 7. sınıf 8. sınıf
80 Doğru Kabul edilebilir Yanlış Cevap Vermeme Toplam f % 0 0 2 13 13 81 1 6 16 100 f % 0 0 0 0 27 100 0 0 27 100 f % 0 0 3 14 18 82 1 4 22 100 f % 0 0 4 16 21 84 0 0 25 100 Tablo 1 incelendiğinde “Atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna 5., 6., 7.ve 8. sınıf öğrencilerinin doğru çizimler yapamadıkları görülmektedir. Öğrenci çizimleri incelendiğinde 5. sınıf öğrencilerin %13, 7. sınıf öğrencilerin %14 ve 8. sınıf öğrencilerinin %16 oranında kabul edilebilir çizimler yaptıkları tespit edilmiştir. Öğrencilerin sıklıkla yanlış çizimler yaptığı belirlenmiştir. Ayrıca 5. ve 7. sınıflardan toplam 2 öğrencinin bu soruya cevap vermediği tespit edilmiştir. Öğrencilerin “Atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna verdikleri yanlış ve kabul edilebilir cevaplar
tablo 2’ de
verilmiştir.
Tablo 2. Öğrencilerin
“atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna verdikleri yanlış ve kabul edilebilir cevapların frekans değerleri Kategoriler
5.Sınıf 6.Sınıf 7.Sınıf 8.Sınıf
Kabul Edilebilir Çekirdek Yörüngesinde Elektronlar 2 0 3 4 İçi Dolu 1 2 1 4 Çekirdek ve Parçacıklarla Dolu 1 0 0 0 Küre İçi Parçacıklarla Dolu 4 1 1 3 İçi Bomba dolu 1 2 1 0 İçi Boş 0 3 5 3 Yanlış Çekirdek Etrafında Boş Yörüngeler 0 0 3 3 Yörüngeler 0 0 0 2 Bomba 0 4 0 0 Bomba Fırlatıcısı 0 4 0 0 Nokta 0 0 3 0 Mermi 0 8 0 0 İlgisiz 6 3 4 5 Bilmiyorum 1 0 1 0 Toplam 16 27 22 25 Tablo 2 incelendiğinde yanlış cevap veren ortaokul öğrencilerinin zihinlerindeki atom şeklinin sıklıkla küre şeklinde olduğu ve bu küreyi içi parçacıklarla dolu, içi bomba dolu, içi dolu veya içi boş şekilde çizdikleri görülmektedir. Bazı öğrenciler ise yörünge, mermi, bomba, bomba fırlatıcısı, nokta ve ilgisiz şekiller çizmişlerdir. 5. sınıf öğrencilerinin genellikle küre ve ilgisiz şekiller çizdikleri, 6. sınıf öğrencilerinin ise bomba, mermi gibi patlayıcı maddeler çizdikleri görülmektedir. 7. ve 8. sınıftaki bazı öğrencilerin çekirdek ve etrafına boş yörüngeler ya da sadece yörüngeler çizdikleri belirlenmiştir. Öğrencilerin kabul edilebilir cevapları incelendiğinde 5. sınıfta 1, 7. sınıfta 3 ve 8. sınıfta 4 öğrencinin çekirdek etrafında yörünge ve yörünge üzerinde elektronların bulunduğunu belirten şekiller çizdikleri tespit edilmiştir. 5. ve 7. sınıflardan toplam 2 öğrencinin bu soruya bilmiyorum cevabını verdikleri görülmektedir. Tablo 3: Öğrencilerin “atom denildiğinde zihninizde oluşan şekli çiziniz?” sorusuna verdiğiniz cevabı hangi kaynaktan öğrendiğinizi açıklayınız.” sorusuna verdikleri cevapların frekans (f) değerleri Öğrenci cevapları frekans (f)
5.sınıf 6.sınıf 7.sınıf 8.sınıf Kitap
Popüler bilim kitabı 3 0 3 0 Fen bilimleri ders kitabı 1 1 2 14 Türkçe ders kitabı 0 3 0 0 Sosyal Bilgiler kitabı 0 3 0 0 Test kitabı 2 0 0 2 Derste Fen bilimleri öğretmeni 0 0 0 3 İlkokul öğretmeni 0 2 0 0 Türkçe Öğretmeni 0 3 0 0 İnternet 0 1 1 0 Medya 3 (Gazete-tv-film-belgesel) Arkadaş- Aile 1 Kendim 5 Bilmiyorum 4 Gördüm 1 6 1 0 4 7 7 1 3 0 0 0 0 3 3 0 Tablo 3 incelendiğinde 5. sınıf öğrencilerinin 5’inin soruya verdikleri cevabı kendi düşüncesi olarak belirttiği, 4’ünün ise cevaplarının kaynağını bilmediği görülmektedir. Diğer öğrencilerin ise cevaplarını genellikle kitaplar, medya ve aile-arkadaşlarından öğrendiğini ifade ettiği belirlenmiştir. Bu kitaplar arasında test kitapları, fen bilimleri ders kitabı ve popüler bilim kitapları yer almaktadır. 6. sınıf öğrencileri atom kavramı ile ilgili yaptıkları çizimi öğrendikleri kaynağı sıklıkla Türkçe ders kitabı, sosyal bilgiler kitabı, Türkçe öğretmeni, ilkokul öğretmeni, medya ve internet şeklinde ifade etmişlerdir. Ayrıca 7 öğrencinin soruya verdikleri cevabı kendi düşüncesi olarak belirttikleri görülmektedir. 7. sınıf öğrencileri sorunun cevabını fen bilimleri ders kitabından, popüler bilim kitabından, arkadaş-aile bireylerinden öğrendiklerini ifade etmişlerdir. 7 öğrencinin soruya verdikleri cevabı kendi düşüncesi olarak belirttikleri, 3 öğrencinin de cevabın kaynağını belirtmediği görülmektedir. 8. sınıf öğrencilerinin ise sıklıkla cevaplarını fen bilimleri ders kitabından kitabı ve fen bilimleri öğretmenlerinden öğrendikleri görülmektedir. 3 öğrencinin soruya verdikleri cevabı kendi düşüncesi olarak belirttikleri, 3 öğrencinin de cevabın kaynağını belirtmediği görülmektedir. Sonuç, Tartışma Ve Yorum Ortaokul öğrencilerinin atom kavramı ile ilgili bilişsel yapılarının çizim tekniği ile belirlemek amacıyla yapılan araştırma sonucuna göre ortaokul öğrencilerinin doğru çizimler yapamadıkları tespit edilmiştir. Öğrencilerin genellikle yanlış cevaplar verdiği, 7. ve 8. sınıf öğrencilerinin ise sınırlı sayıda kabul edilebilir cevaplar verdiği görülmüştür. Buna göre 5. sınıf öğrencilerinin cevapları incelendiğinde öğrencilerin bir kısmının atomu içi farklı maddelerle dolu küre bir kısmının ise bilimsel bilgiler ile uyuşmayan cevaplar verdiği ve bu cevapların genellikle kendi fikirleri ya da aile- arkadaş ortamlarından edindikleri görülmektedir. 7. ve 8. sınıf öğrencilerinin yanlış cevapları incelendiğinde öğrencilerin “küre” şeklinde çizimler yaptığı ve içinin dolu olduğunu gösterdikleri ya da sadece çekirdek ve etrafında boş yörüngeler çizdikleri görülmektedir. Öğrencilerin bu imajlara kaynak olarak ise kendi fikirlerinin yanı sıra aile-arkadaş ve çeşitli kitapları kaynak göstermişlerdir. Bu sonuç öğrencilerin atomun yapısını öğrencilerin zihinlerinde doğru bir şekilde yapılandırmadıklarının bir göstergesidir. Öğrencilerin bir bölümünün atomu top veya küre şeklinde ifade eden Dalton ve ders kitaplarında üzümlü kek olarak sıkça yer alan Thomson atom modelinin etkisi altında kaldıkları; merkezinde çekirdek olan Rutherford atom modeli gösterimlerinden etkilendikleri söylenebilir. Bu sonuçlar öğrencilerin atom modellerinin genellikle berk küreler çeklinde ifade ettiklerinin belirlenmiş olduğu Griffiths & Preston (1992), Tezcan & Salmaz (2005), Çökelez & Yalçın (2012) ve Karagöz & Sağlam Arslan (2012)’ın çalışmaları ile de uyum içerisindedir. Ayrıca Yaseen & Akaygün (2016)’ün çalışmalarında öğrencilerin ders kitaplarında Dalton ve Bohr Atom modellerinin sıklıkla resmedildiğini ifade etmişlerdir. Bu durumun çalışma sonucuna da yansıdığı söylenebilir. 6. sınıf öğrencilerinin yanlış cevaplarına bakıldığında öğrencilerin sıklıkla bomba, bomba fırlatıcısı ve mermi gibi patlayıcı şekiller çizdikleri ve bu bilgileri Türkçe, sosyal bilgiler kitabı, Türkçe öğretmeni veya ilkokul öğretmeni gibi farklı disiplinlerdeki derslerde öğrendikleri belirlenmiştir. Bu sonuç farklı disiplinlerle ilgili derslerde geçen atom ile ilgili kavramının öğrencilerin zihinlerindeki atom imajını değiştirdiğini göstermektedir. Öğrencilerin kabul edilebilir cevaplarda nötron ve proton içeren bir çekirdek ve etrafında yörüngede elektronların olduğu belirlenmiştir. Bu sonuç öğrencilerin ders kitaplarındaki Bohr Atom modeli çizimlerinden etkilendikleri ve elektronun çekirdek etrafındaki bulunma ihtimali ile ilgili yanlış anlamalara sahip olduğu şeklinde ifade edilebilir. Bu sonuç Nakiboğlu & Karakoç (2002), Tsaparlis & Papaphotis, (2009) ve Çökelez A. (2012)’in bireylerin zihinsel modellerinin Bohr Atom Modeline benzer yapıda olduğunu belirledikleri çalışmalarla da uyum içerisindedir. Benzer şekilde Harrison & Treagust, (1996) ve Karagöz & Sağlam Arslan, (2012)’ın çalışmalarında öğrencilerin elektronun konumu ile ilgili yanlış anlamalara sahip olduğunu ifade etmişlerdir. Araştırma sonuçlarına bakıldığında ilköğretim öğrencilerinin atom kavramı doğru bir şekilde resmedemedikleri ve zihinlerindeki atom imajının genellikle yanlış kavramlarla ilişkilendirdikleri görülmektedir. Bu durum öğrencilerin atomun yapısını doğru bir şekilde anlamadığının ve konuyu öğrenemediğinin bir göstergesidir. Öğrencilerin bu imajları farklı kaynaklardan öğrendiklerini ifade ettikleri belirlenmiştir. Öğrencilerin günlük hayatta öğrendikleri yanlış kavramlar ile geldikleri ve bunların değiştirilmesinin oldukça güç olduğu ve bu zorluğun öğrenme sürecine yansıdığı bir kez daha görülmüştür. Araştırma sonucunda farklı derslerde kullanılan fen kavramlarının öğrencilerin zihninde yanlış imajlar oluşmasına neden olduğu belirlenmiştir. Ayrıca ders kitaplarında yer alan görsellerin doğru kullanılmaması da öğrencilerin kavramlar ile ilgili doğru imaj oluşturmaları için bir etkendir. Bu bağlamda ders kitaplarında yer alan model, resim ve benzetmelerin öğrencilerin günlük hayattan kazandıkları yanlış kavramları giderecek şekilde hazırlanması, uzman kişiler tarafından incelenmesi ve simülasyon, animasyon vb. üç boyutlu uygulamaların kullanılması önerilmektedir. Ayrıca öğretmenlere modelleme, kavram öğretimi, kavram geliştirme ve kavram yanılgıları konusunda hizmet içi eğitimler verilmesi gerektiği düşünülmektedir. Extended English Abstract Concept is defined as an abstract and general design of an object or thought in the mind (Url-1). Concepts are the common names given to entities, events, humans and thoughts when they are grouped on the basis of their similarities (Kaptan, 1999). Children are overly curious about the events happening around them, and they assign their own personal meanings to concepts. Learning occurs successfully when students realize conceptual understanding rather than memorization (Özden, 2003). While students are learning a concept meaningfully, the sub-stages of knowledge, comprehension, application, analysis, synthesis and evaluation are expected to develop sequentially (Ayvacı & Devecioğlu , 2008). Successful development of each concept at the stages of meaningful learning lies the ground of the alternative concepts to be learned later (Çiftçi & Çökelez, 2012). Concept learning is the key laying the basis of all learning (Ülgen, 2001). Therefore, concept learning has a significant place in science education. The pictures occurring in the minds of individuals when they name concepts are the images of these concepts (Atasoy, 2004). Individuals describe events and phenomena in their environments by understanding and develop mental models. Every mental model is a representation of knowledge, indirect, personal and not scientific (Yüce, 2013). If students can understand and internalize a concept, they can develop the correct mental models for that concept. For students to understand concepts, they need to correctly code them in their minds. One of the easiest ways to determine the images of concepts in students' minds is to transform them into paintings (Yüce, 2013).
In this
regard,
the purpose of
the current
study is to
determine
the
secondary school
students’
cognitive structures about the concept of atom through the drawing technique.
When the relevant literature is reviewed, it is
seen
that
there is a large amount of research focusing on the investigation of students’ mental models about the concept of atom (Harrison & Treagust, 1996; Yıldız, 2006; Akyol, 2009; Yalçın, 2011; Çökelez A. , 2012; Çökelez & Yalçın, 2012; Karagöz & Sağlam Arslan, 2012; Yaseen & Akaygün, 2016). 202 Method The current study employed the case study approach, one of the qualitative research designs. The case study is a research method used to explore an up-to-date phenomenon in its natural environment where the border between the phenomenon and the context surrounding it is not clear and there are more than one evidence or data source (Yıldırım & Şimşek, 2016). Sampling The study was conducted with the participation of 90 5th, 6th, 7th and 8th grade secondary school students in the spring term of 2016-2017 school year. Of the participating students, 16 are fifth graders, 27 are 6th graders, 22 are 7th graders and 25 are 8th graders. The study employed the convenience sampling method. The convenience sampling refers to the selection of the sampling from the unit where application can be easily conducted due to time and labor-induced limitations (Büyüköztürk, , 2016). Data Collection 217 The students were asked two open-ended questions to produce drawings about the concept of 218 atom and to explain where they have obtained the information leading them to produce their 219 drawings. 220 221 Data Analysis
In the analysis of the
collected
data, content analysis was
employed; thus, percentages and frequencies were calculated and then they were interpreted.
Content analysis is a systematic,
repeatable
technique in which
certain
words of a text are summarized
by
smaller content categories with
a certain rule
-based
coding
(Büyüköztürk, Çakmak, Akgün, Karadeniz, & Demirel,
2016). In the analysis of the students’ responses to the open-ended questions, the responses were grouped under four categories as “correct”, “acceptable”, “false” and “no response”. The categories formed were examined by two researchers and science education specialist. These categories are as follows; Correct: Responses including all the scientific ideas related to the question are collected in this category. Acceptable: Responses including some but not all the aspects of the correct answer or including some false understanding as well as some correct understanding are grouped in this category. False: Irrelevant responses or responses having no scientific value are grouped in this category. No response: If students do not give any response or give a response such as “I do not remember”, “I cannot explain” or “I do not know”, then they are included in this group. FINDINGS In this section, the categories including the secondary school students’ responses to the open-ended questions are presented in tables and interpreted. The frequencies (f) and percentages (%) of the responses given to the question “Can you draw the picture of the image that comes to your mind when you hear the word atom?” by students are given in Table 1. Table 1. Frequencies (f) and percentages (%) of the responses given to the question “Can you draw the picture of the image that comes to your mind when you hear the word atom?” Responses
5th grade 6th grade 7th grade 8th grade f % f % f % f
% Correct
0 0 0 0 0 0 0 0
Acceptable 2 False 13 No response 1 Total 16 13 0 0 3 81 27 100 18 6 0 0 1 100 27 100 22 14 82 4 100 4 21465 21 28446 0 2047 25 214080 249 As can be seen in Table 1, the drawings of the students to depict the image of atom in their minds are mostly false. Only 13% of the 5th graders, 14% of the 7th graders and 16% of the 8th graders were able to produce acceptable drawings. Most of the students produced false drawings and a total of 2 students from 5th and 7th grades did not give any response to this question. The false and acceptable responses of the students given to the question “Can you draw the picture of the image that comes to your mind when you hear the word atom?” are given in Table 2. Table 2. Students’ false and acceptable responses to the question “Can you draw the picture of the image that comes to your mind when you hear the word atom?” 5th 6th 7th2683th Acceptable Nucleus Electrons at its orbit 2 0 3 2644 Sphere It is full 1 It is full of nuclei and particles 1 It is full of particles It is full of bombs It is empty 4 1 0 2 0 1 2 3 1 2645 0 2606 1 2637 1 2608 5 2639 False Nucleus Empty orbits around it 0 0 3 270 3 271 Orbits 0 0 0 2 272 Bomb 0 4 0 2703 Grenade thrower 0 4 0 2704 Dot 0 0 3 2705 Bullet 0 8 0 2706 Don’t know 1 0 1 27080 Irrelevant 6 3 4 2757 Total 16 27 22 27295 When Table 2 is examined, it is seen that the image of atom in the minds of the students giving false answers is mostly in the form of a sphere and this sphere is depicted as full of particles, full of bombs, full or empty. Some students drew orbit, bullet, grenade thrower, dot or produced irrelevant drawings. While the fifth grade students mostly drew a sphere or produced irrelevant drawings, the sixth grade students drew explosives such as bomb and bullet. Some seventh and eighth graders; on the other hand, drew nucleus and empty orbits around it or only orbits. When the students’ acceptable responses are examined, it is seen that one 5th grader, three 7th graders and four 8th graders produced drawings showing orbits around the nucleus and electrons on the orbit. A total of 2 students from 5th and 7th grades gave the answer “I do not know”. Table 3: Frequencies (f) of the students’ responses to the question “Can you explain where you have obtained the information leading you to produce your drawing?” 5th 6th 7th 8th Book Popular science book 3 0 3 0 In the class Science teacher 0 0 Elementary school teacher 0 2 0 2908 Turkish teacher 0 3 0 2909 Whe n Science textbook 1 Turkish textbook 0 Social studies textbook 0 Test book 2 1 3 3 0 0 2937 2 29134 0 2904 0 2905 0 2926 Internet 0 1 1 3000 3001 Tabl Media 3 6 1 (Newspaper-TV-Film-Documentary) 302 e 3 is 3003 exa Friend- Family 1 0 4 3034 mine Myself 5 7 7 d, it I do not know 4 1 3 3035 is I saw 1 0 0 3006 seen 307 that 5 fifth grade students stated that their responses to this question are a result of their own thinking and four of them do not know the source of the information. Other students’ responses show that in general they have learned from books, media and family-friends. These books include test books, science textbooks and popular science books. The most popular sources mentioned by the 6th graders as the source of their knowledge are Turkish textbook, social studies textbook, Turkish teacher, elementary school teacher, media and internet. Moreover, 7 students stated that their responses to this question are the result of their own thinking. The sources mentioned by the 7th graders are science textbook, popular science books, friends- family members. Seven 7th graders stated that their responses are a result of their own thinking and 3 of them did not mention the source of their knowledge. The sources frequently mentioned by the 8th graders as the source of their knowledge are science textbooks and science teachers. Three of the 8th graders pointed to their own thinking as the source of their responses and three students did not state any source for their responses. CONCLUSION, DISCUSSION AND COMMENTS The findings of the current study conducted to determine the secondary school students’ cognitive structures about the concept of atom revealed that most of the secondary school students did not produce correct drawings. In general they provided false answers and the 7th and 8th grade students gave a limited number of acceptable responses. When the responses of the 5th grade students were examined, it was found that while some of them are of the opinion that atom is a kind of sphere filled with different materials, some others provided responses not complying with scientific knowledge and this false information is generally of their own production or has been learned from friends or family members. When the false responses given by the 7th and 8th graders were examined, it was found that they generally produced drawings of a sphere as filled with materials and they only drew a nucleus with empty orbits around. The students showed their own ideas, family members and friends and various books as the source of these images. This is an indication that the students have not accurately constructed the structure of atom in their minds. Thus it can be argued that some of the students have been affected by Dalton illustrating atom as a ball or a sphere and by the Thomson atom model frequently included in textbooks as the raisin pie and by the illustrations of the Rutherford atom model in whose center there is the nucleus. These findings concur with those reported by some studies in the literature (Griffiths & Preston, 1992; Tezcan & Salmaz , 2005; Çökelez & Yalçın, 2012; Karagöz & Sağlam Arslan, 2012) stating that students mostly illustrate atom as a sphere. Moreover, Yaseen & Akaygün (2016) reported that in student textbooks the Dalton and Bohr Atom models are frequently illustrated. This is believed to have affected the results of the current study. When the false responses of the 6th graders were examined, it was found that the students mostly drew explosives in their drawings such as bomb, grenade thrower and bullet and such drawings are the result of information they obtained from Turkish textbooks, social studies textbooks, Turkish teachers or elementary school teachers. This shows that the concept of atom studied in classes related to different disciplines change the image of atom in students’ minds. In the students’ acceptable responses, it was determined that there are some illustrations depicting a nucleus including a neutron and proton and electrons at the orbit around it. This indicates that the students have been affected by the illustrations of the Bohr Atom model in textbooks and that they hold some misconceptions about the likelihood that electrons can be around the nucleus. This finding is in compliance with the findings reported by Nakiboğlu & Karakoç, (2002), Tsaparlis & Papaphotis (2009) and Çökelez (2012) stating that individuals’ mental models have a similar structure to the Bohr Atom Model. Similarly Karagöz & Sağlam Arslan (2012) and Harrison & Treagust (1996) pointed out that students have misconceptions about the location of the electron. When the research findings are evaluated in general, it can be argued that secondary school students cannot illustrate the concept of atom accurately and they generally associate the image of atom in their minds with wrong concepts. This indicates that the students have not understood the structure of atom accurately and not mastered the subject of atom. It was also determined that they have learned the images they hold in their minds from different sources. It was once more proved that students come to the class with alternative concepts they have learned in their daily lives and it is quite difficult to change these alternative concepts and this negatively affects the learning process. It was also found that science concepts used in different courses result in the formation of false images in students’ minds. Moreover, proper use of illustrations in textbooks is also effective in terms of students’ creating accurate images of concepts in their minds. In this regard, it can be suggested that models, drawings and analogies used in textbooks should be designed to help students get rid of their misconceptions under the leadership of experts and that three-dimensional applications such as simulations and animations should be used. Furthermore, teachers should be informed about modeling, concept teaching, concept development and misconceptions through in- service trainings. 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 40 41 42 43 44 45 46 47 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 2 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 39 3 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 4 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 5 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 6 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 201 7 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 8 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 9 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN 10 Last, N., Last, N., & Last, N. (2017). Title in article’s language. Journal of Human Sciences, 14(4), NNN-NNN. doi:10.14687/jhs.v14i4.NNNN
