Uncovering Misconceptions: Development of a Three-Tier Conceptual Diagnostic Tool on the Human Circulatory System

Abstract

The circulatory system plays a critical role in maintaining organismal homeostasis through its multifaceted functions, including the transport of oxygen, carbon dioxide, nutrients, and hormones, as well as the regulation of water and electrolyte balance, pH homeostasis, thermoregulation, and immune system support. However, the circulatory system is often incompletely or misunderstood by students due to its abstract concepts, complex interconnected structures, and conceptual inconsistencies in learning materials. Considering the spiral structure of science curricula in particular, it is of great importance that fundamental knowledge related to the circulatory system is accurately taught at an early age, as this forms the foundation for the acquisition of more advanced biological concepts. Therefore, developing valid and reliable assessment tools that can identify students’ conceptual understanding and misconceptions is of great importance. This study aimed to develop a three-tier conceptual diagnostic test to assess sixth-grade students’ understanding of the circulatory system. The study, which was conducted using the survey model, one of the quantitative research methods, was conducted with 225 students selected using the convenient sampling method. As a result, a ten-item test was developed that effectively measures students' learning levels related to the circulatory system. The test demonstrated strong reliability, with KR-20 = 0.85. The diagnostic test is considered to be a valuable instrument for identifying conceptual misconceptions and can serve as a useful resource to support instructional improvement in science education.

Keywords

• Circulatory system
• misconception
• three-tiered concept test

Kavram Yanılgılarını Ortaya Çıkarmak: İnsan Dolaşım Sistemi Üzerine Üç Aşamalı Kavramsal Tanılayıcı Bir Araç Geliştirme

Abstract

Dolaşım sistemi, oksijen, karbondioksit, besin maddeleri ve hormonların taşınmasının yanı sıra, su ve elektrolit dengesinin sağlanması, pH homeostazisinin düzenlenmesi, vücut ısısının korunması ve bağışıklık sisteminin desteklenmesi gibi çok yönlü işlevleriyle organizmanın homeostazisini sürdürmede kritik bir rol oynamaktadır. Ancak dolaşım sistemi, içerdiği soyut kavramlar, birbirine bağlı karmaşık yapılar ve öğrenme materyallerinde yer alan kavramsal tutarsızlıklar nedeniyle öğrenciler tarafından genellikle eksik veya yanlış anlaşılmaktadır. Özellikle fen bilimleri öğretim programlarının sarmal yapısı göz önüne alındığında, dolaşım sistemine ilişkin temel bilgilerin erken yaşlarda doğru bir şekilde öğretilmesi, daha ileri düzeydeki biyolojik kavramların edinilmesi açısından büyük bir öneme sahiptir. Bu bağlamda öğrencilerin konuya ilişkin kavramsal düzeylerini ortaya koyacak geçerli ve güvenilir ölçme araçlarının geliştirilmesi gereklidir. Bu araştırmanın amacı, altıncı sınıf öğrencilerinin dolaşım sistemine yönelik öğrenmelerini ve kavram yanılgılarını belirlemeye yönelik üç aşamalı bir kavram testi geliştirmektir. Nicel araştırma yöntemlerinden biri olan tarama modeliyle yürütülen çalışma, uygun örnekleme yöntemiyle seçilen 225 öğrenci ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular doğrultusunda; dolaşım sistemine ilişkin öğrenme düzeylerini ölçmede kullanılabilecek, on maddeden oluşan, geçerli ve güvenilir bir kavram testi geliştirilmiştir. Testin güvenirlik katsayısı KR-20 = 0.85 olarak belirlenmiştir. Geliştirilen bu test, kavram yanılgılarının tanılanmasında etkili bir araç olarak öğretim sürecine katkı sağlayacak niteliktedir.

Keywords

• Dolaşım sistemi
• kavram yanılgısı
• üç aşamalı kavram testi

References

1. Adeleke, A. A. ve Joshua, E.O (2015). Development and validation of scientific literacy achievement test Adeleke, A. A. & Joshua, E. O. (2015). Development and validation of scientific literacy achievement test to assess senior secondary school students’ literacy acquisition in physics. Journal of Education and Practice, 6(7), 28–43.
2. Arslan, H. Ö., Çiğdemoğlu, C. ve Moseley, C. (2012). A three-tier diagnostic test to assess preservice teachers’ misconceptions about global warming, greenhouse effect, ozone layer depletion, and acid rain. International Journal of Science Education, 34(11), 1667–1686. https://doi.org/10.1080/09500693.2012.680618
3. Atılgan, H. (Ed.). (2013). Eğitimde ölçme ve değerlendirme (6. baskı). Ankara: Anı Yayıncılık.
4. Aytekin, A. ve Topçu, M. S. (2023). The effect of integrating computational thinking (CT) components into science teaching on 6th grade students’ learning of the circulatory system concepts and CT skills. Education and Information Technologies, 1–32. https://doi.org/10.1007/s10639-023-12103-x
5. Ayvacı, H. Ş. ve Durmuş, A. (2016). Bir başarı testi geliştirme çalışması: Isı ve sıcaklık başarı testi geçerlik ve güvenirlik araştırması. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 35(1), 87–102.
6. Bichi, A. A. (2015). Item analysis using a derived science achievement test data. International Journal of Science and Research, 4(5), 1655–1662.
7. Caleon, I. S. ve Subramaniam, R. (2010). Do students know what they know and what they don’t know? Using a four-tier diagnostic test to assess the nature of students’ alternative conceptions. Research in Science Education, 40(3), 313–337.
8. Can, A. (2014). SPSS ile bilimsel araştırma sürecinde nicel veri analizi (2. baskı). Ankara: Pegem Akademi.

9. Canlas, I. P. ve Molino-Magtolis, J. (2022). Reflecting on the relevance of drawing as a tool in eliciting pre-service teachers’ preconceptions of human organs and organ systems. Journal of Biological Education, 1–21. https://doi.org/10.1080/00219266.2022.2147207
10. Cooper, M. M. ve Klymkowsky, M. W. (2013). The trouble with chemical energy: Why understanding bond energies requires an interdisciplinary systems approach. CBE—Life Sciences Education, 12(2), 306–312. https://doi.org/10.1187/cbe.12-10-0170
11. Çalgıcı, G. ve Duru, M. K. (2023). The effect of differentiated instruction on mass and weight misconceptions and academic achievement. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 57(57), 201–225. https://doi.org/10.15285/maruaebd.1117542
12. Çalık, M. ve Ayas, A. (2003). Çözeltilerde kavram başarı testi hazırlama ve uygulama. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 2(14), 1–17.
13. Fraenkel, J. R., Wallen, N. E. ve Hyun, H. H. (2012). How to design and evaluate research in education (8th ed.). New York, NY: McGraw-Hill Higher Education.
14. Gil-Perez, D. ve Carrascosa-Alis, J. (1994). Bringing pupils’ learning closer to a scientific construction of knowledge: A permanent feature in innovations in science teaching. Science Education, 78(3), 301–315. https://doi.org/10.1002/sce.3730780310
15. Gnidovec, T., Žemlja, M., Dolenec, A. ve Torkar, C. (2020). Using augmented reality and the structure–behaviour–function model to teach lower secondary school students about the human circulatory system. Journal of Science Education and Technology, 29, 774–784. https://doi.org/10.1007/s10956-020-09850-8
16. Gömleksiz, M. ve Erkan, S. (2010). Eğitimde ölçme ve değerlendirme. Ankara: Nobel Yayın Dağıtım.
17. Gündüz, E., Yılmaz, M. ve Çimen, O. (2016). The investigation of the 10th year biology textbook of national education ministry (MoNE) as regards to scientific concept. Bayburt Eğitim Fakültesi Dergisi, 11(2), 414–430. https://dergipark.org.tr/en/pub/befdergi/issue/28762/307851
18. Haladyna, T. M. (1997). Writing test items to evaluate higher order thinking. London: Allyn & Bacon.
19. Hickman, P. C., Roberts, S. L., Larson, A., I’Hanson, A. ve Eisenhour, D. J. (2016). Zooloji: Entegre prensipler (16. baskıdan çev. ed. E. Gündüz). Ankara: Palme Yayıncılık.
20. İlhan, N. ve Hoşgören, G. (2017). Fen bilimleri dersine yönelik yaşam temelli başarı testi geliştirilmesi: Asit baz konusu. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 5(2), 87–110.
21. Jamaluddin, J., Jufri, A. W. ve Ramdani, A. (2023). Effect of e-readiness skills, metacognitive awareness, and biological literacy on the high school students' misconceptions. Jurnal Pendidikan IPA Indonesia, 12(2), 252–264. https://doi.org/10.15294/jpii.v12i2.37536
22. Jung, J. (2020). Diagnosing causes of pre-service literature teachers’ misconceptions on the narrator and focalizer using a two-tier test. Education Sciences, 10(4), 104. https://doi.org/10.3390/educsci10040104
23. Karakaya, F., Bilgili, C., Soysal, N. & Yılmaz, M. (2023). Investigation of secondary school students' learning about the fungi kingdom. Turkish Journal of Education, 12(4), 227–242. https://doi.org/10.19128/turje.1334348
24. Karakaya, F., Bozkurt, S. ve Yılmaz, M. (2022). Developing preschool students’ awareness of living things: Fungi in nature. Pedagogical Research, 7(1), e0116. https://doi.org/10.29333/pr/1155
25. Karasar, N. (2006). Bilimsel araştırma yöntemi. Ankara: Nobel Yayıncılık.
26. Keçeci, G., Yıldırım, P. ve Kırbağ Zengin, F. (2019). Sistemler akademik başarı testi: Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Ulusal Eğitim Akademisi Dergisi, 3(1), 96–114.
27. Kehoe, J. (1995). Basic item analysis for multiple-choice tests. Practical Assessment, Research & Evaluation, 4(10), 13.
28. Kelecioğlu, H. ve Göçer Şahin, S. (2014). Geçmişten günümüze geçerlik. Journal of Measurement and Evaluation in Education and Psychology, 5(2), 1–11.
29. Kurt, A., Aydın, M. ve Bekereci, Ü. (2023). Achievement test development study for 6th grade sound and characteristics unit: Validity and reliability analysis. E-International Journal of Educational Research, 14(3), 20–33. https://doi.org/10.19160/e-ijer.1226568
30. Laçin Şimşek, C. (2022). Kavram, kavram yanılgıları, tespiti ve giderilmesi. In C. Laçin Şimşek (Ed.), Fen öğretiminde kavram yanılgıları tespiti ve giderilmesi (ss. 1–25). Ankara: Pegem Akademi.
31. Maulana, Y., Sopandi, W., Rosmiati, I. ve Agustina, N. S. (2023). Analysis of prior knowledge elementary school students using three-tier diagnostic test to identify blood circular system misconceptions. Edu Sains: Jurnal Pendidikan Sains dan Matematika, 11(1), 55–69. https://doi.org/10.23971/eds.v11i1.6298
32. Millî Eğitim Bakanlığı [MEB]. (2018a). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). http://mufredat.meb.gov.tr/ProgramDetay.aspx?PID=325
33. Millî Eğitim Bakanlığı [MEB]. (2018b). Biyoloji Dersi Öğretim Programı. http://mufredat.meb.gov.tr/Dosyalar/20182215535566-Biyoloji%20d%C3%B6p.pdf
34. Nurdiansyah, N. M., Jam’siawati, D., Arief, A., Khaeroni, K. & Habudin, H. (2022). Science learning patterns for primary school/madrasah ibtidaiyah: Use of circulatory bottle props on the circulatory system. Jurnal Basicedu, 6(1), 166–178. https://doi.org/10.31004/basicedu.v6i1.1841
35. Özay Köse, E. ve Yıldırım, T. (2020). Dolaşım sistemi öğretiminde hikâye destekli etkinliklerin ilköğretim öğrencilerinin akademik başarı, tutum ve kalıcılığına etkisi. Uluslararası Beşeri Bilimler ve Eğitim Dergisi, 6(13), 68–84. https://dergipark.org.tr/en/pub/ijhe/issue/54071/665220
36. Patton, M. Q. (2014). Nitel araştırma ve değerlendirme yöntemleri (Çev. Ed.: M. Bütün & S. B. Demir). Ankara: Pegem Akademi.
37. Peker, E. A. & Taş, E. (2020). Misconceptions of fifth grade students about the “Let’s travel and learn about the living world” unit. Van Yüzüncü Yıl University Journal of Education Faculty, 17(1), 643–670. https://doi.org/10.33711/yyuefd.710025
38. Puspitasari, P., Jalmo, T. ve Yolida, B. (2017). Identification of students' misconceptions on photosynthesis and plant respiration. Journal of Bioterdidik: Forum for Scientific Expression, 8(2), 123–137.
39. Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. ve Jackson, R. B. (2013). Campbell biyoloji (Çev. Ed.: E. Gündüz & İ. Türkan). Ankara: Palme Yayıncılık.
40. Sadava, D., Hillis, M. D., Heller, H. C. ve Berenbaum, M. R. (2014). Yaşam bilimi biyoloji (Çev. Ed.: E. Gündüz & İ. Türkan). Ankara: Palme Yayıncılık.
41. Sevinç, Ö. S., Zeynoğlu, E. ve İmert, M. N. (2022). Ortaöğretim 11. sınıf biyoloji ders kitaplarındaki dolaşım sistemine ait görsellerin bilimsel içerik bağlamında incelenmesi. Asya Öğretim Dergisi, 10(2), 21–40. https://doi.org/10.47215/aji.1153086
42. Sim, J. ve Wright, C. C. (2005). The kappa statistic in reliability studies: Use, interpretation, and sample size requirements. Physical Therapy, 85(3), 257–268.
43. Simard, C. (2023). Microorganism education: Misconceptions and obstacles. Journal of Biological Education, 57(2), 308–316. https://doi.org/10.1080/00219266.2021.2012345
44. Simon, E. J., Dickey, J. L., Hogan, K. A. ve Reece, J. B. (2017). Campbell temel biyoloji (Çev. Ed.: E. Gündüz & İ. Türkan). Ankara: Palme Yayıncılık.
45. Sontay, G. ve Karamustafaoğlu, O. (2020). Fen bilimleri dersi “Güneş, Dünya ve Ay” ünitesine yönelik başarı testinin geliştirilmesi. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 40(2), 511–551. https://dergipark.org.tr/en/pub/gefad/issue/56462/670701
46. Şen, S. ve Yılmaz, A. (2017). The development of a three-tier chemical bonding concept test. Journal of Turkish Science Education, 14(1), 110–126. https://doi.org/10.12973/tused.10193a
47. Şenyiğit, Ç. ve Sılay, İ. (2019). Basit elektrik devreleri konusunda üç aşamalı kavram testi geliştirilmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 48, 69–87. https://dergipark.org.tr/tr/pub/deubefd/issue/51015/609631
48. Thouin, M. (2020). La didactique: Essentielle, mais menacée. Didactique, 1(1), 61–86. http://dx.doi.org/10.37571/2020.0104
49. Treagust, D. F. (1988). Development and use of diagnostic tests to evaluate students’ misconceptions in science. International Journal of Science Education, 10(2), 159–169. https://doi.org/10.1080/0950069880100204
50. Uçar, R. ve Aktamış, H. (2019). Astronomi’ye yönelik tutum ölçeği ve 7. sınıf “Güneş sistemi ve ötesi” ünitesine yönelik başarı testi geliştirme çalışması. Batı Anadolu Eğitim Bilimleri Dergisi, 10(1), 57–79.
51. Üçüncü, G. ve Sakız, G. (2020). Başarı testi geliştirme süreci: İlkokul dördüncü sınıf maddeyi tanıyalım ünitesi örneği. Kastamonu Education Journal, 28(1), 82–94. https://doi.org/10.24106/kefdergi.3440
52. Yang, D. C. ve Lin, Y. C. (2015). Assessing 10- to 11-year-old children’s performance and misconceptions in number sense using a four-tier diagnostic test. Educational Research, 57(4), 368–388. https://doi.org/10.1080/00131881.2015.1085235
53. Yıldız, E., Şimşek, Ü. ve Araz, H. (2016). Dolaşım sistemi konusunda eğitsel oyun yönteminin kullanılmasının öğrencilerin akademik başarı ve fen öğrenimi motivasyonu üzerine etkisi. Mustafa Kemal Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 13(36), 20–32. https://dergipark.org.tr/en/pub/mkusbed/issue/44301/547052
54. Yılmaz, M., Gündüz, E., Çimen, O. ve Karakaya, F. (2017). Examining of biology subjects in the science textbook for grade 7 regarding scientific content. Turkish Journal of Education, 6(3), 128–142. https://doi.org/10.19128/turje.318064
55. Yılmaz, M., Gündüz, E., Çimen, O., Karakaya, F. ve Aslan, İ. (2021). 6. sınıf fen bilimleri ders kitaplarının bilimsel içerik ve kazanımlar açısından incelenmesi. E-Kafkas Journal of Educational Research, 8(2), 101–122. https://doi.org/10.30900/kafkasegt.947938
56. Yılmaz, M., Gündüz, E., Üçüncü, G., Karakaya, F. ve Çimen, O. (2018). Sekizinci sınıf fen bilimleri ders kitabındaki biyoloji konularının bilimsel içerik bakımından incelenmesi. Anadolu Öğretmen Dergisi, 2(2), 1–16. https://dergipark.org.tr/tr/pub/aod/issue/41228/490889
57. Zhao, C., Zhang, S., Cui, H., Hu, W. ve Dai, G. (2023). Middle school students’ alternative conceptions about the human blood circulatory system using four-tier multiple-choice tests. Journal of Biological Education, 57(1), 51-67.