Geri Dön

Undergraduate students' understanding of concepts foundational to the learning of quantum mechanics (QM) via models-based inquiry

Lı̇sans öğrencı̇lerı̇nı̇n model-temelli sorgulama yoluyla kuantum mekanı̇ğı̇nı̇n (QM) öğrenı̇mı̇nde temel olan kavramları anlaması

PDF İndir

  1. Tez No: 825708
  2. Yazar: TUĞBA YÜKSEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. LYNN A. BRYAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Eğitim ve Öğretim, Education and Training
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Purdue University
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Matematik ve Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizik Eğitimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 433

Özet

Lise ve üniversite öğrencilerinin kuantum mekaniği (KM) kavramlarını anlama konusundaki araştırmalar, diğer alanlardaki çalışmalara kıyasla daha az ilgi görmüştür. Günümüzde teknoloji, bilim ve nanoteknolojideki gelişmeler, KM'nin öğrenilmesini özellikle üniversite düzeyinde ve hatta lise düzeyinde önemli hale getirmektedir. Bu nedenle, öğrencilerin KM'yi anlama zorluklarını, özellikle de KM'ye karşı olumsuz bakış açıları ve düşük başarı sebeplerini araştırmak kaçınılmaz hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında, birinci sınıf fizik ve mühendislik öğrencilerinin temel KM konularındaki kavramsal yapılarını ve model-tabanlı öğrenme modülünün (MTOM) kullanımı sonrası mantıksal düşünme süreçleri incelenmektedir. Çalışmada öğrenciler kontrol ve deney grupları olarak ayrılmıştır. Deney grubuna, MTOM ile bilgisayar simulasyonları ve etkileşimli bir ortam sunulmuş ve bu sayede fiziksel ve görsel modeller kullanarak öğrencilerin mantıksal düşünmeye teşvik edilmiştir. Kontrol grubuna ise normal ders müfredatının yanı sıra deney grubunun kullandığı bilgisayar simulasyonları verilmiştir. Öğrencilerin ön-test, son-test, ara sınav ve çalışma notlarını değerlendirerek dört ayrı model seviyesi oluşturulmuştur: Kesikli yapı (parçacık), hibrit, kuantum-benzeri ve kuantum modelleri. Sonuç olarak, deney grubu öğrencileri kavramsal modellerini hedeflenen (kuantum-benzeri veya kuantum) modellere daha başarılı bir şekilde yaklaştırmıştır. Nicel analiz, önceden kesikli yapı (parçacık) veya hibrit seviyesinde olan öğrencilerin MTOM ile kuantum-benzeri veya kuantum model seviyesine geçtiklerini göstermiştir. Ayrıca, analizler deney grubunun bilimsel terminolojiyi daha uygun bir şekilde kullandığını ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

Studies on secondary and undergraduate students' quantum mechanics (QM) understanding are quite limited in comparison to studies examining students' understandings of classical mechanics. Developments in science and technology, particularly at the nanoscale, have brought attention to the importance of learning quantum physics and its applications not only at the undergraduate level, but also as early as high school. Many postsecondary physics and engineering programs require students to take QM courses. Therefore, the need for research in QM learning has become indispensable, particularly with students' common negative perceptions of QM and their low-level of achievement in these courses (Singh et al., 2006). In this study, I examined undergraduate freshmen and sophomore college-level students' understandings and reasoning of fundamental quantum mechanics concepts as they engaged in a model-based learning module (MBLM). Informed by a pilot study in which I examined engineering and physics students' understanding about basic quantum phenomena (i.e., structure of an atom, energy levels, and atomic spectroscopy), I developed a MBLM for the current investigation. In this study, participants were assigned to one of two groups: intervention and control. The intervention group received a MBLM that guided students to use their reasoning by utilizing physical and visual models with the help of computer-based simulations as well as hands-on models. The control group, on the other hand, received the traditional instructional unit that included textbook and computer-based simulations. Students in both groups engaged with assigned learning materials throughout four weeks (eight hours in total), and after every one or two lessons they took inter-lesson assignments. In order to track growth in students' reasoning and understanding, drawings, diagrams, written and oral explanations, discussions and interviews were collected for both quantitative and qualitative analysis. Based on students' responses in pre- and postquestionnaires, worksheet and inter-lesson assignments, I developed a rubric that includes four model levels: Discrete entity (particle), hybrid, quantum-like and quantum models. As a result, the MBLM group performed better on shifting their model toward targeted(quantum-like or quantum) models than TCBS group. A quantitative analysis showed that model-based inquiry activities facilitated students who were initially in the discrete entity (particle) and hybrid model levels to shifting toward quantum-like and quantum model levels in comparison to traditional textbook and computer-based simulation activities. Moreover, the analysis showed that MBLM students constructed meaningful conceptual understanding and scientifically accurate terminology. Implication for physics courses and teaching/ learning physics are also discussed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    478669

    Design, control and evaluation of educational devices with series elastic actuation

    Uygulamalı eğitim amaçlı seri elastik eyleyici tahrikli eğitim cihazlarının tasarımı ve denetimi

    ATA OTARAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU

  2. Tez No

    856687

    Mimari tasarımda bedenlenmiş empatik ve estetik 'öteki oluş' deneyimi

    Embodied empathic and aesthetic 'becoming other' in architectural design

    IŞIL İZLEM YAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELMİRA AYŞE GÜR

  3. Tez No

    800532

    İç mimarlık birinci yıl eğitim planları üzerine nicel bir araştırma

    A quantitative research on interior architecture first year educational plans

    ÖZGE SOHTAOĞLU KURUL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Eğitim ve Öğretimİstanbul Kültür Üniversitesi

    İç Mimarlık ve Çevre Tasarımı Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ARMAĞAN SEÇİL MELİKOĞLU EKE

  4. Tez No

    637923

    Sınıfsal ayrım ve kültürel eşitsizlikler: Üniversite öğrencilerinin müzikal beğenisi ve toplumsal temelleri üzerine sosyolojik bir araştırma

    Class distinction and cultural inequalities: A study of musical taste of university students and its social foundations

    SÜHEYB KURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    MüzikAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    Sosyoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM BALKIZ

  5. Tez No

    738443

    Dinamik geometri yazılımı ile zenginleştirilmiş ortamlarda öğretmen adaylarının muhakeme süreçleri üzerine bir öğretim deneyi

    A teaching experiment on pre-service teachers' reasoning processes in environments enriched with dynamic geometry software

    AYŞENUR SIR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    MatematikBursa Uludağ Üniversitesi

    Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MENEKŞE SEDEN TAPAN BROUTIN

Geri Dön