Investigating Students’ Causes of Difficulties in the Introductory Quantum Physics Topics

Year 2018, Volume: 38 Issue: 1, 35 - 73, 24.04.2018

Pervin Ünlü Yavaş , Hasan Şahin Kızılcık

Abstract

The purpose of this research is to
determine the frequency of the causes of difficulties in the introductory
quantum physics of high school and university students. For this purpose,
qualitative data of student opinions which collected in another study were used
to develop a Likert scale. The scale has five-factor structure. According to
the results, the difficulty levels of most of items are medium. Students have
positive opinions using animation, simulation and experiments in courses. The
idea that quantum topics do not have examples in everyday life is one of the
most common difficulties. Women are more interested in quantum physics than
men. In addition, the university students were more positive than the high
school students about different teaching methods.

Keywords

Quantum physics, Likert scale, difficulty causes

Öğrencilerin Kuantum Fiziğine Giriş Konularında Zorlanma Nedenlerinin Araştırılması

Abstract

Bu araştırmanın amacı lise ve üniversite öğrencilerinin kuantum fiziğine
giriş konularında zorlanma nedenlerinin görülme sıklığını belirlemektir. Bu
amaçla, önceden nitel olarak alınan öğrenci görüşleri Likert bir ölçek
geliştirmek için kullanılmıştır. Ölçek, beş faktörlü yapı göstermiştir.
Veriler, faktörlere göre incelenmiş ve yorumlanmıştır. Sonuçlara göre, bazı
maddeler dışındaki tüm maddeler için zorluk, orta düzeydedir. Öğrenciler,
derslerin; animasyon, simülasyon ve deneyler üzerinden anlatılmasını olumlu
karşılamaktadır. Öğrencilerin derse düzenli girmesi ve konuyu önemsemesi
bakımından genel bir sorun yoktur. Kuantum konularının günlük yaşamda
karşılaşılan durumlar içermemesi fikri, en çok görülen güçlüklerden biridir.
Kadınların kuantum konularına yönelik ilgisinin erkeklerden daha fazla olduğu
söylenebilir. Ayrıca anlatım yöntemleri ile ilgili üniversite öğrencileri, lise
öğrencilerine göre daha olumlu yaklaşmışlardır.

Keywords

Kuantum fiziği, Likert ölçek, zorlanma nedenleri

References

• Abhang, R. Y. (2005). Making introductory quantum physics understandable and interesting. Resonance Journal of Science Education, 10(1), 63-73. https://doi.org/10.1007/bf02835894
• Akarsu, B., Coşkun, H., ve Kariper, İ. A. (2011). An investigation on college students‘ conceptual understanding of quantum physics topics. Mustafa Kemal University Journal of Social Sciences Institute, 8(15), 349-362.
• Aksakallı, A., Salar, R. ve Turgut, Ü. (2016). Modern fizik dersi alan lisans öğrencilerinin bu ders ile ilgili açığa çıkan kişisel epistemolojik inançları ve bunların nedenlerinin incelenmesi. Fizik Eğitimi ve Felsefesi, 1(1), 1-17.
• Ayene, M., Kriek, J., ve Damtie, B. (2011). Wave-particle duality and uncertainty principle: Phenomenographic categories of description of tertiary physics students‘ depictions. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 7. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.7.020113
• Baybars, M. G., ve Küçüközer, H. (2014). Fen bilgisi öğretmen adaylarının kuantum fiziğine ilişkin kavramsal anlamaları. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1).
• Büyüköztürk, Ş. (2002). Faktör analizi: Temel kavramlar ve ölçek geliştirmede kullanımı. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 32, 470-483.
• Büyüköztürk, Ş. (2016). Sosyal Bilimler İçin Veri Analizi El Kitabı. Ankara: Pegem Akademi.
• Chen, Z., ve Gladding, G. (2014). How to make a good animation: A grounded cognition model of how visual representation design affects the construction of abstract physics knowledge. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 10. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.10.010111
• Çokluk, Ö., Şekercioğlu, G. ve Büyüköztürk, Ş. (2014). Sosyal Bilimler İçin Çok Değişkenli İstatistik SPSS ve Lisrel Uygulamaları. Ankara: Pegem Akademi.
• De Leone, C. J., ve Oberem, G. E. (2004). Toward understanding student conceptions of the photoelectric effect. AIPConference Proceedings, 720, 85. https://doi.org/10.1063/1.1807260
• Didiş, N., Özcan, Ö., ve Abak, M. (2008). Öğrencilerin bakış açısıyla kuantum fiziği: Nitel çalışma. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34, 86-94.
• Fletcher, P., ve Johnston, I. (1999). Quantum mechanics: exploring conceptual change. Paper presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching.
• Henriksen, E. K, Berit, B. B., Angell, C., Tellefsen, C. W., Frågåt, T., ve Bøe, M. V. (2014). Relativity, quantum physics and philosophy in the upper secondary curriculum: challenges, opportunities and proposed approaches. Physics Education, 49(6), 678-684. https://doi.org/10.1088/0031-9120/49/6/678
• Hogarty, K.Y., Hines, C.V., Kromrey, J.D., Ferron, J.M. ve Mumfor, K.R. (2005). The quality of factor solutions in exploratory factor analysis: The influence of sample size, communality, and overdetermination. Educational and Psychological Measurement, 65(2), 202-226.
• Ireson, G. (1999). A multivariate analysis of undergraduate physics students‘ conceptions of quantum phenomena. European Journal of Physics, 20, 193–199. https://doi.org/10.1088/0143-0807/20/3/309
• Johansson, K. E., ve Milstead, D. (2008). Uncertainty in the classroom—teaching quantum physics. Physics Education, 43(2), 173-179. https://doi.org/10.1088/0031-9120/43/2/006
• Kaiser, H.F. (1974). An index of factotial simplicity. Psycmetrika, 39(1), 31-36.
• Kalkanis, G., Hadzidaki, P., ve Stavrou, D. (2003). An instructional model for a radical conceptual change towards quantum mechanics concepts. Science Education, 87, 257-280. https://doi.org/10.1002/sce.10033
• Yazarlar (2017).
• Levrini, O., ve Fantini, P. (2013). Encountering productive forms of complexity in learning modern physics. Science & Education, 22, 1895-1910. https://doi.org/10.1007/s11191-013-9587-4
• Manilla, K., Koponen, I. T., ve Niskanen, J. A. (2002). Building a picture of students‘ conceptions of wave- and particle-like properties of quantum entities. European Journal of Physics, 23, 45-53. https://doi.org/10.1088/0143-0807/23/1/307
• Mashhadi, A. ve Woolnough, B. (1999). Insights into students’ understanding of quantum physics: visualizing quantum entities. European Journal of Physics, 20, 511-516.
• McDermott, L. C., ve Redish, E. F. (1999). Resource letter: PER-1: Physics education research. American Journal of Physics, 67, 755. https://doi.org/10.1119/1.19122
• Müller, R., ve Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70, 200. https://doi.org/10.1119/1.1435346
• Özdamar, K. (2016). Ölçek ve Test Geliştirme Yapısal Eşitlik Modellemesi. Eskişehir: Nisan Kitapevi.
• Özdemir, E., ve Erol, M. (2011). Kuantum Fiziğinde Belirsizlik İlkesi: Hibrit Öğretimin Akademik Başarıya ve kalıcılığa etkisi. Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 29, 20-35.
• Podolefsky, N. S., ve Finkelstein, N. D. (2007). Analogical scaffolding and the learning of abstract ideas in physics: An example from electromagnetic waves. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 3. https://doi.org/10.1103/physrevstper.3.010109
• Pospiech, G. (2000). Uncertainty and complementarity: The heart of quantum physics. Physics Education, 35(6), 393-399. https://doi.org/10.1088/0031-9120/35/6/303
• Rebello, N. S., ve Zollman, D. (1999). Conceptual understanding of quantum mechanics after using hands-on and visualizatıon instructional materials. Papers presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching.
• Sayer, R., Maries, A. ve Chandralekha, S. (2017). Quantum interactive learning tutorial on the double-slit experiment to improve student understanding of quantum mechanics. Physical Review Physics Education Research, 13, 010123.
• Singh, C. (2008). Interactive learning tutorials on quantum mechanics. American Journal of Physics, 76(4), 400–405. https://doi.org/10.1119/1.2825387
• Steinberg, R. N., Oberem, G. E., ve McDermott, L. C. (1996). Development of a computer‐based tutorial on the photoelectric effect. American Journal of Physics, 64, 1370. https://doi.org/10.1119/1.18360
• Şen, A. İ. (2002). Fizik öğretmen adaylarının kuantum fiziğinin temeli sayılan kavram ve olayları değerlendirme biçimleri. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4, 76-85.
• Şencan, H. (2005). Sosyal ve davranışsal ölçümlerde güvenilirlik ve geçerlilik. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
• Tabachnick, B.G. ve Fidell, L.S. (2013). Çok değişkenli istatistiklerin kullanımı. 6. Baskıdan Çeviri Editörü: Mustafa Baloğlu. Ankara: Nobel Akademik Yayıncılık.
• Tavşancıl, E. (2014). Tutumların ölçülmesi ve SPSS ile veri analizi. 5. Basım. Ankara: Nobel Yayıncılık.
• Tezbaşaran, A.A. (2008). Likert tipi ölçek hazırlama kılavuzu. Üçüncü sürüm e-Kitap, Mersin.
• Thacker, B. A. (2003). A study of the nature of students‘ models of microscopic processes in the context of modern physics experiments. American Journal of Physics, 71, 599. https://doi.org/10.1119/1.1566431
• Vokos, S., Shaffer, P.S., Ambrose, B.S. ve McDermott, L.C. (2000). Student understanding of the wave nature of matter: Diffraction and interference of particles. American Jornal of Physics, 68, S42. doi: 10.1119/1.19519
• Yıldız, A., ve Büyükkasap, E. (2011a). Öğretmen adaylarının belirsizlik ilkesini anlama düzeyleri ve öğrenme amaçlı yazmanın akademik başarıya etkisi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 8(4).
• Yıldız, A. ve Büyükkasap, E. (2011b). Öğretmen Adaylarının Fotoelektrik Olayını Anlama Düzeyleri ve Öğrenme Amaçlı Yazmanın Başarıya Etkisi. Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri, 11(4), 2259-2274.
• Zollman, D. A., Rebello, S., ve Hogg, K. (2002). Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. American Journal of Physics, 70, 252. https://doi.org/10.1119/1.1435347