Investigation of High School Students' Graph Drawing Levels for Force and Motion

Year 2024, , 65 - 95, 15.01.2024

Betül Şeyma Yeltekin Atar , Işıl Aykutlu

https://doi.org/10.9779/pauefd.1202430

Abstract

“Force and motion” is one of the subjects of physics classes that includes the most graphs. Enabling one to understand the relationship between variables, graphs have an important place in physics courses. A total of 209 11th grade students at an Anatolian High School participated in this study which was carried out to determine graphs drawing levels of high school students related to force and motion. A Graph Drawing Skill Form (GDSF) containing five open-ended questions was used as a data collection tool. In the analysis of students’ graphs, an evaluation rubric was used, which was based on the scoring rubric designed by Tarakçı (2016) with additional categories and criteria. To support the findings of the study, semi-structured interviews were carried out with 42 students (20% of the total). At the end of the study, it was determined that students had difficulty drawing the velocity-time, acceleration-time, and position-time graphs. Moreover, it was seen that students had errors and issues with naming the axis of graphs, writing down the data on the axis, creating a point, and drawing a curve graph. Based on the findings of the study, it is recommended that applications that require using more graphs should be part of the curriculum so that students have a better understanding of graphs used in physics. It is believed that using simulations or animations which present the graph, and the motion of the object simultaneously would be more effective in students’ understanding of graphs in force and motion.

Keywords

force and motion, level of graph drawing, line graph, high school students

Kuvvet ve Hareket Konusuna Yönelik Lise Öğrencilerinin Grafik Çizme Düzeylerinin İncelenmesi

Abstract

Kuvvet ve hareket konusu fizik dersi konuları içerisinde en fazla grafik içeren konulardan birisidir. Değişkenler arasındaki ilişkinin anlaşılmasını sağlayan grafikler fizik dersi içerisinde önemli bir yer almaktadır. Öğrencilerin kuvvet ve hareket konusunda bulunan çizgi grafiklerine yönelik grafik çizme düzeylerini belirlemek amacıyla yapılan bu araştırmaya Anadolu Liselerinde öğrenim gören ve 11. sınıfa devam etmekte olan toplam 209 öğrenci katılmıştır. Öğrencilerin grafik çizme düzeylerinin belirlenmesinde veri toplama aracı olarak açık uçlu beş soru içeren Grafik Çizme Beceri Formu (GÇBF) kullanılmıştır. Öğrencilerin çizmiş olduğu grafiklerin analizinde Tarakçı (2016)’nın çalışmasında geliştirdiği puanlama rubriğine ek kategori ve kriterler eklenerek grafik çizimlerini değerlendirme rubriği kullanılmıştır. Araştırmada elde edilen bulguları destekleyebilmek için 42(%20) ile de yarı yapılandırılmış görüşme yapılmıştır. Araştırma sonucunda, öğrencilerin kuvvet ve hareket konusu içerisinde yer alan hız-zaman, ivme-zaman ve konum-zaman grafiklerinin çizimlerine yönelik zorlukların bulunduğu belirlenmiştir. Araştırmada ayrıca öğrencilerin grafik eksenlerini isimlendirmede, eksenlere verilerin yazılmasında, nokta oluşturmada ve grafik eğrisini çizmede hatalarının ve eksikliklerinin olduğu tespit edilmiştir. Araştırmada elde edilen sonuçlar doğrultusunda öğrencilerin fizik konularına yönelik grafikleri daha iyi anlaşılması için daha fazla grafik kullanımı gerektiren uygulamalara yer verilmesi önerilmektedir. Kuvvet ve hareket konusunun öğretiminde cismin hareketi ve grafiği aynı anda veren simülasyon veya animasyon uygulamalarının kullanılmasının konuya yönelik grafiklerin anlaşılmasında etkili olacağına inanılmaktadır.

Keywords

kuvvet ve hareket, grafik çizme düzeyi, çizgi grafiği, lise öğrencileri

References

• Arpaguş, E. K., Ünsal, Y. ve Moğol, S. (2011). Görsel okumanın ortaöğretim öğrencilerinin küresel aynalar ve mercekler konusundaki başarılarına etkisi. E-Journal of New World Sciences Academy (NWSA), 6(3), 1972-1981.
• Aycan, Ş., ve Yumuşak, A. (2003). Lise müfredatındaki fizik konularının anlaşılma düzeyleri üzerine bir araştırma. Milli Eğitim Dergisi, 159, 171-180.
• Aydın, A. ve Tarakçı F. (2018). Fen bilimleri öğretmen adaylarının grafikleri okuma, yorumlama ve hazırlama becerilerinin incelenmesi. İlköğretim Online, 17(1), 469-488. https://doi.org/10.17051/ilkonline.2018.413806
• Bahtaji, M. A. A. (2020). Improving students graphing skills and conceptual understanding using explicit Graphical Physics Instructions. Cypriot Journal of Educational Science, 15(4), 843-853. https://doi.org/10.18844/cjes.v15i4.5063
• Bayazıt, İ. (2011). Öğretmen adaylarının grafikler konusundaki bilgi düzeyleri. Gaziantep Üniversitesi, Sosyal Bilimler Dergisi, 10(4), 1325-1346.
• Beichner, R. (1994). Testing student interpretation of kinematics graphs. American Journal of Physics, 62, 750-762.
• Bektasli, B., & White, A. L. (2012). The relationships between logical thinking, gender, and kinematics graph ınterpretation skills. Eurasian Journal of Educational Research, 48, 1-19. https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ1057377.pdf
• Berg, C. A., & Philips, D.G. (1994). An investigation of the relationship between logical thinking and the ability to construct and interpret line graphs. Journal of Research in Science Teaching, 31(4), 323 – 344. Doi:10.1002/TEA.3660310404
• Bozkurt, E. (2008). Fizik eğitiminde hazırlanan bir sanal laboratuvar uygulamasının öğrenci başarısına etkisi (Yayınlanmamış doktora tezi). Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye.
• Bütüner, S. Ö., ve Uzun, S. (2011). Fen öğretiminde karşılaşılan matematik temelli sıkıntılar: Fen ve teknoloji öğretmenlerinin tecrübelerinden yansımalar. Kuramsal Eğitimbilim, 4(2), 262
• Can, B., ve Şahin-Pekmez, E. (2010) Bilimin doğası etkinliklerinin ilköğretim yedinci sınıf öğrencilerinin bilimsel süreç becerilerinin geliştirilmesindeki etkisi, Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7, 113-123.
• Charpenter, P. A. & Shah, P. (1998). A model of the perceptual and conceptual processes in graph comprehension. Journal of Experimental Psychology: Applied, 4(2), 75-100. https://doi.org/10.1037/1076-898X.4.2.75
• Coştu, B. (2007). Comparison of students’ performance on algorithmic, conceptual and graphical chemistry gas problems. Journal of Science Education and Technology, 16(5), 379–386.
• Coştu, F., & Satılmış, S. (2020). Fizik dersi hareket konusunda kavramsal, işlemsel ve grafiksel soruları çözme başarılarının karşılaştırılması. 2. Uluslararası Fen, Matematik, Girişimcilik ve Teknoloji Eğitimi Kongresi, 19-22 Kasım, Bursa.
• Çoramık, M., ve Özdemir, E. (2021). Veri toplama kartı ve Labview kullanılarak yay sabitinin belirlenmesi. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 9(1),111-126.
• Demirci, N., ve Uyanık F., (2009). Onuncu sınıf öğrencilerinin grafik anlama ve yorumlamaları ile kinematik başarıları arasındaki ilişki. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi (EFMED), 3(2), 22-51. Doi: 10.17522/NEFEFMED.97970
• Ercan, O., Coştu, F., ve Coştu, B. (2018). Öğretmen adaylarının grafik çiziminde karşılaştıkları güçlüklerin belirlenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 26(6), 1929-1938. https://doi.org/10.24106/kefdergi.2227
• Erceg, N., & Aviani, I. (2014). Students’ understanding of velocity-time graphs and the sources of conceptual difficulties. Croatian Journal of Education (Hrvatski časopis za odgoj i obrazovanje), 16(1), 43-80. https://hrcak.srce.hr/120164
• Eryılmaz-Toksoy, S. (2020). 11. Sınıf öğrencilerinin hareket türlerini açıklama ve ilgili grafikleri çizme, yorumlama bilgilerinin incelenmesi. Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 20(3), 1423-1441. https://dx.doi.org/10.17240/aibuefd.2020..-618011
• Friel, S. N., Curcio, F. R. & Bright, G. W. (2001). Making sense of graphs: Critical factors influencing comprehension and instructional implications. Journal of Research in Mathematics Education, 32(2), 124-158. Doi: 10.2307/749671
• Glazer, N. (2011). Challenges with graph interpretation: a review of the literatüre. Studies in Science Education, 47(2), 183-210. https://doi.org/10.1080/03057267.2011.605307
• Hadjidemetriou, C., & Williams, J.S. (2002). Children’s graphical conceptions. Research in Mathematics Education, 4,69-87. https://doi.org/10.1080/14794800008520103
• Kanlı, Y., ve Yağbasan, R. (2008). 7E modeli merkezli laboratuvar yaklaşımının öğrencilerin bilimsel süreç becerilerini geliştirmedeki yeterliliği. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 28(1), 91-125.
• Karasar, N. (2002). Bilimsel araştırma yöntemleri (11.Baskı). Ankara: Nobel Yayınları. Kaygısız, G. M., Benzer, E., ve Uçar, M. (2017). Fen bilgisi öğretmen adaylarının bilimsel süreç becerilerine dayalı deney tasarımlarının değerlendirilmesi. Sakarya Üniversitesi Eğitim Dergisi, 7(3), 467-483.
• Kranda, S. & Akpınar, M. (2020). Students' views about difficulties they are experienced with in graphic reading and drawing. Hacettepe University Journal of Education, 35(2), 415-427. doi: 10.16986/HUJE.2019050634
• Kurnaz, M. A. (2013). An analysis of Turkish high school students' performance on conceptual, algorithmic and graphical physics problems. Journal of Asian Scientific Research, 3(7), 698-714.
• Kwon, O. N. (2002). The effect of calculator based ranger activities on students’graphing ability. School Science and Mathematics, 102(2), 57-67.
• Lai, K., Cabrera, J., Vitale, J. M., Madhok, J., Tinker, R., & Linn, M. C. (2016). Measuring graph comprehension, critique, and construction in science. Journal of Science Education and Technology, 25(4), 665–681.
• Lowrie, T., & Diezmann, C. M. (2007). Middle scholl students ınterpreting graphical tasks: diffuculties within a graphical language, in 4th East Asia Regional Conference on Mathematics Education, 18-22 June, Penang, Malaysia, Conference Paper, 611-617.
• Martin, D. J. (1997). Elemantary science methods: a constructivist approach. Delmar Publishers, NY.
• McDermott, L.C., Rosenquist, M.L.& van Zee, E.H. (1987). Student difficulties in connecting graphs and physics: Examples from kinematics. American Journal of Physics, 55, 6, 503. https://doi.org/10.1119/1.15104
• Mchunu, S. P., & Imenda, S. (2012). The alternative conceptions held by high school students in mechanics. Science in Society, 4(1), 25-42. https://doi.org/10.18848/1836-6236/CGP/v04i01/51358
• Mckenzie, D.L. & Padilla, M. J. (1986). The construction and validation of the test of graphing in science (TOGS). Journal of research in science teaching, 23(7), 571-579. https://doi.org/10.1002/tea.3660230702
• Milli Eğitim Bakanlığı (MEB). (2018). Ortaöğretim fizik dersi (9,10,11 ve 12. sınıflar) öğretim programı. MEB Yayıncılık. http://mufredat.meb.gov.tr/ProgramDetay.aspx?PID=351
• Murphy, L. D. (1999). Graphing misinterpretations and microcomputer-based laboratory ınstruction: with emphasis on kinematics. Retrieved from https://mste.illinois.edu/murphy/Papers/GraphInterpPaper.html 04.01.2023 tarihinde erişilmiştir.
• Osborne, J., & Ratcliffe, M. (2002). Developing effective methods of assessing ıdeas and evidence, School Science Review, 83(305), 113-123.
• Özgün-Koca, A. (2008). Öğrencilerin grafik okuma, yorumlama ve oluşturma hakkındaki kavram yanılgıları. Özmantar, F. Ö., Bingölbali, E. ve Akkoç, H. (Ed), Matematiksel Kavram Yanılgıları ve Çözüm Önerileri, Ankara: Pegem Akademi Yayıncılık, 61-89.
• Parmar, R. S. & Signer, B. R. (2005). Sources of error in constructing and interpreting graphs: A study of fourth and fifth grade students with LD. Journal of Learning Disabilities, 38(3), 250-261. Doi:10.1177/00222194050380030601
• Planinic, M., Milin-Sipus, Z., Katic, H., Susac, A., & Ivanjek, L. (2012). Comparison of student understanding of line graph slope in physics and mathematics. International Journal of Science and Mathematics Education, 10(6), 1393-1414. Doi:10.1007/S10763-012-9344-1
• Rezba, R. J., Sparague, C. S., Fiel, R. L., Funk, H. J., Okey, J. R., & Jaus, H. H. (1995). Learning and assessing science process skills. Kendall.
• Rosenquist, M. L., & McDermott, L. C. (1987). A conceptual approach to teaching kinematics. American Journal of Physics, 55(5), 407-415. https://doi.org/10.1119/1.15122
• Seçken, N., ve Çelik, Ç. (2021). Lise öğrencilerinin kimyasal denge konusunda grafik yorumlama becerilerinin incelenmesi. Journal of Research in Education and Society, 8(1), 179-204. https://doi.org/10.51725/etad.875931
• Sezgin-Memnun, D. (2013). Ortaokul yedinci sınıf öğrencilerinin çizgi grafik okuma ve çizme becerilerinin incelenmesi. Turkisch Studies- International Periodical For The Languages, Literature and History of Turkish or Turkic, 8(12), 1153-1167.
• Svec, M. T. (1995, April). Effect of micro-computer based laboratory on graphing ınterpretation skills and understanding of motion. Paper presented at the Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, San Francisco, CA.
• Tarakçı, F. (2016). Fen bilimleri öğretmen adaylarının grafikleri okuma, yorumlama ve hazırlama becerilerinin incelenmesi (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu, Türkiye.
• Tairab, H. H., & Khalaf Al-Naqbi, A. K. (2004). How do secondary school science students interpret and construct scientific graphs? Journal of Biological Education, 38(3), 127-132. Doi:10.1080/00219266.2004.9655920
• Uyanık, F. (2007). Ortaöğretim 10. sınıf öğrencilerinin grafik anlama ve yorumlamaları ile kinematik başarıları arasındaki ilişki. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Balıkesir Üniversitesi, Balıkesir, Türkiye.
• Vučeljić, M., & Šuškačević, M. (2016). Achievements of Montenegrian high-school students in Tugk test (test of understanding graphs–kinematics). AIP Conference Proceedings, 1722(1), 310007. https://doi.org/10.1063/1.4944317
• Woolnough, J. (2000). How do students learn to apply their mathematical knowledge to interpret graphs in physics?. Research in Science Education, 30(3), 259-267.
• Yıldırım, A. ve Şimşek, H. (2011). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri (8. Baskı). Seçkin Yayıncılık.