Biyolojik zarlardan madde taşınması konusunda fen bilgisi öğretmen adaylarının alternatif kavramları

Abstract

Bu çalışmanın amacı, fen bilgisi öğretmen adaylarının difüzyon ve osmoz konularındaki alternatif kavramlarını belirlemek, hücre zarının yapısının ve hücre zarından madde taşınmasının moleküler düzeyde anlaşılma durumlarını tespit etmektir. Ayrıca hücre zarının yapısı ve hücre zarından madde taşınması konularının öğrenimi ile görsel okuryazarlık arasında ilişki olup olmadığını araştırmaktır.Çalışmada tarama yöntemi kullanılmıştır. Araştırmanın çalışma grubunu Kastamonu Üniversitesi Eğitim Fakültesi 2015-2016 öğretim yılında öğrenim görmekte olan 141 fen bilgisi öğretmen adayı oluşturmaktadır. Çalışmaya tüm sınıf seviyelerinden öğrenciler katılmıştır. Araştırmada, öğrencilerin hücre zarının yapısını ve hücre zarından madde taşınmasını moleküler düzeyde anlama durumlarını belirlemek için hazırlanan açık uçlu çizim testi kullanılmıştır. Kullanılan diğer test difüzyon ve osmoz konularındaki alternatif kavramları belirlemek amacıyla Odom ve Barrow tarafından geliştirilmiş olan iki aşamalı kavram testidir. Bu testin ilk aşamasında öğrencilerin konu bilgisi ölçülürken ikinci aşamasında ilk aşamaya verilen cevabın nedeni sorulmaktadır. Görsel okuryazarlık niteliklerini belirlemek amacıyla Kiper, Arslan, Kıyıcı ve Akgün (2012) tarafından geçerlilik ve güvenirlik çalışması olarak hazırlanmış olan görsel okuryazarlık yeterlilikleri ölçeği kullanılmıştır. Bu ölçek öğrenci niteliklerini altı faktöre göre değerlendirmektedir. Bulguların betimlenmesinde yüzde, frekans, ortalama ve standart sapma değerleri kullanılmıştır. Testlerin hem kendi içlerinde hem de diğer testlerle olan korelasyonlarına bakılmıştır. Öğrencilerin sınıf seviyelerine göre açık uçlu sorulardan, difüzyon ve osmoz kavram testinden almış oldukları ortalama puanlar arasındaki farkın anlamlılığını test etmek amacıyla tek yönlü varyans analizi (ANOVA) yapılmıştır. Araştırma sonuçları öğrencilerin hücre zarının yapısını ve hücre zarından madde taşınmasını moleküler düzeyde anlama durumlarının yeterli olmadığını göstermiştir. İki aşamalı kavram testinde öğrencilerin ortalamaları 12 puan üzerinden testin konu bilgisinin ölçüldüğü sadece birinci aşamasında 6,39 iken, hem konu bilgisi hem de cevabın nedeninin istendiği her iki aşaması değerlendirildiğinde 2,97 olarak belirlenmiştir. Bu sonuç öğrencilerin ilk aşamada verdikleri cevabın açıklamalarını yapamadıklarını göstermektedir. Öğretmen adayları her konu alanında alternatif kavramlara sahip olmakla birlikte en çok difüzyon ve osmoz süreci, maddenin tanecikli yapısı ve rastgele hareketi, yaşamsal kuvvetlerin difüzyon ve osmoz üzerine etkisi, maddenin kinetik enerjisi konularında alternatif kavramlara sahip oldukları görülmüştür. Görsel okuryazarlık testinin analiz sonuçlarına göre ofis yazılımları kullanarak görselliğe önem verebilmenin ölçüldüğü birinci faktör en yüksek ortalamaya sahipken, görsellerdeki mesajları algılayabilmenin ölçüldüğü altıncı faktör en düşük ortalamaya sahiptir. Görsel okuryazarlık testi ile diğer testler arasında korelasyon olmadığı görülmekle birlikte, difüzyon ve osmoz testinin her iki aşamasına doğru cevap veren öğrenci puanları ile görsellerdeki mesajları algılayabilme niteliğinin ölçüldüğü altıncı faktör arasında pozitif yönde zayıf korelasyon bulunmaktadır. Tek yönlü varyans analizi sonucu, sınıf seviyesinin artmasının başarı üzerinde olumlu etkisinin olduğunu göstermiştir. Farklılaşmanın olduğu test maddeleri; hücre zarının moleküler düzeyde ne derece anlaşıldığının belirlendiği, hücre zarından suyun difüzyonunun, hücre zarından polar madde veya iyonların difüzyonunun, hücre zarından apolar veya yağda çözünen maddelerin difüzyonunun, hücre zarından geçebilecek büyüklükteki moleküllerin aktif taşıma ile hücre zarından geçişinin sorulduğu açık uçlu maddeler olarak belirlenmiştir.

The purpose of this study is to determine pre-service science teachers' alternative conceptions regarding the subjects of diffusion and osmosis and to identify their status of understanding the structure of cell membrane and the transport of substances across cell membrane at the molecular level. Also, the study aims to investigate whether or not there is a relationship between learning the structure of cell membrane and the transport of substances across cell membrane and visual literacy.The study employed the survey method. The study group consists of 141 pre-service science teachers studying at Kastamonu University Faculty of Education in the 2015-2016 academic year. The study was conducted with students from all grades. The study used an open-ended drawing test prepared for identifying the students' status of understanding the structure of cell membrane and the transport of substances across cell membrane at the molecular level. The study also employed the two-stage conception test developed by Odom and Barrow to determine misconceptions concerning the subjects of diffusion and osmosis. The first stage of this test measured the students' knowledge about the subject, while the second stage questioned the reasons for the answers given to the first stage. To determine visual literacy competencies of the participants, the study employed the Visual Literacy Scale prepared by Kiper, Arslan, Kıyıcı & Akgün (2012), who also conducted its validity and reliability study. The scale evaluated student competencies according to six factors. The findings were described through percentage, frequency, mean, and standard deviation values. The correlations of tests both within themselves and with other tests were checked. One-way analysis of variance (ANOVA) was made to test the significance of the difference between the mean scores obtained by the students from the open-ended questions and the diffusion and osmosis conception test by grade. The study found out that the students did not have an adequate understanding of the structure of cell membrane and the transport of substances across cell membrane at the molecular level. In the two-stage conception test, the students' average was 6.39 out of 12 in the first stage measuring their knowledge about the subject and 2.97 when two stages were evaluated together (i.e. both knowledge about the subject and the reason for the answer). This shows that the students failed to provide an explanation for the answers they gave in the first stage. The pre-service teachers were seen to have alternative conceptions on every subject area, but mostly on the subjects of diffusion and osmosis process, the granular structure and random motion of matter, the effect of vital forces on diffusion and osmosis, and the kinetic energy of matter. According to the analysis results for the Visual Literacy Test, the students had the highest mean score in the first factor, which measured their capability to feature visual quality by using Office software, and had the lowest mean score in the sixth factor, which measured their capability to make sense of the messages contained in the visuals. No correlations were detected between the Visual Literacy Test and the other tests. However, a weak positive correlation was detected between the scores of the students giving correct answers to both stages of the diffusion and osmosis test and the scores obtained in the sixth factor, which measured their capability to make sense of the messages contained in the visuals. One-way analysis of variance indicated that rise in grade had a positive effect on achievement. The test items involving a difference were found to be the open-ended items which were aimed at determining the degree to which cell membrane was understood at the molecular level and questioned the diffusion of water through cell membrane, the diffusion of polar substances or ions through cell membrane, the diffusion of nonpolar or oil soluble substances through cell membrane, and the transport of molecules that are big enough to pass through cell membrane through it via active transport.