Development of Context-Based 'Learning Situations Test' for Determining a Grounded Mental Model in the 6th Grade “Conduction of Electricity” Unit

Abstract

The current literature underscores the significance of identifying mental models and the relevance of science subjects to everyday life. Grounded mental model theory and the use of context-based questions are crucial for effective mental model detection in science education. This study aims to develop a learning situation test to identify context-based mental models for the unit on electricity transmission. To create the 'Context-based Electricity Transmission Learning Situations Test' (CbLST), relevant studies were reviewed to gather alternative ideas. Additionally, input was collected from 178 science teachers across Türkiye to ensure national applicability. The study also examined the science curriculum, central exams, the educational information network, and textbooks for the electricity transmission unit, along with existing context-based question studies. Expert opinions from six specialists were solicited for the CbLST. Following a pilot test with 293 students, item analyses were conducted. The research culminated in the development of the CbLST, comprising 21 questions, enabling the identification of students' grounded mental models. Recommendations for integrating the CbLST into the literature are provided, positioning it as an innovative tool for uncovering students' grounded mental models.

Keywords

• Grounded mental model
• context-based
• learning situations test
• conduction of electricity
• 6th grade

6. Sınıf “Elektriğin İletimi” Ünitesinde Temellendirilmiş Zihinsel Model Belirlemeye Yönelik Bağlam Temelli 'Öğrenim Durumları Testi' Geliştirilmesi

Abstract

Mevcut literatür, zihinsel modellerin belirlenmesinin ve fen konularının günlük hayata olan öneminin altını çizmektedir. Temellendirilmiş zihinsel model teorisi ve bağlam temelli soruların kullanımı, fen eğitiminde etkili zihinsel model tespiti için çok önemlidir. Bu çalışma, elektrik iletimi ünitesine yönelik bağlam temelli zihinsel modelleri belirlemek için bir öğrenme durumu testi geliştirmeyi amaçlamaktadır. "Bağlam Temelli Elektrik İletimi Öğrenme Durumları Testi" (BTEİÖDT) oluşturmak için ilgili çalışmalar gözden geçirilmiş ve alternatif fikirler toplanmıştır. Ayrıca, Türkiye genelinde 178 fen bilimleri öğretmeninden ulusal uygulanabilirliği sağlamak amacıyla bağlam örnekleri alınmıştır. Çalışmada ayrıca, elektrik iletimi ünitesi için fen öğretim programı, merkezi sınavlar, eğitim bilgi ağı ve ders kitapları ile mevcut bağlam temelli soru çalışmaları incelenmiştir. BTEİÖDT için altı uzmandan görüş alınmıştır. 293 öğrenciyle yapılan pilot testin ardından madde analizleri gerçekleştirilmiştir. Araştırma, öğrencilerin temellendirilmiş zihinsel modellerini belirlemeye olanak tanıyan 21 sorudan oluşan BTEİÖDT'nin geliştirilmesiyle sonuçlanmıştır. BTEİÖDT'nin literatüre entegrasyonu için öneriler sunulmuş ve öğrencilerin temellendirilmiş zihinsel modellerini ortaya çıkarmak için yenilikçi bir araç olarak konumlandırılmıştır.

Keywords

• Temellendirilmiş zihinsel model
• bağlam temelli
• öğrenim durumları testi
• elektriğin iletimi
• altıncı sınıf.

References

1. A.Şengüleç, Ö., Bahçivan, E., & Azar, A. (2017). Argümantasyonun elektrikteki kavramsal anlama üzerine etkisi. Karaelmas Journal of Educational Sciences, 5(1), 157–175.
2. Ahmed, A., & Pollitt, A. (2007). Improving the quality of contextualized questions: An experimental investigation of focus. Assessment in Education, 14(2), 201-232.
3. Acet, İ., & Akyüz, H. İ. (2020). The effect of student- content İnteraction on students academic achievement and attitude towards science. Online Science Education Journal, 5(1), 21–31. https://dergipark.org.tr/en/pub/ofed/issue/55027/681327
4. Akıllı, H. İ., & Kıngır, S. (2020). The İmpact of high-level teacher questioning on elementary school students’ achievement, retention and attitude in science. Journal of Education in Science, Environment and Health. https://doi.org/10.21891/jeseh.811429
5. Aydoğan, S., Güneş, B., & Gülçiçek, Ç. (2003). Isı ve sıcaklık konusunda kavram yanılgıları. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 23(2), 111–124. http://dergipark.ulakbim.gov.tr/gefad/article/view/5000078844
6. Ayvacı, H. Ş., Ernas, S., & Dilber, Y. (2016). Bağlam temelli rehber materyallerin öğrencilerin kavramsal anlamaları üzerine etkisi: “iletken ve yalıtkan maddeler” örneği. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(1), 51–78. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/253563
7. Baybars, M. G. (2018). Fen bilgisi öğretmen adaylarının metallerin elektrik iletkenliği ile ilgili zihinsel modellerinin belirlenmesi. Eğitimde Kuram ve Uygulama, 14(1), 36-47.
8. Bennett, J., Lubben, F., & Hogarth, S. (2007). Bringing science to life: A synthesis of the research evidence on the effects of context-based and STS approaches to science teaching. Science Education, 91(3), 347-370.

9. Brna, P. (1988). Confronting misconceptions in the domain of simple electrical circuits. Instructional Science, 17(1), 29–55. https://www.jstor.org/stable/23369119
10. Canpolat, E., & Ayyıldız, K. (2019). 8 .Sınıf öğrencilerinin fen bilimleri dersi bilgilerini günlük yaşam ile lişkilendirebilme düzeyleri. Anadolu Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 3(1), 21–39.
11. Case, J. M., & Fraser, D. M. (1999). An investigation into chemical engineering students’ understanding of the mole and the use of concrete activities to promote conceptual change. International Journal of Science Education, 21(12), 1237-1249.
12. Caymaz, B., & Aydın, A. (2019). Ortak bilgi yapılandırma modelinin yedinci sınıf öğrencilerinin elektrik enerjisi ünitesine ilişkin kavramsal anlamalarına etkisi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 27(5), 1955–1975. https://doi.org/10.24106/kefdergi.3196
13. Chanserm, T., Tupsai, J., & Yuenyong, C. (2019). Grade 11 student’s mental model of the nature of light. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1340, No. 1, p. 012086). IOP Publishing.
14. Cokelez, A., & Yurumezoglu, K. (2009). Conceptualization forms of “ electricity , electric current and electrical energy ” by junior high school ( aged 12-14 ) students. Latin-American Journal of Physics Education, 3(3), 496–505.
15. Creswell, J. W. (2009). Research design. Third Edition, SAGE Publications, Inc.
16. Elmas R., & Eryılmaz A. (2015). How to write good quality contextual science questions: criteria and myths. Kuramsal Eğitimbilim Dergisi, 8(4), 564-580.
17. Ezberci Çevik, E. (2018). Fen bilgisi öğretmen adaylarının yıldız konusundaki temellendirilmiş zihinsel modellerinin matematiksel algoritmalar yoluyla incelenmesi (Doktora Tezi). Kastamonu Üniversitesi.
18. Furió, C., & Guisasola, J. (1998). Difficulties in learning the concept of electric field. Science Education, 82(4), 511–526. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-237X(199807)82:4<511::AID-SCE6>3.0.CO;2-E
19. 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.
20. Gilbert, J. K. (2006). On the nature of “context” in chemical education. International Journal of Science Education, 28(9), 957-976.
21. Greca, I. M., & Moreira, M. A. (2000). Mental models, conceptual models, and modelling. International Journal of Science Education, 22(1), 1–11.
22. Gökçe, B. (2018). Yaşam temelli öğrenme yaklaşımının 6.sınıf öğrencilerinin elektriğin iletimi ünitesine yönelik başarı, tutum ve motivasyonları üzerine etkisi (Yüksek lisans tezi). Gazi Üniversitesi.
23. Gökdoğan, S. (2021). Kavram yanılgılarını belirlemede yapılandırılmış grid ve üç aşamalı test yöntemlerinin karşılaştırılması (Yüksek lisans tezi). Hacettepe Üniversitesi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
24. Günaydın, M. (2019). V diyagramları ile yapılan öğretimin 6.sınıf öğrencilerinin kavramsal anlamalarına etkisi: Elektriğin iletimi ünitesi (Yüksek lisans tezi). Trabzon Üniversitesi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
25. Güneş, M. H., & Çelikler, D. (2010). The investigation of effects of modelling and computer assisted instruction on academic achievement. The International Journal of Educational Researchers, 1(1), 20-27.
26. Hanke, U., (2008). Realizing Model-Based Instruction - The Model of Model-Based Instruction, In D. Ifenthaler, P. Pirnay-Dummer ve J. M. Spector (Eds.), Understanding Models for Learning and Instruction (pp. 175-186). Springer Science+Business Media, LLC.
27. Harrison, A. G. (2001). How do teachers and textbook writers model scientific ideas for students? Research in Science Education, 31, 401-435.
28. Hasançebi, B., Terzi, Y., & Küçük, Z. (2020). Madde güçlük indeksi ve madde ayırt edicilik indeksine dayalı çeldirici analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(1), 224-240.
29. Heller P., & Hollabaugh M., (1992). Teaching problem solving through cooperative grouping. part 2: Designing problems and structuring groups, American Journal of Physics, 60(7), 637-644.
30. Hussain, N. H., Salim, K. R., Haron, H. N., Ali, R., & Hussain, H. (2013). Student’s alternative conception in basic electric circuit. Research in Engineering Education Symposium, REES 2013, July, 1–6. https://www.researchgate.net/publication/282009342%0AStudent’s
31. İlhan, N., & Hoşgören, G. (2017). Fen bilimleri dersine yönelik yaşam temelli başarı testi geliştirilmesi: Asit baz konusu. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 5(2), 87–110.
32. Ivanjek, L., Morris, L., Schubatzky, T., Hopf, M., Burde, J. P., Haagen-Schützenhöfer, C., Dopatka, L., Spatz, V., & Wilhelm, T. (2021). Development of a two-tier instrument on simple electric circuits. Physical Review Physics Education Research, 17(2), 20123. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.17.020123
33. Kabuklu, Ü. N, Yüzbaşıoğlu, M. K., & Kurnaz, M. A. (2019). Fen eğitimiyle alakalı araştırmalarda bağlam temelli madde yazma ölçütlerinin belirlenmesi. Uluslararası Fen, Matematik, Girişimcilik ve Teknoloji Eğitimi Kongresi, 12- 14 Nisan, İzmir.
34. Karakuyu, Y., & Tüysüz, C. (2011). Elektrik konusunda kavram yanılgıları ve kavramsal değişim yaklaşımı. Gaziantep University - Journal of Social Sciences, 10(2), 825–838. http://jssarchive.gantep.edu.tr/~sbd/index.php/sbd/article/view/424
35. Karslı, F., & Yiğit, M. (2017). Effectiveness of the REACT strategy on 12th grade students’ understanding of the alkenes concept. Research in Science & Technological Education, 35(3), 274-291.
36. Kazaklı, T. (2020). Sınıf dışı etkinliklerin ortaokul öğrencilerinin fen bilimleri dersi akademik başarılarına ve fen öğrenmeye yönelik motivasyonlarına etkisi (Yüksek lisans tezi). Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi.
37. Keser, Ö. F., & Başak, H. M. (2013). Yaşamımızdaki elektrik ünitesine yönelik öğrenci kazanım düzeylerinin incelenmesi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 10(2), 117–127.
38. Kölemen, S. (2018). Yapılandırmacı Öğrenme yaklaşımında araştırmacı sorgulayıcı eğitim ve bilgisayar destekli öğretim metodu ile işlenen fen dersinin ilköğretim 6.sınıf öğrencilerinin başarı, öğrenme yaklaşımı ve motivasyona etkisi (Yüksek lisans tezi). Necmettin Erbakan Üniversitesi.
39. Kömürcü, S. (2010). Yapılandırmacı yaklaşıma dayalı öğretim gören 6.sınıf öğrencilerinin yaşamımızdaki elektrik ünitesiyle ilgili düşüncelerini içeren nitel bir çalışma [Yüksek lisans tezi]. Pamukkale Üniversitesi Fen. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
40. Kriek, J and Gaigher, E. (2006). Investigation of pre-service teacher’s understanding of ohm’s law. Conference: Southern African Association for Research in Mathematics, Science and Technology Education, At Maputo, Mozambique.
41. Kurnaz, M. A. (2022). Temellendirilmiş zihinsel model teorisi. Amasya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1, 121–132. https://dergipark.org.tr/tr/pub/amauefd/issue/70418/1091799
42. Kurnaz, M. A., Tarakçı, F., Aydın, A., & Pektaş, M. (2013). Elektriklenme, yıldırım ve şimşek ile ilgili öğrenci zihinsel modellerinin incelenmesi. Uşak Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 6(4), 33–51. https://doi.org/10.1190/segam2013-0137.1
43. Kurnaz, M. A. (2013). Fizik öğretmenlerinin bağlam temelli fizik problemleriyle ilgili algılamalarının incelenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 21(1), 375-390.
44. Kurnaz, M. A., & Ekşi, C. (2015). An analysis of high school students' mental models of solid friction in physics. Educational Sciences: Theory and Practice, 15(3), 787-795.
45. Kurnaz, M. A. (2012). FENE 528 Öğrenmeyi ve Bilgiyi Modelleme Dersi. Yayımlanmamış Ders Notları, Kastamonu Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
46. Kurnaz, M. A. (2018). FENE 528 Öğrenmeyi ve Bilgiyi Modelleme Dersi. Yayımlanmamış Ders Notları, Kastamonu Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
47. Kurnaz, M. A. (2019). FENE 797 Doktora Uzmanlık Alan Dersi. Yayımlanmamış Ders Notları, Kastamonu Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
48. MEB (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8.Sınıflar). Ankara: Millî Eğitim Bakanlığı Temel Eğitim Genel Müdürlüğü.
49. Moseley, C, Desjean-Perrotta, B. & Utley, J. (2010). The draw an environment test rubric (DAET-R): Exploring pre-service teachers’ mental models of the environment. Environmental Education Research, 16(2), 189-208.
50. Nkopane, L., Kriek, J., Basson, I., & Lemmer, M. (2011). Alternative conceptions about simple electric circuits amongst high school fet band learners. ISTE (İnernational Conferans), 339–353.
51. Özdamar K. Örnekleme Yöntemleri. SPSS ile Biyoistatistik. 4. Baskı, 2001, 261-65.
52. Ramnarain, U., & Moosa, S. (2017). The use of simulations in correcting electricity misconceptions of grade 10 south african physical sciences learners. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education, 25(5), 1–20.
53. Sak, M. (2018). Ortaokul öğrencilerinin ışık konusundaki bağlam temelli sorular ile geleneksel soruları cevaplama düzeylerinin karşılaştırılması (Yüksek lisans tezi). Kocaeli Üniversitesi.
54. Saputro, D. E., Sarwanto, S., Sukarmin, S., & Ratnasari, D. (2018). Students’ conceptions analysis on several electricity concepts. Journal of Physics: Conference Series, 1013(1). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1013/1/012043
55. Sözbilir, M., Sadi, S., Kutu, H., & Yıldırım, A., (2007). Kimya eğitiminde içeriğe/bağlama dayalı (context-based) öğretim yaklaşımı ve dünyadaki uygulamaları, I. Ulusal Kimya Eğitimi Kongresi, s. 108.
56. Suiçer, M. cum. (2019). Elektriğin iletimi ünitesinde tartışma yöntemi kullanımının 6.sınıf öğrencilerinin kavramlarındaki değişime ve akademik başarılarına etkisi (Yüksek lisans tezi). Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi.
57. Tekbıyık A., Akdeniz A. R., Bağlam temelli ve geleneksel fizik problemlerinin karşılaştırılması üzerine bir inceleme, Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 2010, 4(1), 123-140.
58. Tiftikçi, İ. H., Yüksel, İ., Koç, A., & Çıbık, A. S. (2017). Tahmin gözlem açıklama yöntemine dayalı laboratuvar uygulamalarının elektrik akımı konusundaki kavram yanılgılarının giderilmesine ve başarıya etkisi. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(Özel Sayı), 19–29.
59. Ültay, E. (2017). Examination of context-based problem solving abilities of preservice physics teachers. Journal of Baltic Science Education, 16(1), 113-122.
60. Villarino, G. N. B. (2018). Students’ alternative conceptions and patterns of understanding concerning electric circuits. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education, 26(4), 49–70.
61. Vosniadou, S. (1994). Capturing and modelling the process of conceptual change. Learning and Instruction, 4, 45-69.
62. Vosniadou, S. & Brewer, W. F., (1994) “Mental Models of the Day/Night Cycle.” Cognitive Science, 18, 123-183.
63. Wainwright, C. L. (2007). Toward learning and understanding electricity : Challenging persistent isconceptions. In The Annual Meeting of the Association for Science Teacher Education, 6, 1–30.
64. Yaz, Ö. V. (2022). Fen bilgisi öğretmen adaylarının enerji konusuna ilişkin temellendirilmiş zihinsel modellerinin tespiti ve derin sinir ağları ile sınıflandırılması (Doktora Tezi), Kastamonu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
65. Yıldız, E., Ağgül, Ö., Çalıklar, Ş., & Şimsek, Ü. (2020). Eğitsel oyun ve işbirlikli öğrenmenin 6.sınıf öğrencilerinin akademik başarılarına, sosyal becerilerine ve öğrenme motivasyonlarına etkisi. Anemon Muş Alparslan Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 8(6), 1703–1716.
66. Yüksel, B. (2019). Arduıno ile programlamanın 6.sınıf öğrencilerinin fen bilimlerine yönelik tutum, başarı ve öz yeterliliklerine etkisi (Yüksek lisans tezi). Bülent Ecevit Üniversitesi.
67. Yüzbaşıoğlu, M. K. (2022). Kuvvetin ölçülmesi ve sürtünme" ünitesine yönelik bağlam temelli tasarlanan çizgi romanların öğrencilerin temellendirilmiş zihinsel model gelişimine etkisi (Doktora tezi). Kastamonu Üniversitesi. http://earsiv.kastamonu.edu.tr:8080/xmlui/handle/20.500.12597/1849
68. Yüzbaşıoğlu, M. K., (2015). Ses konusuyla ilgili öğrenci zihinsel modellerinin incelenmesi [Yüksek lisans tezi]. KÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
69. Yüzbaşıoğlu, M. K., & Kurnaz, M. A. (2020). Ses hakkında öğrenci zihinsel modellerinin belirlenmesi. Anadolu Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (AUJEF), 4(3), 254-275.
70. Yüzbaşıoğlu, M. K. ve Kurnaz, M. A. (2023). Fen bilimleri dersi "kuvvetin ölçülmesi ve sürtünme" ünitesine yönelik bağlam temelli öğrenme durumları testi geliştirme çalışması. Adıyaman Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, (45), 32-65.