An Overview on the Mental Models About the Structure of Atom for High School and University Students

Öz

Many students have considered the structure of an atom as a difficult topic since it includes abstract concepts. Therefore, students construct mental models in their mind in order to grasp the structure of atoms and these mental models interfere with their learning. This study aims to explore mental models of the high school students and university students related to the atom by examining the studies in the literature in order to portray how students perceive the structure of atoms. In this context, the studies related to the mental models were documented and analyzed by using content analysis. In order to categorize the studies with respect to some certain characteristics, the main themes were formed by the researchers and the analyses were conducted based on these themes. Examining the mental models of the students, it was observed that they drew a solid sphere or some electrons orbiting around the nucleus. Moreover, electron cloud model were the least drawn model even though it was included within the educational programs. Besides, some misconceptions were determined within the studies by examining the mental models of the students.  Most of the researchers conducting these studies recommended that modeling should be included more in the instructions of the teachers. Moreover, they suggested that current educational programs should be rearranged in order to eliminate the possible misconceptions pertinent to the structure of an atom.

Anahtar Kelimeler

• Mental models,atom,content analysis

Lise ve Üniversite Öğrencilerinin Atomun Yapısı ile İlgili Zihinsel Modellerine Genel Bir Bakış

Öz

Kimyayı anlamak, gözle görülemeyen ve dokunulamayan kavramları algılama seviyesiyle ilişkili olduğundan birçok öğrenci için kimya anlaşılması zor bir bilim dalı olmuştur (Polat-Yaseen, 2012). Bu soyut kavramlar arasındaki en yaygın olarak bilinen atom ve yapısı konusudur. Öğrenciler atomun yapısını somutlaştırmak için zihinlerinde bir model oluşturmakta ve bu model de öğrenmelerini doğrudan etkilemektedir (Harrison & Tregaust, 1996). Bu bağlamda, mevcut çalışma ortaöğretim ve yüksek öğretim seviyesindeki öğrencilerin atom ile ilgili zihinsel modellerini belirlemeye yönelik olan mevcut araştırmaları inceleyerek, öğrencilerin atomun yapısını nasıl algıladıklarına dair bir portre oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu noktadan yola çıkarak öğrencilerin zihinsel modellerine yönelik ulusal ve uluslararası yayınlar taranmış ve çalışmalar içerik analizi yöntemiyle incelenmiştir. Çalışmalara kronolojik açıdan bakıldığında atom ve yapısı ile ilgili öğrenci anlayışları üzerine olan çalışmalar, ilk olarak kavram yanılgıları çerçevesinde ele alınmış, son yıllarda ise öğrencilerin zihinsel modellerine odaklanmıştır. Öğrencilerin çizdikleri atom modellerinin şekline bakıldığında basit olarak küre veya çekirdeğin etrafında bulunan elektronlar biçiminde çizilmiş (Harrison, & Treagust, 1996; Griffiths, & Preston, 1992), ancak sınıf düzeyi arttıkça çizimlerde daha karmaşık modellerin de çizildiği ifade edilmiştir (Kurnaz, & Emen, 2013). Ek olarak, elektron bulutu modeli derslerde gösterilmesine rağmen az sayıda öğrenci bu şekli zihinsel modellerinde yansıtmıştır (Charlet-Brehelin, 1998). Ayrıca, öğrencilerin atom ve yapısı ile ilgili zihinsel modellerinin ele alındığı çalışmalar incelendiğinde, ortak bir sınıflandırma dili bulunmamaktadır. Diğer bir deyişle, aynı özellikleri taşıyan zihinsel bir model farklı araştırmacılar tarafından farklı şekillerde isimlendirilmiştir. Bu farklılıklar da öğrencilerin zihinsel modelleri ile ilgili genel bir desen oluşturmasını zorlaştırmaktadır. Diğer taraftan, zihinsel modellerine bakıldığında öğrenciler atomların çok küçük olmalarına rağmen çok güçlü mikroskoplarla görünebileceğine inanmakta (Charlet-Brehelin, 1998; Cokelez, 2012; Griffiths & Preston, 1992; Harrison & Treagust, 1996); bütün atomların aynı atom ağırlığına sahip olduğunu belirtmekte (Harrison, & Treagust, 1996; Griffiths, & Preston, 1992); atom ve molekülleri birbirinden ayırt etmekte zorlanmaktadır (Ben-Zvi, Eylon, & Silberstein,1988; de Vos, & Verdonk, 1996). Özellikle araştırmaların gerçekleştiği yıl aralığına bakıldığında, araştırmacılar yirmi yılı aşkın süredir benzer kavram yanılgılarını sistematik bir biçimde tanılayıp sonuçlarını paylaşmaktadır. Yukarıdaki bulgular incelendiğinde, öğrencilerin atom kavramını etkili bir şekilde öğrenmeleri için modellemeye sınıf içinde daha fazla yer verilmesi ve kavram yanılgılarını gidermeye yönelik ilgili müfredatlarda gerekli düzenlemelerin yapılması gerektiği sonuçları çıkarılabilir.

Anahtar Kelimeler

• Zihinsel model,atom,içerik analizi

Kaynakça

1. Badrian, A., Abdinejad, T., & Naseriazar, A. (2011). A cross-age study of Iranian students' various conceptions about the particulate nature of matter. Journal of Turkish Science Education, 8(2), 49-63.
2. Baybars, M. G., & Küçüközer, H. (2014). fen bilgisi öğretmen adaylarının kuantum fiziğine ilişkin kavramsal anlamaları. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1.
3. Ben-Zvi, R., Eylon, B., & Silberstein, J. (1988). Theories, principles and laws.Education in chemistry, 25(3), 89-92.
4. Cokelez, A. (2012). Junior high school students’ ideas about the shape and size of the atom. Research in Science Education, 42, 673-686.
5. Charlet Brehelin, D. (1998). Contribution à l'enseignement- apprentissage du concept d'atome au collège (Doctoral dissertation).
6. Cokelez, A. & Dumon, A. (2005). Atom and molecule: upper secondary school french students’ representations in long-term memory. Chemistry Education Research and Practice, 6(3), 119-135.
7. de Vos, W., & Verdonk, A. H. (1996). The particulate nature of matter in science education and in science. Journal of Research in Science Teaching, 33(6), 657- 664.
8. Greca, I. M., & Moreira, M. A. (2000). Mental models, conceptual models, and modelling. International journal of science education, 22(1), 1-11.

9. Griffiths, A. K., & Preston, K. R. (1992). Grade‐12 students' misconceptions relating to fundamental characteristics of atoms and molecules. Journal of Research in Science teaching, 29(6), 611-628.
10. Harrison, A. G. (1996). Conceptual change in secondary chemistry: the role of multiple analogical models of atoms and molecules. Doctoral Dissertation, Curtin University of Technology, Perth, Australia.
11. Harrison, A.G. & Treagust, D.F. (1996). Secondary students’ mental models of atoms and molecules: implications for teaching chemistry, Science Education, 80(5), 509- 534.
12. Kahraman, S., & Demir, Y. (2011). The Effects Of Computer-Based 3d Instruction Materials On Misconceptions: Atomic Structure And Orbitals.Journal of Education Faculty, 13(1), 173-188.
13. Kurnaz, M. A., & Emen, A. Y. (2013). Mental Models Of The High School Students Related To The Contraction Of Matter. International Journal of Educational Research and Technology, 4(1), 1-5.
14. Meyer, J., & Land, R. (2003). Threshold concepts and troublesome knowledge: Linkages to ways of thinking and practising within the disciplines. Edinburgh: University of Edinburgh.
15. Nakiboğlu, C., Benlikaya, R., & Karakoç, Ö. (2001). Ortaöğretim kimya derslerinde V- diyagramı uygulamaları. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 21, 97- 104.
16. Nakiboğlu, C., Karakoç, Ö., & Benlikaya, R. (2002). Öğretmen adaylarının atomun yapısı ile ilgili zihinsel modelleri. Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi.
17. Özcan, Ö. (2013). Investigation of mental models of Turkish pre-service physics students for the concept of “spin”. Egitim Arastirmalari-Eurasian Journal of Educational Research, 52, 21-36.
18. Park, E. J., & Light, G. (2009). Identifying atomic structure as a threshold concept: Student mental models and troublesomeness. International Journal of Science Education, 31(2), 233-258.
19. Polat-Yaseen, Z. (2012, December). A comparison between elementary school students’ mental models and visualizations in textbooks for the concept of atom. Paper presented at the Joint Australian Association for Research in Education and Asia- Pacific Educational Research Association Conference (AARE-APERA 2012) World Education Research Association (WERA) Focal Meeting, Sydney.
20. Tsaparlis, G., & Papaphotis, G. (2009). High‐school Students' Conceptual Difficulties and Attempts at Conceptual Change: The case of basic quantum chemical concepts. International Journal of Science Education, 31(7), 895-930.