Examining the Development Process of Middle School Students’ Knowledge Structures for the Concepts of Melting and Dissolution According to Conceptual Change Theories

Year 2024, Volume: 17 Issue: 1, 122 - 144, 28.01.2024

Mehmet Ali Kandemir Zeki Apaydın

https://doi.org/10.30831/akukeg.1299705

Abstract

The aim of this longitudinal research is to examine the development process of scientific and consistent knowledge structures of first, second, and third-grade students in middle school within the concepts of melting and dissolution according to conceptual change theories at the end of the education and training processes carried out in educational institutions. The research is carried out in a district of a metropolitan city in the Marmara Region with the participation of 43 middle school students. Open-ended questions developed for concepts were used to collect data. Friedman test is used to determine whether there is a difference between students’ consistent and scientific knowledge structure scores regarding the concepts of melting and dissolution. As there is a significant difference between the students’ consistent and scientific knowledge structure scores regarding the concepts of melting and dissolution, the Wilcoxon Signed Rank Test is used for dual comparisons between student levels. In addition, Spearman’s correlation coefficient of rank differences is used to determine if there is a relationship between the class levels of the students and the scores of students’ consistent and scientific knowledge structure regarding the concepts of melting and dissolution. As a result of the research, it is determined that the students’ consistent and scientific knowledge structure scores regarding the concepts of melting and dissolution differ depending on the students’ levels. When all the findings obtained from the research are evaluated together, it can be said that the development process of students’ knowledge structures regarding the relevant concepts is more compatible with the knowledge in pieces conceptual change theory. Based on the results of the research, some suggestions were made.

Keywords

knowledge in pieces structure conceptual change theory, theory-like conceptual change theory, mental model

Ortaokul Öğrencilerinin Erime ve Çözünme Kavramlarına Yönelik Bilgi Yapılarının Gelişim Sürecinin Kavramsal Değişim Teorilerine göre İncelenmesi

Abstract

Bu boylamsal araştırmanın amacı; eğitim kurumlarında gerçekleştirilen eğitim ve öğretim süreçleri sonunda ortaokul birinci, ikinci ve üçüncü sınıf öğrencilerinin erime ve çözünme kavramlarına yönelik bilimsel ve tutarlı bilgi yapılarının gelişim sürecini kavramsal değişim teorilerine göre incelemektir. Araştırma Marmara Bölgesi’ndeki bir büyükşehrin bir ilçesinde 43 ortaokul öğrencisinin katılımı ile gerçekleştirilmiştir. Araştırmada verilerin elde edilmesinde erime ve çözünme kavramlarına yönelik geliştirilen açık uçlu sorular kullanılmıştır. Araştırma verilerinin analizinde Friedman testi, Wilcoxon İşaretli Sıralar Testi ve Spearman’ın sıra farkları korelasyon katsayısı kullanılmıştır. Araştırma sonucunda, öğrencilerin erime ve çözünme kavramlarına ilişkin tutarlı ve bilimsel bilgi yapısı puanlarında, sınıf düzeyine göre farklılıklar olduğu saptanmıştır. Araştırmadan sağlanan tüm bulgular birlikte değerlendirildiğinde öğrencilerin ilgili kavramlara yönelik bilgi yapılarının gelişim sürecinin, daha çok parça nitelikli kavramsal değişim kuramıyla uyumlu olduğu söylenebilir. Araştırma sonuçlarına dayanarak bazı önerilerde bulunulmuştur.

Keywords

parça nitelikli kavramsal değişim teorisi, teori benzeri kavramsal değişim teorisi, zihinsel model

References

• Acıkgöz-Ün, K. (2014). Aktif öğrenme. Biliş Yayınevi.
• Akgun, A., & Aydın, M. (2009). Erime ve çözünme konusundaki kavram yanılgılarının ve bilgi eksikliklerinin giderilmesinde yapılandırmacı öğrenme yaklaşımına dayalı grup çalışmalarının kullanılması. Elektronik Sosyal Bilimler Dergisi, 8(27), 190-201.
• Akman, E. (2013). İlköğretim öğrencilerinin ışık kavramına yönelik bilgi yapılarının kavramsal değişim teorilerine göre analizi [Yüksek lisans tezi]. Ondokuz Mayıs Üniversitesi.
• Apaydın, Z. (2014). Ortaokul öğrencilerinin suyun kaldırma kuvveti kavramına yönelik bilgi yapıları: Görüngübilimsel bir ilksel olarak yüzme. Eğitim ve Bilim, 39(174), 402-424. http://dx.doi.org/10.15390/EB.2014.3258
• Apaydın, Z. (2020). A phenomenological study in the context of conceptual change theories about buoyancy. International Journal of Education Technology and Scientific Researches, 5(13), 1711-1789. http://dx.doi.org/10.35826/ijetsar.241
• Atasoy, V., Ahi, B., & Balci, S. (2020). What do primary school students’ drawings tell us about their mental models on marine environments? International Journal of Science Education, 42(17), 2959-2979. https://doi.org/10.1080/09500693.2020.1846821
• Atılgan, H. (Ed.). (2009). Eğitimde ve ölçme değerlendirme. Anı Yayıncılık.
• Bilir, V., & Karacam, S. (2021). Evaluation of mental models of prospective science teachers on chemical reactions. Journal of Pedagogical Research, 5(1), 258-274.
• Buyukozturk, S., Cakmak, E. K., Akgun, Ö. E., Karadeniz, S., & Demirel, F. (2016). Bilimsel araştırma yöntemleri. Pegem Akademi.
• Calık, M., & Ayas, A. (2005). 7.-10. sınıf öğrencilerinin seçilen çözelti kavramlarıyla ilgili anlamalarının farklı karışımlar üzerinde incelenmesi. Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 3(3), 329-349.
• Cepni, S. (Ed.). (2016). Fen ve teknoloji öğretimi. Pegem Akademi.
• Clark, D. B. (2006). Longitudinal conceptual change in students’ understanding of thermal equilibrium: An examination of the process of conceptual restructuring. Cognition Instruct., 24(4), 467-563. https://doi.org/10.1207/s1532690xci2404_3
• Cohen, J. (2013). Statistical power analysis for the behavioral sciences. Academic Press.
• diSessa, A. A. (2014). A history of conceptual change research: Threads and fault lines. In The Cambridge Handbook of the Learning Sciences (Second ed.) (pp. 88-108). Cambridge University Press. http://dx.doi.org/10.1017/CBO9781139519526.007
• diSessa, A. A., Gillespie, N., & Esterly, J. (2004). Coherence versus fragmentation in the development of the concept of force. Cognitive Science, 28(6), 843-900. https://doi.org/10.1207/s15516709cog2806_1
• Durmus, T., & Donmez-Usta, N. (2020). İlköğretim öğrencilerinin erime kavramı ile ilgili zihinsel modelleri. International Social Mentality and Researcher Thinkers Journal, 6(38), 2216-2231.
• Ecevit, T., & Simsek, Ö. P. (2017). Öğretmenlerin fen kavram öğretimleri, kavram yanılgılarını saptama ve giderme çalışmalarının değerlendirilmesi. Elementary Education Online, 16(1), 129-150.
• Eilks, I., Moellering, J., & Valanides, N. (2007). Seventh-grade students’ understanding of chemical reactions: reflections from an action research ınterview study. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 3(4), 271-286. https://doi.org/10.12973/ejmste/75408
• Fulmer, G. W. (2013). Constraints on conceptual change: how elementary teachers’ attitudes and understanding of conceptual change relate to changes in students’ conceptions. Journal of Science Teacher Education, 24(7), 1219-1236. https://doi.org/10.1007/s10972-013-9334-3
• Furlough, C. S., & Gillan, D. J. (2018). Mental models: Structural differences and the role of experience. Journal of Cognitive Engineering and Decision Making, 12(4), 269-287. https://doi.org/10.1177/1555343418773236
• Goodwin, A. (2002). Is salt melting when it dissolves in water. Journal of Chemical Education, 9(3), 93-96.
• Hannust, T., & Kikas, E. (2007). Children’s knowledge of astronomy and its change in the course of learning. Early Childhood Research Quarterly, 22(1), 89-104. http://doi.org/10.1016/j.ecresq.2006.11.001
• Ilyas, A., & Saeed, M. (2018). Exploring teachers understanding about misconceptions of secondary grade chemistry students. International Journal for Cross-Disciplinary Subjects in Education (IJCDSE), 9(1), 3323-3328.
• Ioannides, C., & Vosniadou, S. (2002). The changing of force. Cognitive Science Quarterly, 2(1), 5-61.
• Kandemir, M. A., & Apaydın, Z. (2020). Sınıf öğretmenlerinin fen bilimleri dersinde öğrencilerin sahip olduğu kavram yanılgılarını belirlemelerine ve gidermelerine yönelik bir değerlendirme. Türkiye Bilimsel Araştırmalar Dergisi, 5(2), 82-97.
• Kandemir, M. A., & Apaydın, Z. (2022). Analysis of primary school students’ knowledge structures regarding the movements of the earth according to conceptual change theories. Cukurova University Faculty of Education Journal, 51(2), 825-869. https://doi.org/10.14812/cuefd.934087
• Kandemir, M. A., & Apaydın, Z. (2023). Jigsaw II tekniğinin dördüncü sınıf öğrencilerinin erime ve çözünme kavramlarına yönelik bilgi yapılarına etkisi. Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 23(2), 585-603. http://doi.org/10.17240/aibuefd.2023..-1102529
• Karasar, N. (2015). Bilimsel araştırma yöntemi. Nobel Yayıncılık.
• Kayhan, C. H. (2010). Model ve zihinsel modeller. Erzincan Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 2(3), 407-422.
• Kilmen, S. (2015). Eğitim araştırmaları için SPSS uygulamalı istatistik. Edge Akademi.
• Kirman-Bilgin, A., Nas, S. E., & Akbulut, H. İ. (2014). Öğretmen adaylarının “çözünürlük” konusuna yönelik alternatif kavramlarının belirlenmesi. Uludağ Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 27(2), 371-392.
• Lawson, A. E. (1995). Science teaching and the development of thinking. Wadsworth.
• Malatyali, E., & Yilmaz, K. (2010). Yapılandırmacı öğrenme sürecinde kavramlar ve önemi: Kavramların pedagojik açıdan incelenmesi. Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 3(14), 320-332.
• Ozdemir, G. (2007). Öğrencilerin kuvvet kavramına ilişkin bilgi yapılarının bir analizi. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(14), 37-54.
• Ozdemir, G., & Clark, D. B. (2007). An overview of conceptual change theories. Eurasia Journal of Mathematics, Science ve Technology Education, 3(4), 351-361. https://doi.org/10.12973/ejmste/75414
• Ozdemir, M. (2018). Ortaokul öğrencilerinin buharlaşma ve kaynama kavramlarına ilişkin bilgi yapılarının analizi [Yüksek lisans tezi]. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi.
• Ozgul, F., Kangalgil, M., Diker, G., & Yamen, E. (2018). Evaluation of the constructivist learning environments of physical education teacher candidates. European Journal of Educational Research, 7(3), 653-658.
• Ozmen, H., & Karamustafaoglu, O. (2019). Eğitimde araştırma yöntemleri. Pegem Akademi.
• Ozturk, A., & Doganay, A. (2013). Primary school 5th and 8th graders’ understanding and mental models about the shape of the world and gravity. Educational Sciences: Theory and Practice, 13(4), 2469-2476.
• Øyehaug, A. B., & Holt, A. (2013). Students’ understanding of the nature of matter and chemical reactions-a longitudinal study of conceptual restructuring. Chemistry Education Research and Practice, 14(4), 450-467. https://doi.org/10.1039/C3RP00027C
• Parnafes, O. (2012). Developing explanations and developing understanding: Students explain the phases of the moon using visual representations. Cognition and Instruction, 30(4), 359-403. https://doi.org/10.1080/07370008.2012.716885
• Pinto, G., Castro-Acuña, C. M., López-Hernández, I., & Alcázar Montero, V. (2023). Learning difficulties in the interpretation of matter at the molecular level by university students—A case study: Dissolution of oxygen in water. Education Sciences, 13(8), 781. https://doi.org/10.3390/educsci13080781
• Ramesh, M., Victor, S. R., & Nagaraju, M. T. V. (2020). Misconceptions in certain science concepts among tribal students. An International Bilingual Peer Reviewed Refereed Research Journal, 10(40), 24-28.
• Sagdıc, A., & Sahin, E. (2023). Examination of dynamic mental constructs and their change regarding phases of the moon. Journal of Science Learning, 6(2), 181-193. https://doi.org/10.17509/jsl.v6i2.51686
• Saygili, G. (2015). İlkokulda kullanılan strateji, yöntem ve teknikler. Pegem Akademi.
• Sen, S., & Yilmaz, A. (2012). Erime ve çözünmeyle ilgili kavram yanılgılarının ontoloji temelinde İncelenmesi. Amasya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1), 54-72.
• Sherin, B. L., Krakowski, M., & Lee, V. R. (2012). Some assembly required: How scientific explanations are constructed during clinical interviews. Journal of Research in Science Teaching, 49(2), 166-198. https://doi.org/10.1002/tea.20455
• Smith, J. P., diSessa, A. A., & Roschelle, J. (1994). Misconceptions reconceived: A Constructivist analysis of knowledge in transition. Journal of the Learning Sciences, 3(2), 115-163. https://doi.org/10.1207/s15327809jls0302_1
• Sozcu, U., & Aydinozu, D. (2018). 7. sınıf öğrencilerinin bilimsellik değerine ilişkin zihinsel modellerindeki değişim. Kastamonu Education Journal, 26(2), 589-597. https://doi.org/10.24106/kefdergi.389882
• Sozcu, U., Kildan, A. O., Aydinozu, D., & Ibret, B. Ü. (2016). Bilimsellik değerine ilişkin zihinsel modellerin değişiminin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi. Cumhuriyet International Journal of Education, 5(2), 9-22.
• Tas, M. A., & Karatas, M. K. (2012). Öğretim hedefleri ünitesindeki bilişsel alanda davranışsal amaç kavramının öğretiminde sunulan örneklerin çeşitliliğinin değerlendirilmesi. Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 10(3), 541-583.
• Turceotte, S. (2012). Computer-supported collobrative inquiry on buoyancy: A discourse analysis supporting the “pieces” position on conceptual change. Journal of Science Education, 21, 808-825.
• Turk, C., Kalkan, H., Kıroglu, K., & Ocak-Iskeleli, N. (2016). Elementary school students’ mental models about formation of seasons: a cross sectional study. Journal of Education and Learning, 5(1), 7-30.
• Ultay, E., Donmez Usta, N., & Durmus, T. (2017). Eğitim alanında yapılan zihinsel model çalışmalarının betimsel içerik analizi. Yaşadıkça Eğitim, 31(1), 21-40.
• Ulu, H., & Ocak, I. (2018). İlköğretı̇m öğrencilerinin fen öğretimine yönelik zihinsel modellerinin incelenmesi̇. Electronic Turkish Studies, 13(11), 1367-1388.
• van Ments, L., & Treur, J. (2021). Reflections on dynamics, adaptation and control: A cognitive architecture for mental models. Cognitive Systems Research, 70, 1-9. https://doi.org/10.1016/j.cogsys.2021.06.004
• Vosniadou, S. (1994). Capturing and modeling the process of conceptual change. Learning and Instruction, 4(1), 45-69. https://doi.org/10.1016/0959-4752(94)90018-3
• Vosniadou, S. (2003). Exploring the relationships between conceptual change and intentional learning. In G. M. Sinatra & P. R. Pintrich (Eds.), Intentional conceptual change (pp. 377-406). Lawrence Erlbaum Associates.
• Vosniadou, S. (2012). Reframing the classical approach to conceptual change: preconceptions, misconceptions and synthetic models. Fraser B., Tobin K., & McRobbie C. (Eds), Second International Handbook of Science Education. Springer International Handbooks of Education (pp. 119-130). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9041-7_10
• Vosniadou, S. (2019). The development of students’ understanding of science. Frontiers in Education, 4(32), 1-6. https://doi.org/10.3389/feduc.2019.00032
• Vosniadou, S., & Brewer, W. F. (1992). Mental models of the earth: A study of conceptual change in childhood. Cognitive Psychology, 24(4), 535-585. https://doi.org/10.1016/0010-0285(92)90018-W
• Vosniadou, S., & Skopeliti, I. (2014). Conceptual change from the framework theory side of the fence. Science & Education, 23, 1427-1445. https://doi.org/10.1007/s11191-013-9640-3
• Yıldırım, A., & Şimşek, H. (2016). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.
• Yuzbasıoglu, M. K., & Kurnaz, M. A. (2020). Ses hakkında öğrenci zihinsel modellerinin belirlenmesi. Anadolu Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (AUJEF), 4(3), 254-27. https://doi.org/10.34056/aujef.687236