Öğretmen Adaylarının Elektrik Alanın Vektörel Gösterimine Yönelik Zihinsel Modelleri

Yıl 2025, Cilt: 13 Sayı: 1, 1 - 21, 30.06.2025

Alpaslan Şahinoğlu , Zeynep Başkan Takaoğlu

https://doi.org/10.56423/fbod.1485241

Öz

Elektrik ve manyetizma konusu soyut bir içeriğe sahip olmasından dolayı anlaşılması zor bir alan olarak görülmektedir. Bu soyut yapının anlaşılamamasının nedenlerini ortaya çıkarabilecek yöntemlerden biri de mesleğin başında yer alan ve konuyu derinlemesine öğrenen öğretmen adaylarının zihinsel modelleri üzerinden araştırma yapmaktır. Bu nedenle çalışmanın amacı öğretmen adaylarının elektrik alanın vektörel gösterimine ilişkin sahip oldukları zihinsel modelleri belirlemektir. Örnek olay yönteminin kullanıldığı araştırma 181 ilköğretim matematik ve fen bilgisi öğretmen adayı ile yürütülmüştür. Katılımcılara elektrik alanın vektörel gösterimine ilişkin 6 soru içeren elektrik alan bilgi ölçeği uygulanmış ve gönüllü olan 14 öğretmen adayı ile verdikleri cevapların nedenlerine yönelik yapılandırılmamış mülakatlar gerçekleştirilmiştir. Analizler sonunda öğretmen adaylarının nokta yüke ait elektrik alanı çizmede sorun yaşamadığı ve bilimsel modele sahip oldukları tespit edilmiştir. Fakat yük çeşidi, miktarı ya da uygulama şekli değiştikçe elektrik alan çizgilerini oluşturmada zorlandıkları saptanmıştır. Çalışma sonucunda öğretmen adaylarında var olan eksik, yanlış ve yanılgılı bilgilerin bir nedeninin vektörel özellikler ile elektriksel alan bilgisinin ilişkilendirilememesine bağlı olduğu düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

Elektrik alan , elektrik alanın vektörel gösterimi , zihinsel model

Pre-Service Teachers’ Mental Models of Vectorial Representation of Electric Field

Öz

Understanding electricity and magnetism is often considered challenging due to their abstract nature. One approach to uncovering the reasons behind this difficulty is to investigate the mental models held by pre-service teachers, who are in the early stages of their profession and are deeply immersed in the subject matter. This study aims to identify the mental models of pre-service teachers concerning the vectorial representation of the electric field. Employing a case study methodology, the research involved 181 pre-service elementary mathematics and science teachers. Participants completed an electric field knowledge scale comprising six questions related to the vectorial representation of the electric field, followed by unstructured interviews with 14 volunteer pre-service teachers to explore the rationale behind their responses. Analysis revealed that while pre-service teachers demonstrated proficiency in drawing the electric field of a point charge and exhibited a scientific model, they encountered difficulties when depicting electric field lines, particularly when the type, quantity, or application of charge varied. The study suggests that the inability to correlate vectorial properties with electric field knowledge may contribute to the incomplete, erroneous, and misconceived understanding observed among pre-service teachers.

Anahtar Kelimeler

Electric field , vectorial presentation of electric field , mental models

Kaynakça

• Adrian, B. W., & Fuller, R. G. (1997). A qualitative investigation of college students’ conceptions of electric fields. Department of Physics and Astronomy, University of Nebraska.
• Bilal, E., & Erol, M. (2009). Investigating students' conceptions of some electricity concepts. Latin- American Journal of Physics Education, 3(2), 193-201.
• Bradamante, F., Michelini, M., & Stefanel, A. (2006). Learning problems related to the concept of field. In Frontiers of Fundamental Physics: Proceedings of the Sixth International Symposium “Frontiers of Fundamental and Computational Physics”, Udine, Italy, 26–29 September 2004 (pp. 367-379). Springer Netherlands.
• Chabay, R., & Sherwood, B. (2006). Restructuring the introductory electricity and magnetism course. American Journal of Physics, 74, 329–336.
• Campos, E., & Zavala, G. (2017). A look into students' interpretation of electric field lines. In Handbook of Research on Driving STEM Learning With Educational Technologies (pp. 342-364). IGI Global.
• Campos E, Zavala G, Zuza K., & Guisasola J. (2019). Electric field lines: The implications of students’ interpretation on their understanding of the concept of electric field and of the superposition principle. American Journal of Physics, 87(8), 660–667.
• Çepni, S. (2007). Araştırma ve proje çalışmalarına giriş. Trabzon: Celepler Matbaacılık.
• Demirci, N., & Çirkinoğlu, A. (2004). Öğrencilerin elektrik ve manyetizma konularında sahip oldukları ön bilgi ve kavram yanılgılarının belirlenmesi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 1(2), 116-138.
• Demirçalı, S. (2016). Modellemeye dayalı fen öğretiminin öğrencilerin akademik başarılarına, bilimsel süreç becerilerine ve zihinsel model gelişimlerine etkisi: 7. sınıf güneş sistemi ve ötesi-uzay bilmecesi ünitesi örneği [Yayınlanmamış doktora tezi]. Gazi Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü.
• Fishbane, P.M., Gasiorowicz, S., & Thornton, S.T., 2003. Temel Fizik Cilt 2. Ankara: Arkadaş Yayınevi.
• Furio, C., & Guisasola, J. (1998). Difficulties in learning the concept of electric field. Science Education, 82(4), 511-526.
• Greca, I. M., & Moreira, M. A. (2000). Mental models, conceptual models, and modelling. International Journal of Science Education, 22(1), 1-11.
• Goswami, M., & Parida, B.K. (2015). Exploring students’ thought processes involved in the interpretation of electric field lines. EpiSTEME 6: Emerging Computational Media and Science Education, 15-18 December, TIFR, Mumbai.
• Harman, G., & Çökelez, A. (2016). 5. Sınıf Öğrencilerinin Elektrik Devreleri İle İlgili Zihinsel Modelleri. Electronic Turkish Studies, 11(3).
• Hekkenberg, A., Lemmer, M., & Dekkers, P. (2015). An analysis of teachers' concept confusion concerning electric and magnetic fields. African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education, 19(1), 34-44.
• Hesse, M. B. (2005). Forces and fields: The concept of action at a distance in the history of physics. New York: Courier Corporation.
• Huberman, A. M. and Miles, M. B. (2002) The qualitative researcher’s companion. Thousand Oaks, CA: Sage Publications.
• Huang, Y., Yang, B. W., Adams, R., Howell, B., Zhang, J. Z., & Burbank, K. (2008). Teaching electromagnetic fields with computer visualization. Strategies, 1(2), 3.
• Ifenthaler, D. (2008). Practical solutions for the diagnosis of progressing mental models. Understanding models for learning and instruction, 43-61.
• Jones, N. A., Ross, H., Lynam, T., Perez, P., & Leitch, A. (2011). Mental models: An interdisciplinary synthesis of theory and methods. Ecology and Society, 16(1), 46.
• Jonassen, D., & Cho, Y. H. (2008). Externalizing mental models with mindtools. Understanding models for learning and instruction, 145-159.
• Karal, I.S., Alev, N., & Yiğit, N. (2009). Öğretmen Adaylarının Elektrikte Alan Bilgisi. Education Sciences, 4(4), 1450-1567.
• Karal, I. S., & Uzun, S. (2018). Fen bilimleri öğretmen adaylarının elektriksel alan tasvirleri. Uludağ Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 31(2), 481-505.
• Kurt, H. S., & Sarı, M. (2018). Metaphorical perceptions of physics teacher candidates about some concepts of electricity. Erciyes Journal of Education, 2(1), 64-90.
• Liu, S. C., & Lin, H. S. (2015). Exploring undergraduate students’ mental models of the environment: Are they related to environmental affect and behavior? The Journal of Environmental Education, 46(1), 23-40.
• McNeil, S. (2015). Visualizing mental models: understanding cognitive change to support teaching and learning of multimedia design and development. Educational Technology Research and Development, 63(1), 73-96.
• MEB (2018). Ortaöğretim Fizik Dersi (9, 10, 11 ve 12. Sınıflar) Öğretim Programı. http://mufredat.meb.gov.tr/ProgramDetay.aspx?PID=351, Erişim tarihi: 02.01.2024.
• Miles, M. B., & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis: An expanded sourcebook. London: Sage Publications.
• Pocovi, M. C., & Finley, F. (2002). Lines of force: Faraday's and students' views. Science & Education, 11(5), 459-474.
• Punch, K. F. (2005). Sosyal araştırmalara giriş: Nitel ve nicel yaklaşımlar (Çevirenler: D. Bayrak, B. Aslan ve Z. Akyüz). Ankara: Siyasal Kitabevi.
• Ramirez Montoya, M. S. (Ed.). (2017). Handbook of research on driving STEM learning with educational technologies. Hershey, PA, USA: IGI Global.
• Saarlinen, M., Laaksonen, A., & Hirvonen, P. E. (2007). Students' initial knowledge of electric and magneticsaar fields—more profound explanations and reasoning models for undesired conceptions. European Journal of Physics,28(1), 51.
• Sağlam, M., & Millar R. (2006). Upper high school students’ understanding of electromagnetism. International Journal of Science Education, 28(5), 543- 566.
• Scaife, T. M., & Heckler, A. F. (2011). Interference between electric and magnetic concepts in introductory physics. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 7(1), 010104.
• Serway, R. A., & Beichner, R. J. (2011). Fen ve mühendislik için Fizik 2 (Çev. Çolakoğlu, K). Ankara: Palme Yayıncılık.
• Stains, M., & Sevian, H. (2015). Uncovering implicit assumptions: a large-scale study on students’ mental models of diffusion. Research in Science Education, 45(6), 807-840.
• Şahin, E., & Yağbasan, R. (2012). Determining which introductory physics topics pre-service physics teachers have difficulty understanding and what accounts for these difficulties. European Journal of Physics, 33(2), 315.
• Taşkın, T., & Ünlü-Yavaş, P. (2020). Fizik öğretmen adaylarının elektrostatik dengedeki iletkenler ve elektrik alan çizgileri konusundaki bilgilerinin çizim yöntemiyle incelenmesi. İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 21(1), 118-137.
• Törnkvist, S., Pettersson, K. A., & Tranströmer, G. (1993). Confusion by representation: On student's comprehension of the electric field concept. American Journal of Physics, 61, 335-335.
• Türkkan, E. (2017). Investigation of physics teacher candidates' cognitive structures about "electric field": A free word association test study. Journal of Education and Training Studies, 5(11), 146-156.
• Vosniadou, S., & Brewer, W. F. (1994). Mental models of the day/night cycle. Cognitive Science, 18(1), 123-183.
• Wolf, A. Van Hook, S. J., & Weeks, E. R. (1996). Electric field line diagrams don’t work. American Journal of Physics, 64(6), 714-724.
• Yıldırım, A., & Şimşek, H. (2011). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
• Yin, R. K. (1984). Case Study Research: Design and Methods. Beverly Hills CA USA: Sage Publications.
• Young, H. D., & Freedman, A. R. (2010). Sears ve Zemansky'nin Üniversite Fiziği Cilt-2 (Çeviri Ed. Ünlü, H.), 12. baskı, İstanbul: Pearson Education Yayıncılık.