Genetik Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar

1651

Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar

Öz

Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavramları anlayışlarını be-lirlemek, üst düzey bilişsel beceri gerektiren genetik problemlerinin çözümünde yaşadıkları kav-ramsal ve süreçsel zorlukları tespit etmektir. Araştırmada ‘durum çalışması’ yaklaşımı kulla-nılmıştır. Biyoloji öğretmenliği programındaki 70 öğrenciye ‘genetik başarı testi’ (GBT) uygulan-mış, sonuçlar doküman analizine tabi tutulmuştur. Veriler kullanılarak ‘maksimum çeşitlilik ör-neklemesi’ ile 6 katılımcı yarı-yapılandırılmış görüşmeler için seçilmiş ve mülakat çözümlemele-ri derinlemesine incelenmiştir. Katılımcılarda kavramsal tutarsızlıklar olduğu, sözel olarak belir-tebildikleri kavramsal bilgilerini farklı problem durumlarına uygulayamadıkları tespit edilmiştir. Bu durum algoritmik çözüm akışı gerektiren neden-sonuç problemlerinde çoğu kez sorun oluş-turmamış, üst-düzey bilişsel beceriler gerektiren sonuç-neden problemlerinin çözümünde en-gel olmuştur. Bilişsel farkındalık stratejileri kullanan, hipotez kurma, alternatif çözüm üretme, sonuç-sebep analizi gibi üst düzey düşünme becerileri gösteren katılımcılar genetik problemleri-ni çözmede daha başarılı olmuşlardır.

Anahtar Kelimeler

Genetik Öğrenme, Genetik Problem Çözme, Biyoloji Öğretmen Eğitimi.

Biyoloji alanındaki gelişmelerin odağında olan genetik, biyoloji öğretmenleri ve öğrencileri için özellikle zor olan bir konudur. Çünkü farklı biyo-lojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hızlı veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük ölçek-te meydana gelen ve doğrudan gözlemlenemeyen olasılıkları içeren olayları tanımlar. Genetikte kav-ram yanılgılarına sıklıkla rastlanır (Atılboz, 2004; Bahar, Johnstone ve Hansell, 1999; Bahar, John-stone ve Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kinfield, 1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay ve Öz-

tas, 2003; Steawart ve Dale, 1989; Steawart, Hafner ve Dale, 1990; Şahin ve Parim, 2002; Tekkaya, Çapa ve Yılmaz, 2000; Temelli, 2006). Biyoloji öğretmen adaylarının biyolojik süreç ve olayları açıklamaya çalışırken verileri yorumlama, tahminde bulunma ve hipotez test etme gibi bilim insanlarının düşün-me ve akıl yürütme stratejilerini kullanmaları iste-nen bir durumdur. Bunlar öğrencilerin konuyu de-rinlemesine anlamalarına imkan tanıyacak anlam-landırma aktiviteleridir (Cooper, Hanmer ve Cer-bin, 2006). Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğret-men adaylarının temel genetik kavramlarını anla-yışlarını ortaya koymak ve genetik problem çözme süreçlerinde karşılaştıkları kavramsal ve süreçsel zorlukları açıklamaktır.

Kavram Yanılgıları ve Nedenleri

Kavram yanılgıları, bilim kamuoyunun yaygın ola-rak kabul ettiği anlamlardan sapan kavramsal dü-şünce kalıplarıdır (Bahar, 2003; Clement, 1982; Smith, 1989). Geleneksel öğretim yöntemleri ile

Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri • Educational Sciences: Theory & Practice - 11(3) • Yaz/Summer • 1651-1674 ©2011 Eğitim Danışmanlığı ve Araştırmaları İletişim Hizmetleri Tic. Ltd. Şti.

Meryem KARAGÖZMarmara Üniversitesi

Mustafa ÇAKIRa

Marmara Üniversitesi

a Dr. Mustafa ÇAKIR. Biyoloji Eğitimi alanında Yar-dımcı Doçenttir. Çalışma alanları arasında sor-gulayıcı fen öğretimi, bilimin doğası, kavramsal öğrenme ve teknolojinin fen sınıflarına entegras-yonu, biyoloji öğretmen eğitimi ve eğitimde ölçme ve değerlendirme yer almaktadır. İletişim: Mar-mara Üniversitesi, Atatürk Eğitim Fakültesi Bi-yoloji Eğitimi Anabilim Dalı, Göztepe Yerleşkesi 34722 İstanbul. E-posta: [email protected]. Tel: +90 216 345 90 90 / 298.

K U R A M V E U Y G U L A M A D A E Ğ İ T İ M B İ L İ M L E R İ

1652

değişmeye karşı dirençli olan kavram yanılgıları çoğu kez öğrencilerin ön bilgilerinden ve günlük deneyimlerinden kaynaklanır (Halloun ve Heste-nes, 1985). Öğrenciler kavram yanılgılarını zaman içerisinde aktif olarak, enerji harcayarak, oluştur-duklarından bu yanılgılara duyuşsal ve entellektüel olarak bağlıdırlar. Ancak kavram yanılgıları sadece günlük hayattaki tecrübelerden veya primitif dün-ya görüşünden kaynaklanmayıp öğretime dayalı olarak hem formal hem de informal öğretim sonu-cu da oluşabilir (Barras, 1984; Gniffithi ve Grant, 1985; Kesercioğlu ve Dalkıran, 2006; Smith, 1989). Örneğin formal öğretimde kullanılan ders kitapla-rı kavram yanılgılarının önemli bir kaynağını oluş-turmaktadır (Dikmenli ve Çardak, 2004; Dikmen-li, Çardak ve Öztaş, 2009). Öğrencilerin bilgi, ilgi, anlama ve kavram yanılgıları üzerinde öğretmenle-rin çok kritik bir etkisi vardır. Shaw, Horne, Zhang ve Boughman (2008) biyoloji öğretmenlerinin kişi-sel bilgi, ilgi ve yanlılıklarını öğrencilerinde de aynı şekilde gözlemlemişlerdir. Aynı araştırmada biyo-loji öğretmenlerinin düzelttiği genetik ile ilgili öğ-renci yazılarının %55,6’sında önemli kavram yanıl-gıları tespit edilmiştir (Shaw ve ark., 2008). Azar (2003), öğretmen adaylarının kendilerini bir öğret-men olarak öğrencilerine kavramsal öğretim yapa-bilecek yeterlikte hissetmediklerini rapor etmiştir. Longden (1982), öğrencilerde ortaya çıkan gene-tikle ilgili kavram yanılgılarının aslında bizzat ge-netik konularının kendi doğası ile ilişkili olduğunu vurgulamaktadır. Bunun dışında kavram yanılgıla-rı, genetiği anlamak için gerekli olduğu düşünülen diğer bilgi ve kavramlara ilişkin öğrencinin başa-rı ve ilgi seviyesi, öğrencinin zihninde var olan eski şemaları yeni bilgiler ile tümleyebilme, örtüştüre-bilme becerisi, genetiğe karşı olan tutum gibi öğ-renci kaynaklı faktörlerden de doğabilir.

Problem ve Problem Çözme

Literatürde çok farklı anlamları olan ‘problem’ kav-ramı genel anlamda problem çözücü için bir engel niteliği taşıyan ve çözümü için önemli olan nokta-nın, uygun yöntemi bularak bu yöntemi beceri ha-line dönüştürme olan durumlar olarak tanımla-nır (Altun, 2000; Kalaycı, 2001). ‘Problem çözme’ ise hem konu alanı bilgisi hem de duruma uygun bilişsel stratejileri seçip kullanmayı gerektiren bir etkinlik olup, kişiyi sonuca ulaştıracak aracı bu-lup işe koşmak olarak tanımlanmıştır (Senemoğlu, 2005). Literatürde bilimsel yöntem kavramı, prob-lem çözme kavramı ile çoğu kez eş tutulmakta hat-ta bilimsel yöntem, problem çözmenin makro dü-zeyde genelleştirilmiş örneği olarak kabul edilmek-

tedir. Problem çözme süreci için Kneeland (2001) ‘döngülü model’ (iterative model) önermiştir. Bu model problemi anlama, gerekli bilgileri toplama, problemin köküne inme, çözüm yolları geliştirme, en iyi çözüm yoluna karar verme ve problemi çöz-me aşamalarından oluşur. Problemi anlama aşa-ması durumla ilgili gerçekleri ve bilgileri toplama ve analiz etmeyi gerektirir. Bu modelde en önem-li aşama son aşamadır. Çünkü bu aşamada prob-lem çözücü problem çözmenin birinci aşamasına gidip tekrar başlamak gerekip gerekmediğini an-lar. Bu nedenle bu sürece ‘döngülü model’ adı ve-rilmiştir. Bu modelde problem çözücü gerektiğin-de en başa dönerek ilk uygulamanın neden çalış-madığı konusundaki tüm ipuçlarını tekrar toplaya-bilir. Adair (2000) karar verme ve problem çözme süreçlerini birleştiren bir model önermiştir. Adair’e (2000) göre düşünme ve problem çözme çok aşa-malı, karışık bir süreçtir. Bireyin problem çözme ve karar verme sürecinin hangi basamağında olduğu-nu rahatça anlayabilmek ve aynı adımda herkesin aynı yerde olmasını sağlamak için mutlaka basit bir köprünün kurulması gerektiğini savunmuş ve bu-radan yola çıkarak problem çözme süreci için ‘köp-rü modeli’ni önermiştir (Şekil 1).

Şekil 1. Problem Çözme Sürecinde Köprü Modeli

Lumsdaine ve Lumsdaine (1995), insanların gün-lük hayatta kullandıkları problem çözme metotla-rından bazılarını, deneme-yanılma, varsayım, so-nucu belli olmayan yani açık uçlu denemeler (un-guided experimentation) ve sezgi, nadiren de eği-timde de kullanılan bilimsel metot olarak sıralarlar. Bazı disiplinler için geliştirilen problem çözme me-totları ve özellikleri tablo 1’de özetlenmiştir.

Literatürde ‘problemler’ çok çeşitli olarak sınıf-landırılmıştır. Ancak bu araştırmada Orcajo ve Aznar’ın (2005) sınıfladığı genetik problem türle-ri esas alınmıştır. Buna göre, ders anlatımı sırasın-da kullanılan ve örnek olarak öğrencilere anlatı-lan genetik problemlerinin tipolojisi iki gruba ay-rılır. Bunlar, neden-sonuç problemleri (causes to ef-fects problems: kapalı problemler) ve sonuç-neden problemleridir (effect to causes problems: açık prob-lemler). Steawart, sonuç-neden problemlerinin, neden-sonuç problemlerine göre daha iyi çalıştığını

KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar

1653

savunmuş ve lise ders kitaplarındaki neden-sonuç problemlerinin (örneğin ebeveyn genotiplerindeki-baskınlık çekiniklik durumlarından yola çıkarak oğul döllerin genotip ihtimallerini bulma problem-leri) bir takım algoritmalar kullanılarak çözülebilen problemler olduğu için, doğru cevaba ulaşan öğren-cilerin genetik bilgi düzeyini ölçmede çok fazla yar-dımcı olamayacağını belirtmiştir.

Araştırmanın Amacı ve Önemi

Olayları ve durumları ‘anlama’ ile ‘problem çözme’ çok benzer bilişsel kavramlardır (Stewart ve Haf-ner,1994). Bu nedenle okullarda öğrencilerin prob-lem çözme becerilerini geliştirecek biçimde düzen-lenmiş eğitim öğretim sistemlerine duyulan gerek-sinim büyüktür. Üst düzey bilişsel bir süreç olan problem çözme becerileri, eğitim ile geliştirilebi-lir niteliktedir (Altun, 2000; Kneeland, 2001; Se-nemoğlu, 2005). Öğretmenler genetik derslerin-de öğrencilerinin, gametlerin dağılımını, bazı ge-netik modelleri vb. anlayabilmeleri için çoğu kez problem çözmeyi tercih ederler. Buradan hare-ketle ülkemizde eğitim araştırmaları içinde gene-tik odak alınarak, genetikte problem çözmeye, kav-ramsal bilgi düzeyinin problem çözme sırasında-ki etkilerinin ne boyutta olduğunu anlamaya, ge-netik problem çözme becerilerini geliştirmek için nelere dikkat edilmesi gerektiğine vurgu yapan ça-lışmaların yapılmasının önemi açıktır. Araştırma-nın amacı, biyoloji öğretmen adaylarında bazı te-

mel genetik kavramlara ait yanılgıların olup olma-dığını tespit ederek, var olan kavram yanılgıları-nın onların problem çözmelerine olan olumsuz et-kilerini vurgulamak, ayrıca hipotez geliştirme, veri toplama, analiz yapabilme gibi üst düzey becerile-rin kullanımının gerektiği genetik problemlerinde öğretmen adaylarının yaşadıkları süreçsel zorluk-ları tespit etmektir. Böylece bu araştırma, üniversi-telerde genetik dersi içeriğinin yeniden gözden ge-çirilmesine de ışık tutacak, elde edilen bulgular ni-telikli biyoloji öğretmeni yetiştirmede kullanılabi-lecektir. Yapılan alan yazın taramalarında, genetik kavram yanılgıları veya farklı alanlardaki problem çözme konularındaki çalışmalara ülkemizde rast-lanabilmekte iken, kavram yanılgılarının problem çözmeye olan bilişsel ve süreçsel etkilerini doğru-dan odak alan araştırmalar ile problem çözme ko-nusunun genetik alanındaki yansımalarını incele-yen çalışmalara ihtiyaç vardır. Problem çözme ve genetik kavram yanılgıları ile ilgili araştırmaların ülkemizde özellikle orta öğretim düzeyinde yoğun-laştığı (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal, Bayram ve Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Kesercioğlu ve Dal-kıran, 2006; Nakiboğlu ve Kalın, 2003; Şahin ve Pa-rim, 2002; Tatar ve Cansüngü Koray, 2005) ancak lisans seviyesinde çalışmalara ihtiyaç duyulduğu görülmüştür. Bu araştırma eğitim bilimleri alanı-na genel anlamda; öğretmen merkezli sorunlar ve öğretmen yetiştirme, kavram yanılgıları ve kav-ramsal öğrenme ile genetik problemlerini çözme-deki sorunlar noktasında katkı sağlaması bakımın-dan önemlidir.

Tablo 1. Çeşitli Disiplinlerde Problem Çözme Metotları ve Adımlar

Bilimsel Metot(Fen Bilimleri)

YaratıcıDüşünme(Psikoloji)

Polya’nınMetodu(Matematik)

Analitik Düşünme(Mühendislik)

8- D Metodu(Endüstri)

YaratıcıProblem Çözme(Birçok Problem)

Tümevarımsal veri analizleri ve hipotezler

Kaynakları araştırma, keşfetme

Problem nedir?

Tanımlama ve kabataslak bir sistem oluşturma: Bilinmeyenleri tanımlama

Takım yaklaşımı kullanma, problemi tanımlama

Problemin tanımlanması: veri toplama ve analiz etme

Mümkün olan çözümlerin tanımlanması

Olasılıkların kuluçka dönemi

Çözümü planlamaProblemi modelleme

Acil durumla ilgilenme, temel sebepleri bulma

Fikir geliştirme-yaratıcı düşünceyi değerlendirme- daha iyi fikirler

Alternatif çözümleri deneme

Açıklama dönemi, çözümde karar, tanımlama ve aydınlanma

Alternatiflere bakmaDeneyimler ve süreci analiz etme

Düzeltici yolları test etme ve en iyi hareket yolunu planlama

Fikre karar verme yetisi ve karar verme-en iyi çözüm

En iyi çözümü uygulama

Doğrulama ve küçük değişiklikler

Planı gerçekleştirme, sonuçları kontrol etme

Sonuç çözümleri değerlendirme

Planı uygulama, problemin tekrar etmesini önleme, takımın kutlanması

Çözümü uygulama ve tamamlama, Ne öğrenildi?

(Lumsdaine ve Lumsdaine (1995)’den revize edilmiştir).


1654

Araştırma Problemi

Bu araştırmada ‘Biyoloji öğretmen adaylarının te-mel genetik kavram anlayışları nasıldır? ve Temel Mendel genetiği kavramlarına dayanan genetik problemlerinin çözümününde karşılaştıkları zor-luklar nelerdir?’ ana probleminin altında:

(a) Biyoloji öğretmen adaylarının, genetik ile ilgi-li kavramsal bilgi düzeylerinin ve kavram yanılgıla-rının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zor-luklar ile ilişkisi nedir?

(b) Biyoloji öğretmen adaylarının genetik prob-lemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir? alt prob-lemlerine cevap aranmıştır.

Yöntem

Bu araştırmada nitel araştırma yaklaşımlarından, durum çalışması (örnek olay = case study) yaklaşı-mı kullanılmıştır. Araştırmaya Marmara Üniversi-tesi Atatürk Eğitim Fakültesi Biyoloji Öğretmenliği Bölümü 4. ve 5. sınıflarında öğrenim gören, önceki dönemlerde genetik dersi almış, toplam 70 (18 er-kek, 52 bayan) öğretmen adayı katılmıştır. İlk aşa-mada, hazırlanan Genetik Başarı Testi (GBT) tüm 4. ve 5. sınıf öğretmen adaylarına uygulanmış ve çözüm kağıtları doküman analizine tabi tutulmuş-

tur. Bu analizde her bir soruya özel hazırlanmış olan çözüm adımları akış tabloları kullanılmıştır. Doküman analizinde GBT çözüm kağıtları puan-landırılmış, elde edilen puanlar yüksek, orta ve dü-şük puan değeri setlerine ayrılmıştır. Analiz sonuç-ları bulguların güvenirliğini arttırmak ve araştır-manın temel veri kaynağı olan yarı-yapılandırılmış görüşmelere katılacak adayları belirlemek için kul-lanılmıştır. Görüşme katılımcılarını belirlemede amaçlı örnekleme tiplerinden ‘maksimum çeşitli-lik örneklemesi yöntemi’ (Patton, 1990) kullanıl-mıştır. Araştırılan probleme taraf olabilecek birey-lerin maksimum çeşitliliğini sağlamakla birlikte, küçük bir örneklem üzerinde derinlemesine çalış-maya imkan tanıması ve çeşitlilik gösteren durum-lar (düşük, orta ve yüksek GBT puanları) arasında herhangi bir veya birkaç ortak olgunun (bu araştır-ma için kavramsal veya süreçsel boyutta söz konu-su olan yanılgı, hata ve sorunlar) olup olmadığını varsa bunların neler olduğunu tespit etmede kulla-nılabilmesi nedeniyle bu yöntem tercih edilmiştir. Böylece zengin içerikli verilere ulaşabilme sağlan-mıştır. Sözü edilen her puan değeri setinden, biri 4. sınıf diğeri 5. sınıftan 2 aday olmak üzere toplam 6 gönüllü katılımcı ile yarı-yapılandırılmış görüş-meler yapılmıştır. Araştırmanın alt problemleri-ni cevaplamak için kullanılan veri toplama tekniği, veri toplama araçları ve araştırmanın metodoloji-sini özetleyen genel bir bakış tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. Araştırmanın Metodolojisine Genel Bakış

Araştırma Alt ProblemleriVeri Toplama Teknikleri

Veri Toplama Aracı

Veri Toplama Aracının Kullanım Amacı

Katılımcılar (N=70)

Biyoloji öğretmen adaylarının, genetik ile ilgili kavramsal bilgi düzeylerinin ve kavram yanılgılarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorluklar ile ilişkisi nedir?

Doküman analiziGenetik başarıtesti (GBT) çözümkağıtları

Kavramsal anlayışı tespit etme, veri kodlarını oluşturma,veri çeşitlemesi sağlama, güvenirliği arttırma, genelleme yapmayı kolaylaştırma

4. sınıf38 kişi8 Erkek, 30 Bayan5. sınıf32 kişi10 Erkek, 22 Bayan

Yarı-yapılandırılmışGörüşme

Yarı-yapılandırılmışgörüşmeformu+GBT çözümkağıtları

Kavramsal anlayışıderinlemesine inceleme,problem çözmede kavramsal takılmalarınnedenlerini tespit etme

4. sınıf3 kişi1 Erkek, 2 Bayan


Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir?

Doküman analiziGenetik başarıtesti (GBT) çözümkağıtları

Süreçsel uygulama ve davranışları tespit etme, veri çeşitlemesi sağlama,güvenirliği arttırma,genelleme yapmayıkolaylaştırma



Yarı-yapılandırılmışGörüşme

Yarı-yapılandırılmışgörüşmeformu+GBT çözümkağıtları

Süreçsel uygulama ve davranışları derinlemesineinceleme, süreçte ortayaçıkan takılmalarınproblem çözmedekietkilerini tespit etme




1655

Veri Toplama Araçları

Genetik Başarı Testi ana kaynakların taranması so-nucu kapsam ve içeriği uygun bulunan 25 soru-luk havuzdan, üç uzmanın görüşü alınarak seçilen, herbiri tek başına veya farklı sayılardaki alt soru-lardan oluşan dört soruluk bir ölçme aracıdır. Uy-gulama öncesinde her sorunun çözümü için gere-ken bilgi ve beceriler belirlenmiştir. Test süre kısıt-laması yapılmadan uygulanmıştır. Katılımcıların problem çözme süreçleri ve kavramsal anlayışlarını derinlemesine incelemek için yarı-yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Görüşme protokolü önce uzmanlar tarafından incelenmiş, sonra yarı-yapılandırılmış görüşmelere seçilen 6 katılımcı-nın haricindeki iki öğretmen adayına pilot olarak uygulanıp son şekli verilmiştir. Görüşmelerde her bir katılımcıya görüşmenin amacını belirten ‘tanış-ma protokolü’ çerçevesinde bir giriş yapılmış, ar-dından görüşme formundaki sorular yöneltilmiş-tir. Görüşmeler, ses kayıt cihazı ve video kamera-ya kaydedilmiştir.

Genetik Başarı Testinin Analizi

Çözüm adımları akış tabloları kullanılarak yapıl-mıştır. Tabloda belirtilen her bir çözüm adımı-na, doğru ise 1, atlanmış veya yanlışlık yapılmış-sa 0 puan verilmiştir. GBT 3. sorusunda ise her bir alt soru kendinden önceki alt soru ile doğru-dan veya dolaylı yoldan bağlantılı olmasına karşın katılımcıların çoğunun bu alt sorulardan bazıları-nı çözüp bazılarını atladığı görülmüştür. Bu duru-mun incelenmesi katılımcıların verdikleri cevapla-rın ne denli tutarlı olduğunu da göstermiştir. So-nuçta 1. soru için alınabilecek en yüksek puan 5, 2. soru için 8, 3. soru için 7 ve 4. soru için 3 puan-dır. GBT’den en fazla toplam 23 puan alınabilir. Bu araştırmada doküman analizinin görüşmelere ek olarak veri sağlama amaçlı kullanılmasının altın-da yatan temel amaç, tepkiselliğinin olmayışı ne-deni ile görüşmelerden elde edilen verilerin güve-nirliğini arttırmak ve daha geniş bir katılımcı grup oluşturmaktır.

Tablo 3. Yarı-Yapılandırılmış Görüşmelerin Analizi Sonu Oluşan Kategori, Boyut, Tema ve Kodlar

Kategori Boyut Tema Kod

Genetik Anlama ve Uygulama

Kavramsal Boyut

Mendel Genetiğine Ait Kavramlar

Gen, allel kavramıGenotip, fenotip kavramıDominant, resesif kavramıHomozigot (saf ırk), heterozigot kavramıKendileşme kavramıKontrol (test) çaprazlaması kavramı

Mendel Genetiğinin Uzantılarına Ait Kavramlar

Bağlı gen (linkaj) kavramı

Krossing-over kavramıEpistasi kavramı

Süreçsel Boyut

Çaprazlama Yapabilme

Gamet çeşitlerini bulma ve yazmaPunnet ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlamayı yapmaYavruların genotip ve fenotip oranlarını belirleyebilme

Model Geliştirebilme Olasılıksal düşünme ve modele ilişkin farkındalık

Gen-Kromozom İlişkisi Kurabilme

Genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyebilme

Genler arası uzaklığı hesaplayabilme

Genel Problem Çözme

SüreçselBoyut

Problemi Anlamaya ÇalışmaAraç- amaç analizi yapmaÖnemli bilgiyi belirleyebilmeYeniden ifade etme

Çözüm Planı Yapma ve Uygulama

Örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğrudan söylemeNeden-analiz yöntemini kullanmaDeneme-yanılma yöntemi kullanmaOlasılıksal düşünme

Sonuçları DeğerlendirmeKontrol etmeHatasını fark edip düzeltme


1656

Yarı-Yapılandırılmış Görüşme Verilerinin Analizi

Görüşmelerin çözümlenmesinde görüşmelerin ya-zıya geçirilmesi, tüm GBT kağıtlarının ‘sürekli kar-şılaştırma metodu’ ile incelenmesi ve literatür tara-ması sonucu anlamlı veri kategori, boyut, tema ve kodlarının tespiti, bunların tanımlanması, verile-rin kodlanması, kodlama tutarlılığının tespit edil-mesi aşamaları kullanılmıştır. Kodlamada N-VIVO nitel veri yönetme programı kullanılmıştır. Kodla-ma güvenirliğini sağlamak amacıyla kodlama ikin-ci bir araştırmacı tarafından bağımsız olarak yapıl-mıştır. Kodlayıcılar arasında tutarlılık değerlendir-me toplantılarındaki tartışmalar ile sağlanmıştır. Sürekli karşılaştırma metodu ile yapılan açık ve ak-siyal kodlama sonucunda oluşan kod, tema, boyut ve kategoriler tablo 3’te verilmiştir. Doküman ana-lizi verilerini kullanarak veri çeşitlemesi yapılmış, bulguların geçerlik ve güvenirliği arttırılmaya ça-lışılmıştır. Görüşmelerin gerçekleştirilmesi sırasın-da video kamera ve ses kayıt cihazı birlikte kullanı-larak katılımcıların beden dili ile verdikleri tepkisel yanıtlar da kaydedilmiştir.

Bulgular

Kavramsal Bilgi Düzeyi ve Problem Çözme Süreci

Bu araştırmada, başarılı problem çözmeyi engelle-yen en önemli faktörlerden birinin kavramsal an-layış olduğu görülmüştür. Öğretmen adayları için sorunlu kavramlardan en göze çarpanı ‘alel’ kavra-mıdır. Katılımcıların birçoğunda bu kavramla ilgi-li tutarsızlıklar, bilgi eksiklikleri ve yanılgılar fark edilmiştir. Örneğin Berna, görüşmeler boyunca ‘alel’ terimini kullanması gerektiği yerlerde ‘gamet’ terimini kullanmıştır. Aylin ise ‘alel’ tanımı için şunları söylemiştir.

Araştırmacı: Alel ne demektir? Bir örnek vererek açıklar mısınız?

Aylin: Alel, bir karakter üzerinde etkili ne denir? Gen mi desem? Onu da tam bilemiyorum. Anne-den ve babadan gelenler… Mesela babadan kahve-rengi özellik gelse, anneden mavi göz özelliği gelse bunlar aynı karakterin alelleri. Tanımı böyle yap-tım ama doğru yapıp yapmadığımı düşünüyorum. Emin olamıyorum.

Aylin, alellerin bir genin farklı alternatifleri oldu-ğunu tam olarak ifade edememiş, alelin yapısının ne olduğundan emin olamamıştır. Yahya ise şu ifa-deleri kullanmıştır.

O bir gen çeşidi. Bir genin farklı çeşitleridir yani varyasyonlarıdır. Mesela A ve a birbirinin alelidir. Çünkü genin çeşitleridir. Genin varyasyonlarıdır.

Alel kavramının tanımını başlangıçta bu şekilde ya-pan Yahya, mülakatın ilerleyen kısımlarında prob-lem çözümü esnasında ise alel kavramı için ‘birbi-rine uygun baz çiftleri’ şeklinde bir ifade kullanmış, ‘alel’ ile ‘azotlu organik baz’ kavramlarını karıştır-mıştır. Allel kavramının gerçek anlamda özümsen-memiş oluşunun göstergelerinden biri de katılımcı-ların GBT 2. sorusu çözümleridir. Görüşmeye katı-lan 6 öğretmen adayından 5’i ‘bağlı gen modeli’ne dayalı bu soruyu ‘eş baskınlık modeli’ne göre çöz-müşlerdir. Bu durum katılımcıların, aynı kromozom üzerinde farklı lokuslarda bulunan ‘bağlı genleri’, ho-molog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulu-nan ve birbirinin ‘alel’i olan genler ile karıştırdıkları-nın, aynı zamanda ‘farklı genler’in ve ‘alel’lerin kro-mozomlar üzerindeki lokasyonu ile ilgili bilgilerinde sorun yaşadıklarının göstergesidir. Doküman ana-lizleri sonucu elde edilen bulgular da görüşmelerden elde edilen bulguları desteklemektedir. Bunun için bağlı gen kavramı, bağlı genlerin ve krossing-over olayının fenotip ve genotip oranlarına etkisi bilgisi ile model geliştirebilme becerilerini ölçen GBT 2. so-rusunun hangi çözüm adımlarından itibaren kaç öğ-retmen adayının takıldığı ve çözümünü devam etti-remediğini gösteren tablo 4 incelenebilir.

Tablo 4. Soru 2’nin Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayı-sı (N=70)

Sınıf Düzeyi

BoşTamamen Doğru

Çözüm Adımları

2.a 2.b 2.c 2.d 2.e 2.f 2.g 2.h

4. Sınıf (n=38)

13 0 9 0 0 2 0 0 13 1

5. Sınıf (n=32)

3 6 6 0 0 9 0 0 2 6

Öğretmen adaylarının bu sorunun 2.a ve 2.g ba-samaklarında takılmalarının nedenlerinden biri-nin allel kavramı bilgisinin yetersizliği olduğu gö-rülmüştür.

Katılımcılarda gözlenen bir diğer sorunlu kav-ram kullanımı ‘resesiflik’ kavramına ilişkindir. Bengü’nün örnek olarak verilen resesif kavramına ilişkin açıklamasında kullandığı ifadeler, genetiğin konuşma dilinden farklı bir dili oluşunun, problem çözmedeki etkisini gösterir niteliktedir.

Araştırmacı: Çekinik karakter nedir?

Bengü: Fenotipte etkisini gösteremeyen ya da sa-dece heterozigot halde iken kendini ifade edilebi-len karakterdir. Yani baskın karakter kendisini ho-mozigot ve heterozigot halde iken kendisini göste-rebilirken, çekinik karakter sadece heterozigot hal-de kendini gösterebilir.


1657

Resesif kavramının kullanımının problem çözme-de olumsuz yansımasına GBT 4. sorusunun çözü-münde karşılaşılmıştır. Doküman analizinde GBT 4. sorusunun hangi çözüm adımlarında kaç öğret-men adayının takıldığını gösteren tablo 5 aşağıda verilmiştir.

Tablo 5. Soru 4’ün Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayı-sı (N=70)

Sınıf Düzeyi

BoşTamamen Doğru

Çözüm Adımları

4.a 4.b 4.c

4. Sınıf (n=38)

6 0 32 0 0

5. Sınıf (n=32)

7 6 17 0 2

Doküman analizleri sonucu 4.a çözüm basamağın-da takılma nedenlerinden birinin resesif kavramı ile ilgili tutarsızlıklar olduğu görülmüştür. Örneğin doküman analizlerinde katılımcılardan birinin çö-züm sırasında ‘İlk çaprazlamada sonuç hepsi beyaz çıkıyor ise beyaz gen resesif olduğundan dolayı bu gerçekleşir’ şeklinde bir not düşmüş olduğu, çözü-mün devamında ise 131: 29 oranına bakıp bu kez ‘beyaz bireyler daha fazla olduğundan bb daha faz-la bulunmalıdır’ şeklinde bir açıklama yaptığı gö-rülmüştür. ‘bb’ katılımcının saf ırk beyaz bireylere verdiği genotiptir.

Problem çözümünü engelleyen kavramsal sorun-lardan biri de homozigot (saf ırk) ve heterozigot (melez, hibrit) kavramlarına ilişkin olarak karşı-mıza çıkmaktadır. Görüşmeye katılan bütün öğret-men adaylarında, saf ırk tanımı ve problem çözü-münde kullanımı arasında tutarsızlılar vardır. Ör-neğin, Bengü, GBT 2. sorusunu çözerken başlan-gıçta, ‘saf ırk’ çizgili bireyi ddLL olarak, ‘saf ırk’ düz bireyi ise ddll olarak göstermiş ve çaprazlamaları-nı yapmıştır. Sorunun bu çaprazlama basamağında aynı zamanda kendileştirme vardır ve soruda ken-dileştirme sonucunda 3/4 oranında çizgili, 1/4 ora-nında düz bireylerin oluştuğu belirtilmektedir. Oy-saki Bengü işte bu noktada kendileştirmenin yapıl-mış olduğunu, soruyu tekrar tekrar okumuş olma-sına rağmen atlamış ve atadığı genotiplerin hata-lı olduğunu düşünmüş, kendileşme yapmadığı için ddLL ile ddll çaprazının sonucu %100 ddLl çıkmış ve bu da öğretmen adayını şaşırtmıştır. Hatasının nerede olmuş olabileceği sorulduğunda ise ‘hete-rozigot mu acaba?’ diyerek, soruda belirtilmesine rağmen saf ırk çizgili bireyi ddLl olarak ifade ede-rek çaprazlamayı tekrar yapmıştır. Bengü bu duru-mu GBT 4. sorusunun çözümü sırasında da gerçek-

leştirmiş, tahmin ettiği genetik model verilen, ge-notip oranlarına uymadığı için ‘saf ırk’ kavramını ‘heterozigot’ olarak kabul etmiştir. Kavram ile ilgili doğru sayılabilecek tanımlamalar yapabilen Berna ise aynı soruda aynı tutarsızlıkları göstermiş, soru-da verilen genetik oranlar ile kendi bulduğu gene-tik oranlar uymadığı için, başlangıçta yaptığı doğ-ru saf ırk tanımını Bengü gibi uygulamada değiş-tirmiştir. Berna’ya bu sorudaki hatasının nereden kaynaklandığı sorulduğunda, “Bilmiyorum, büyük ihtimalle saf ırkın tanımında bir hata yapıyorum. Heterozigotluk falan mı demek acaba?” diyerek, saf ırk kavramını tam olarak kavrayamamış olmasının soruyu çözüme ulaştırmasında bir engel teşkil etti-ğini göstermiştir.

Kontrol (test) çaprazlama kavramındaki sorun-ların yansıması da problem çözümünde belirgin haldedir. Görüşmeye katılan 6 kişiden 2’si dışında hepsinde kontrol çaprazlamanın ‘baskın fenotipli bir bireyin genotipinin belirlenmesinde kullanıldı-ğı’ bilgisi hakim iken, ‘genlerin bağlı olup olmadı-ğının ortaya çıkarılmasında da kullanılabildiği’ bil-gisi mevcut değildir. GBT 3. sorusunun d alt soru-sunda, b alt sorusunda yapılması istenilen kontrol (test) çaprazlamasının beklenen fenotip sonuçları-nı vermediğini gösteren bir tablo verilmiştir. Ka-tılımcıların burada kontrol çaprazlaması sonuç-larının beklenen oranlardan farklı çıkmış olması-nı, söz konusu genlerin bağlı olmasından kaynak-lanmış olabileceğini yorumlaması beklenmektedir. Katılımcılardan Berna GBT 3’teki tablo için şu ifa-deleri kullanmıştır.

Berna: Tabloda verilen en fazlalar atasallar oluyor-du.

Araştırmacı: Neden?

Berna: Bilmem tamamen ezbere. Yani çıkan en faz-lalar atasallar. Ondan sonra atasalları bir yere çıka-rıyorduk şu şekilde. Buradan sonra 2. en fazla çı-kanları çıkartıyoruz. Bunlar çift krossing-over yap-mış olanlar …

Katılımcı burada tabloyu yorumlamayı ve bu tablo-dan anlam çıkarmayı başaramamıştır. Çünkü bura-daki kontrol çaprazının nasıl yorumlanması gerek-tiğini bilmemekte, tamamen derslerde yapmış ol-dukları benzer soruların çözümlerinden yola çıka-rak işlemlerini ezbere yapmaktadır. Aylin ise GBT 3 c sorusunu niçin boş bıraktığı sorulduğunda ‘test çaprazlaması yapmanın genlerin bağlılığına kanıt olup olamayacağını bilemediğim için bu soruyu di-rekt geçmişim sanırım’ diyerek soruyu boş bırak-masının kontrol (test) çaprazlaması ile ilgili bu bil-giye sahip olmamasından kaynaklandığını belirt-


1658

mektedir. Benzer şekilde Serpil de ‘Benim bildiğim test çaprazlaması kavramının içinde genlerin aynı kromozom üstünde olup olmadıklarını anlamaktan çok, ben genotipi anlamak için yapıldığını biliyo-rum, demek ki yapılıyormuş bu yüzden soruyu boş bıraktım’ ifadesini kullanmıştır. Doküman analiz-leri sonucunda elde edilen bulgular görüşmelerden elde edilen bulguları desteklemektedir. Genetik ba-şarı testinde 3. soruyu toplamda 22 kişi boş bırak-mıştır. Sorunun tamamını hiçbir katılımcı doğru olarak çözmemiştir. Çözüm basamaklarındaki ka-tılımcı performansı tablo 6’de verilmiştir.

Tablo 6. Soru 3’ün Çözüm Adımlarındaki Başarılı Katılımcı Sayı-sı (N=70)

Sınıf Düzeyi

Çözüm adımları

3.a 3.b 3.c 3.d 3.e 3.f 3.g4. Sınıf (n=38)

18 16 9 4 7 0 0

5. Sınıf (n=32)

17 17 13 23 21 7 0

GBT 3b ve 3c alt sorularını çözen katılımcı sayısı-nın az olmasının nedeninin kontrol çaprazlaması ile ilgili tereddütlerden kaynaklanmış olduğu gö-rülmektedir.

Bağımsız dağılım, bağlı gen ve krossing-over kav-ramları öğretmen adaylarında en problemli kav-ramlardandır. Katılımcılarda, GBT 2. ve GBT 3. so-rularının çözümlerinde bu kavramlardaki sorunla-rın problem çözmeye olumsuz etkileri net bir bi-çimde ortaya çıkmıştır. Katılımcılardan Serpil’e ‘bağlı gen’in ne demek olduğu sorulduğunda şu ifa-deleri kullanmıştır.

Serpil: Bağlı gen, anne mesela heterozigot durum-da annenin bu genleri bağlı ise yavruya birlikte gönderecekti. Ama bağımsız durumda ise ikisin-den birini gönderecektir. Mesela göz rengi için an-nede kahverengi göz ve mavi göz geni varsa çocu-ğuna hem kahverengi göz hem de mavi göz geni-ni verecektir.

Serpil Aa genotipli bireyin alellerini bir kromozo-mun iki kardeş kromatidi üzerinde karşılıklı lokus-larına yerleştirmiştir. Eğer bu genler bağlı genler ise A ve a alellerinin aynı gen lokusunda birlikte yer alıp birlikte bir gamete aktarılacağını savunmakta-dır. Görüşmenin bir yerinde alel kavramını “kar-şılıklı kromozomlar üzerinde bulunan, aynı ka-raktere farklı yönlerden etki edebilen genler” ola-rak açıklamasına karşın, soru çözümündeki bu uy-gulamaları alellerin gametlere dağılımı, kromozom anomalileri, diploid olma, alellerin kromozomlar

üzerinde lokasyonu, mayoz bölünme, bağımsız da-ğılım ve bağlı genler ile ilgili çok büyük kavram ya-nılgılarına sahip olduğunu göstermektedir. Bu du-rum onun problem çözmesinde en büyük engeller-den biridir. Soru 1’in başarılı çözümü 4 adım ge-rektirmektedir. Katılımcıların çözüm adımlarında-ki performansları tablo 7’da verilmiştir.

Tablo 7. Soru 1’in Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayı-sı (N=70)

Sınıf

Düzeyi

BoşTamamen Doğru

Çözüm Adımları

1.a 1.b 1.c 1. d

4. Sınıf (n=38)

3 2 22 1 8 2

5. Sınıf (n=32)

5 2 12 4 3 6

Öğrencilerin birinci sorunun a basamağında ta-kılmalarının en önemli sebebi, ‘bağımsız dağılım prensibi’ne bağlı olarak, mayoz bölünmede gamet oluşumu sırasında alellerin nasıl dağıldığını kav-ramsal olarak anlamamış olmalarıdır. GBT 2. soru-su ile GBT 3. sorusunun 3d, 3e ve 3f alt sorularının çözülememesinde yine bağlı genler, bağımsız dağı-lım ve mayoz bölünmeye ilişkin eksik anlayışların veya kavram yanılgılarının etkisi vardır.

Problemlerin çözümündeki bir diğer engel ‘epista-si’ kavramı anlayışıdır. Epistatik genlerin etkileşi-mi Mendel genetik oranlarından sapmalara neden olur. Kavramsal bir epistasi anlayışı GBT 4. sorusu-nun çözümü için gereklidir. Ancak bazı öğretmen adayları diğer sorularda aranan genetik modelleri yanlış yorumlayarak bu modelleri epistasi ile ka-rıştırmıştır. Serpil ‘Epistasi bir genin aynı karakter üzerine etki eden diğer bir geni maskelemesi yani, göstereceği özelliği engellemesidir’ şeklinde tanım yapmasına rağmen aşağıdaki ifadeler ile doğru bir kavramsal anlayışa sahip olmadığını göstermiştir.

Serpil: Maskelemesi dedim ama eş baskınlık var, eksik baskınlık var. Epistat olmak eksik baskınlık-la aynı şey mi bilemiyorum. Yani üçüncü bir feno-tip ortaya çıkıyordu ya işte biri beyaz diğeri kırmızı oluşanlar pembe heterozigot olmalılar ki eksik bas-kınlık ortaya çıksın. Ama eş baskınlıkta mesela AB kan grubunda ne oluyor? Baskınlık söz konusu de-ğil bir birey ikisini de gösteriyor.

Öğretmen adayının bilişsel yapısında epistasi, eş baskınlık, eksik baskınlık kavramları karmaşık hal-dedir. Serpil görüşmenin bir başka basamağında epistasiyi ‘bir karaktere birden fazla genin etki et-


1659

mesi durumudur’ şeklinde tanımlamış, örnek ola-rak da A, B, O kan grubu sistemlerini vererek ‘çok alellik’ kavramı ile ilgili de sorun yaşadığını göster-miştir. Görüşmenin devamında ‘M ve N kan grup-ları, Rh kan grupları, A, B, O kan grupları bunla-rın hepsi kan grubu karakterine etki ediyor. Öyle ise bunlar epistat genlerdir’ şeklinde bir açıklama yap-mıştır.

Doküman analizlerinde GBT 4. sorusunun 4a ve 4c basamaklarındaki takılmalarının nedenlerine bakıldığında, öğretmen adaylarının epistasi duru-muna ilişkin genetik oranları yanlış yorumlamala-rının temel neden olarak karşımıza çıktığı görül-mektedir. Genetik oranların yanlış yorumlanma-sında epistasi kavramının doğru anlaşılmamasının büyük etkisi vardır.

Genetikte Problem Çözme Süreci

‘Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemle-rini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir?’ alt probleminin yanıtı ‘genetik anlama ve uygulama’ ile ‘genel prob-lem çözme’ kategorilerinin ‘süreçsel’ boyutu altında incelenmiştir. Katılımcıların GBT’lerinde genetik anlama ve uygulama kategorisinin süreçsel boyutu altında üç tema incelenmiştir. Bunlar, ‘çaprazlama yapabilme’, ‘model geliştirebilme’, ‘gen-kromozom ilişkisi kurabilme’ temalarıdır.

Gerek görüşmelerde gerekse doküman analiz-lerinde, gamet çeşitlerini bulma ve yazma, pun-net ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlama-yı yapma ile yavruların genotip ve fenotip oranla-rını belirleyebilme kodları altında incelenen ‘çap-razlama yapabilme’ temasında gözlenen sorunların problem çözüm sürecini engellemiş olduğu görül-müştür. Örneğin, Berna GBT 3. sorusunu çözerken SsMmGg genotipli ebeveynin S, G ve M olmak üze-re 3 çeşit gamet oluşturacağını belirtmiş, SsMmGg ile ssmmgg bireylerinin çaprazlamasını, önce Ss X ss sonra Mm X mm ve en son olarak da Gg X gg çaprazını ayrı ayrı uygulayarak soruyu çözmeye ça-lışmıştır. Allellerin bağımsız dağılımlar doğrultu-sunda bir gamete hangi kombinasyonlarla aktarı-lacağını kestiremeyen Berna, bu nedenle sorunun doğru çözümünü gerçekleştirememiştir. Doküman analizlerinden elde edilen bulgulara göre, GBT 1. sorusunun 1a çözüm basamağındaki takılmaları-nın sebeplerinden biri de bağımsız dağılım pren-sibine bağlı olarak mayoz bölünme ile gamet olu-şumu sırasında alellerin nasıl dağıldığı ile ilgili so-runların varlığıdır. Katılımcılar GBT 1. sorusunun 1b, 1c ve 1d çözüm basamaklarında da çaprazlama

yapabilme teması altında araştırılan Punnet karesi kullanımında dikkatsizlik yapma, fenotip ve geno-tip oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma ya da genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını yaz-ma gibi problem çözümünün devamını engelleyen sorunlar yaşayabilmişlerdir.

Genetik Başarı Testi katılımcıların, fenotip ve ge-notip oranlarını yorumlayarak model geliştirebil-me becerilerini yoklayan sonuç-neden problem-lerinden oluşmaktadır. Hem doküman analizinde hem de görüşmelerde fenotip ve genotip oranları-nın yanlış tespit edilmesi, mekanik kullanılması ve yanlış yorumlanması gözlenmiştir. Örneğin, Cansu GBT 2. sorusunda, çizgili noktalı birey (AaBb) ile saf ırk düz bireyin (aabb) çaprazlama sonucunun 1:1:1:1 çıkması gerekirken, 9:3:3:1 çıkması gerekti-ğini belirtmiş, iki dihibrit bireyin çaprazlanma so-nucunun 9:3:3:1 çıkacağını söylemiştir. Bu meka-nik kullanım, onun problemi doğru biçimde çöz-mesinde bir engel oluşturmuştur. Doküman analiz-lerinde GBT 1. sorusunun 1a ve GBT 2. sorusunun 2a ve 2h çözüm adımlarındaki zorlukların temelin-de de aynı nedenin yattığı gözlenmiştir.

Öğretmen adayları, sonuç-neden problemleri şek-linde yöneltilmiş sorularda yoğun olarak ‘mo-del geliştirebilme’ temasında zorluk yaşamışlardır. Model geliştirebilmek için verilen durumdaki ge-notip ve fenotip olasılıklarının iyi yorumlanabil-mesi, bu olasılıkları ortaya çıkarabilecek hipotez-lerin oluşturulup denenmesi ve hipotezin destek-lenmesi gerekir. Katılımcıların model geliştirebil-me becerileri ‘olasılıksal düşünme-modele ilişkin farkındalık’ kodu altında incelenmiştir. Görüşme-ye katılan 6 katılımcıdan 5’i, GBT 2 sorusunda ve-rilen fenotip oranlarını ortaya çıkaran modelin eş baskınlık olduğunu düşünmüştür. Soruda veri-len en son çaprazlamadaki ‘noktalı’ ve ‘çizgili’ iki bireyin çaprazlanması sonucunun ‘noktalı-çizgili’ birey olması durumunun bu düşüncenin ortaya çıkmasında etkili olduğu görülmüştür. Katılımcı-lar iki özelliğin aynı anda görülmesini eş baskınlık olarak yorumlamış ve sonunda uyguladıkları mo-del bir yerde tıkanmış, çözüm akışı devam edeme-miştir. Oysaki soruda verilen fenotip oranları, iki farklı karaktere etki eden iki ayrı genin bağlı gen-ler olması durumunda ortaya çıkabilecek oranlar-dır. Aylin, GBT 2. sorusunun çözümünü eş baskın-lık ve çok alellilik modeline göre ilerletmiştir. Ay-lin çizgili bireyi AA, noktalı bireyi BB, düz bireyi ise aa genotipleri ile ifade etmiştir. Onun modeli-ne göre bu üç gen aynı karaktere etki etmektedir ve A ile B genleri birbirine eş baskın, A ve B gen-lerinin her ikisi ise a genine baskındırlar. Katılım-


1660

cı bu model üzerine kurduğu çözüm basamakların-da, ilk iki çaprazlama için bir hata görmemiş ancak üçüncü çaprazlamaya geldiğinde ise noktalı-çizgili birey ile düz bireyin çaprazlanması sonucunda sa-dece noktalı ve sadece çizgili olmak üzere 1:1 oranı ile iki fenotip ortaya çıkacak olduğunu gördüğün-de hata yaptığını fark etmiş, soruyu çözmeyeceği-ni belirtmiştir. Bu soruda başarısız olan 5 katılım-cıya görüşme sırasında, genetik modeli bu soru ile aynı olan fakat bu sorunun tersine, nedenden so-nuca giden bir problem yöneltilmiştir. Sonuçta ba-şarısız 5 katılımcının tümünün neden-sonuç prob-lemi olan bu soruyu çözebildiği görülmüştür. Prob-lemin yapısının veya soruş biçiminin problem çö-zücü tarafından algılanışının problem çözme sü-recinde sorun oluşturabileceğini gösteren bu du-rumu, katılımcıların GBT 3. sorusundaki çözüm-leri de desteklemektedir. GBT 2. sorusu ile benzer şekilde bir sonuç-neden problemi olan ve alt soru-lardan oluşan bu soruda öğretmen adaylarından, b alt sorusunu çözerken yaptıkları test çaprazlaması sonuçlarını, d alt sorusundaki tabloda sunulan fe-notip sayıları ile karşılaştırarak, Mendel oranların-dan sapma olduğunu fark etmeleri ve böylece gen-lerin bağlı oldukları sonucuna ulaşmaları beklen-mektedir. Katılımcılardan Bengü bu soruda, ilk üç alt soruyu çözmeden son üç alt soruyu çözmüştür. Görüşmeler sırasında bunun nedeni sorulduğun-da ‘derste son üç alt soruya benzer sorulardan daha çok çözdük bu yüzden bu soruları daha kolay çözü-yorum’ ifadesini kullanmıştır. İlk üç alt soru temel bir çaprazlama sorusu olmasına rağmen klasik bir çaprazlama sorusu olarak değil de biçimsel olarak farklı sorulduğundan, katılımcı tarafından boş bı-rakılmış farklı bir problem türü olarak algılanmış-tır. Katılımcı diğer alt sorularda genlerin bağlı gen-ler olduğunu belirtmiş ancak bu modeli tabloyu kullanarak nasıl anladığı sorulduğunda ise açıkla-yamamıştır. Sadece en az olanın çift krossing-over ile oluştuğunun en fazla sayıda olanların atasal fe-notipler olduğunun derste belirtildiğini buradan hareketle genlerin bağlı olduğunu anladığını söyle-miştir. Benzer şekilde Berna GBT3d alt sorusu için aşağıdaki ifadeleri kullanmıştır.

Araştırmacı: Bu tablo size neyi ifade ediyor? Ne-den bu işlemleri yaptınız?

Berna: Burada yaptığımız şey şuydu. Şu en fazla-lar atasallar oluyordu. Ancak bu söylediklerim ta-mamen ezbere. Ondan sonra atasalları çıkartıyo-ruz. Sanırım bundan sonra 2. büyükleri çıkartıyo-ruz. Bunlar çift krossing-over yapmış olanlar 2. bü-yükleri çıkarmışım zaten. Bu haritalama olayını ke-sinlikle bilmiyorum.

Berna tablodaki fenotip oranlarını yorumlama-mış, derslerde vurgulanan benzer soruların çö-zümlerinden yola çıkarak ezbere bir şekilde soru-yu çözmeye çalışmıştır. Serpil ise GBT 3c alt soru-sunu doğru bir biçimde çözerek fenotip oranlarını bulabilmiş, ancak d alt sorusundaki tablonun yanı-na ‘oranlar c sorusundakine benzer olmalıydı’ şek-linde bir not düşerek doğru yanıta ulaşamamıştır. Serpil’in ‘bağlı gen’ kavramını ‘aynı karaktere etki eden genlerin aynı kromozom üzerinde bulunması-dır, bağlı genlerin olması durumunda yavruya bir ebeveynden bir karakter ile ilgili iki allel aktarılır. Bu da yavruda anormallik yaratır’ şeklinde yorum-laması ve sorudaki fenotip oranlarını fark edeme-mesi soruyu çözememesinde en büyük etkenlerdir.

Doküman analizlerinde GBT 2. sorusunun d ve h çözüm basamağında ve GBT 3. sorusunun alt so-rularının çözümünde katılımcıların sorun yaşama nedenleri arasında model oluşturmada yaşanan so-runlar mevcuttur.

Genetik anlama ve uygulama kategorisi altındaki süreçsel boyut içinde tartışılacak son tema ‘gen-kromozom ilişkisi kurabilme’dir. Bu tema altın-da katılımcıların GBT çözümlerinden elde edilen verilerde ‘genlerin kromozomlar üzerindeki dizi-limlerini belirleyebilme’ ve ‘genler arası uzaklığı hesaplayabilme’ olmak üzere iki kod incelenmiş-tir. Bu kodlar altındaki veriler GBT 3. sorusunun analizlerinden elde edilmiştir. GBT 3. sorusunda-ki genlerin bağlı genler olduğunu tespit eden bir katılımcı, eğer bağlı genler ile krossing-over ola-yına ilişkin bilgisi tutarlı ve yeter düzeyde ise fe-notip oranlarından yola çıkarak genlerin kromo-zom üzerindeki dizilimlerini rahatlıkla belirleyebi-lir. Krossing-over olayını doğru bir biçimde tanım-layabilmelerine rağmen, Cansu ve Bengü dışında-ki tüm katılımcıların süreçsel olarak krossing-over ile ilgili kavramsal bilgilerini uygulayamadıkları ve genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini be-lirleyemedikleri görülmüştür. Bu katılımcılardan Yahya ve Serpil’in GBT 3e alt sorusunu çözerken kullandıkları ifadeler aşağıda verilmiştir.

Yahya: Ortada hangi karakter vardır? Genler birbi-rine ne kadar yakın ise birbirlerine etkileri de o ka-dar fazla olur. Mesela bu gen ne kadar uzaksa (şe-kilde gösterir) bu geni etkilemesi ve o genin feno-tipte etkisini göstermesi de o kadar az olur. Yaklaş-tıkça etkilenme oranı da artar. Ama ortada hangi gen var? Bu konuyu hiç hatırlamıyorum.

Yahya görüldüğü gibi genlerin dizilimi ile ilgili bil-giyi hatırlayamamış genlerin birbirini etkilemesi yani epistasi ile ilgili eksik bilgilere sahip olduğu-nu göstermiştir. Serpil ise ortada hangi gen bulu-


1661

nacağına krossing-over bilgilerini kullanarak değil de soru ifadesinde geçen cümlede verildiği sıra ile karar verdiğini belirtmiştir.

Serpil: Ortada hangi genin olacağına karar veri-niz sorusuna cevap ben göz rengi demişim. Neye göre demişim? Soru kökündeki ifadede ikinci sıra-da göz rengi karakteri verildiği için büyük ihtimal-le öyle yapmıştım sınavda. Başka bir şey düşünme-miştim açıkçası.

Bağlı gen ve krossing-over bilgisinden yola çıkarak genler arası uzaklığın hesaplanması işleminde ise görüşmelere katılan 6 katılımcıdan yalnızca Can-su GBT 3f alt sorusunda sorulan genler arası uzak-lığı tespit edebilmiş ancak genler arası uzaklığın bi-rimini GBT uygulaması sırasında değil de görüş-meler sırasında belirtmiştir. Bengü ise genler ara-sı uzaklığın birimini mikron olarak belirtmiştir. Aylin, ‘Santimorgan tanımını daha önce hiç duy-madım’ demiş, Serpil ve Yahya ‘genler arası uzak-lığın nasıl hesaplandığını bilmediklerini’ ifade et-miş, Berna ise ‘formülleri falan vardı ama hatır-layamıyorum fakat birimi Santimorgan’ demiştir. Soru 3’ün e basamağında 4. sınıftan 7, 5. sınıftan 21 kişi başarılı olmuştur. ‘Genler arası uzaklığı bul-ma’ olarak belirlenen 3f çözüm basamağı ile ‘gen-ler arası uzaklığın birimini belirleme’ olarak belir-lenen 3g çözüm basamağını 4. sınıftan hiçbir ka-tılımcı doğru çözemezken, 5. sınıflardan 3f çözüm basamağını 7 katılımcı doğru çözmüş fakat son çö-züm basamağını 4. sınıf katılımcılarında hiç kim-se doğru çözememiştir. Bu nedenle GBT 3. soru-sunun tam olarak çözülememesinin nedenleri ara-sında, genler arası uzaklığın birimini bilmeme ve genler arası uzaklığın nasıl hesaplanacağını bilme-me durumlarının yer aldığı doküman analizleri ile de tespit edilmiştir.

Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problem-lerini çözmeleri sırasındaki süreçsel uygulama ve davranışlarının problem çözme sürecinde karşılaş-tıkları zorlukların oluşumundaki etkileri, bir de ge-nel problem çözme kategorisinde incelenmiştir. Bu kategorinin süreçsel boyutu altında ‘problemi anla-maya çalışma’ ilk temadır. Problemi anlamaya ça-lışma problem çözme sürecinde kuşkusuz anahtar bir rol üstlenir. Problemin doğru bir biçimde an-laşılmaması problem çözücüyü ya yanlış sonuca ulaştırır ya da problemi ezbere, mekanik olarak, te-sadüfen doğru sonuca yöneltir. Problemin anlaşılıp anlaşılmadığını kestirebilmek için tartışılacak ilk kod, ‘araç-amaç analizi’ yapabilmedir. Çözüm için gereken ve gerekmeyen bilgileri belirleme, ipuçla-rını not alma veya gözden kaçırmama anlamına ge-len ‘önemli bilgiyi belirleyebilme’ kodu ise proble-

min anlaşılıp anlaşılmadığının en önemli göster-gesidir. Sorudaki önemli bilgilerin belirlenmesi ve kullanılması yerine, sorudaki gereksiz noktalara takılmak veya onları sorunun çözümü için gerekli bilgilermiş gibi kullanmak problem çözücüyü yan-lış çözüm süreçlerine götürecektir.

Problemi anlamaya çalışma temasında incelenen son kod ise ‘yeniden ifade etme’dir. Yeniden ifa-de etme; şekil, şema, semboller, grafik vb. çizerek, problemi kendi ifadeleri ile yeniden tanımlama, so-rudaki sembol, grafik şema vb. ne anlam taşıdığını ifade etme olarak tanımlanabilir. Problem çözücü-nün problem içinde geçen ifadeleri doğru bir şekil-de yeniden yorumlayabilmesi, onun problemi an-layabildiğini gösterir. Yeniden ifade etmede yaşa-nılan durumlar, problem çözücünün problemi ger-çekten anlayıp anlamadığını bize gösteren ipuçla-rıdır.

‘Çözüm planı yapma ve uygulama’ teması altın-da; örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğ-rudan söyleme, neden-analiz yöntemini kullanma, deneme-yanılma yöntemi kullanma, olasılıksal dü-şünme kodları incelenmiştir. ‘Örnek ve ön kalıpları kullanma’ problem çözücülerin işini kolaylaştıran ve hızlandıran bir davranıştır. Ancak uygulanma-sı sırasında kimi zaman sorunlar yaşanabilmekte-dir. Bu kod için en önemli bulgulardan biri genetik dersinden başarılı bir not ile geçen Cansu’nun aşa-ğıda verilen görüşme alıntılarıdır.

Araştırmacı: 2. sorudaki kalıtım modelini nasıl ge-liştirdiniz?

Cansu: Soruda da zaten model uydurunuz diyor. Kafama göre bir model uydurmak için uğraştım. Çünkü genetik bu güne kadar öğrendiğimiz ka-dar basit değilmiş. Biz hep kalıba oturttuk. Yani, işte, 3’lü ise 9: 3: 3: 1 çıkar. Çıkmadığı durum ol-mamıştı.

Cansu karşılaştığı normal genetik oranlardan sap-malar ile ilgili sorularda epistasi modelini kullan-dığını belirtmiştir. Cansu öğrendiği ön kalıplardan yararlanmak istediği için çözümünde hiçbir işlem yapmadan 9:3:3:1 oranının çıkması gerektiğini çık-madığı için de ön kalıplarından hatırladığı kadarı ile bu durumun nedeninin epistasi olduğunu be-lirtmiştir. Oysaki çaprazlama sonucu elde etmesi gereken genetik oran 9:3:3:1 değil, 1:1:1:1’dir. Ayrı-ca sorudaki sonucun ortaya çıkmasına neden olan durum epistasi değil bağlı genlerin varlığıdır. Gö-rüşmenin ilerleyen basamaklarında hatasını araş-tırmacının sorduğu sorular doğrultusunda fark eden Cansu aynı hatayı GBT 3. sorusunun çözü-mü sırasında da yapmıştır. Cansu epistasi sorula-


1662

rının yoğun olarak çıktığı sınavdan yalnızca o ko-nuyu kısmen anlamış olması sayesinde geçmiş ve o dersten başarılı sayılmıştır.

Problem çözücünün, problemi çözerken kullan-dığı çözüm adımlarını neden ve niçin kullandı-ğını belirterek çözümü yapması anlamına gelen ‘neden-analiz yöntemini kullanma’ kodu başarı-lı problem çözücülerin başvurduğu bir yöntemdir. Bu koda ilişkin olarak GBT4. sorusunun çözümü için Aylin’in ifadeleri aşağıda verilmiştir.

Araştırmacı: Bu soruda 3: 1 oranı çıkmamış ise hangi durumların etkisi olmuş olabilir?

Aylin: Bunu çok iyi bilemiyorum. Çaprazlanan ır-kın ne tür bir şey olduğunu bilemiyorum hiçbir şe-kilde onun da nasıl etkileri olacağını çıkaramıyo-rum. Mesela bizde normalde XX dişi XY erkek ama başka türlerde bu değişik olabiliyor. O zaman tabi eşeye bağlı katılım oranları daha değişik çıkabili-yor. Eşeye bağlı kalıtımın etkileri olabilir. Bağım-sız dağılım olabilir. İşte onu bilemiyorum. Her şeyi denemem gerekiyor. Her şeyi düşünmek gerekiyor. Daha önce Drosophila ile de çalışmıştık. Şimdi on-ları net bir şekilde hatırlayamadığım için yanıt da veremiyorum.

Aylin’in neden-analiz yöntemini kullanamayıp, rastgele işlemler yaparak sonuca ulaşmaya çalışma-sının nedeninin aslında onun farklı genetik durum-ların genetik oranlara etkisinin nasıl olacağını bile-memesinden kaynaklandığı görülmektedir. Dokü-man analizleri incelendiğinde, GBT 2. sorusunun 2d ve 2g çözüm adımlarında karşılaşılan süreçsel zorlukların nedeninin yine rastgele işlemler yap-mak olduğu ve tutarsızlıklar nedeni ile problemin çözümüne ulaşılamadığı tespit edilmiştir. Alterna-tif çözüm modellerini deneyerek çözüme ulaşmaya çalışma anlamına gelen ‘deneme-yanılma yöntemi-ni kullanma’, daha çok başarısız problem çözücü-ler tarafından tercih edilmektedir. Örneğin, Ben-gü GBT 2. sorusunun çözümünde, saf ırk iki bire-yin çaprazlanması ile oluşan F1 bireyinin kendileş-tirilmesi sonucu 3: 1 oranı çıkması gerekirken, ken-dileştirmeyi dikkate almayıp atladığı için elde etti-ği genetik oranlar soruda verilenden farklı çıkmış, bu nedenle saf ırk bireye atadığı genotipi birkaç kez değiştirerek tekrar çaprazlama yapmıştır. Bir başka deyişle, saf ırk bireylerden birine başta ddLL geno-tipini vermişken sonraki denemesinde ddLl geno-tipini atamıştır. Ancak kendileştirmeyi her seferin-de atladığından doğru sonuca ulaşamamıştır. ‘Ola-sılıksal düşünme’ genetik problemlerinin çözümü için vurgulanması gereken bir diğer koddur. Ola-sılık kalıtımı anlamak ve analiz etmek için gerek-li olan temel bir araçtır. Ancak birçok biyoloji öğ-

rencisi bu konuyu anlamakta zorluk çekmektedir (Honeycutt & Pierce, 2007). Sayısal problem çöz-menin zorluğunun yanı sıra istatistiğin soyut do-ğası, öğrencilerin genetik kavramları anlamalarını zorlaştırmaktadır. En basit düzeyde sorularda ve-rilen ebeveynlere ait gamet çeşitlerinin tespit edil-mesi sırasında katılımcıların olasılıksal düşünme-si gerekmektedir. Bunun için 2n formülü kullanma, öğrencilerin işini kolaylaştıran bir yöntemdir. Katı-lımcılar bu formülü sıkça kullanmıştır. Ancak yan-lış kullanımlar da gözlemlenmiştir.

Olasılıksal düşünmede yaşanan zorlukların ve ola-sılık bilgisinin yetersizliğinin, problem çözümüne olumsuz yansımaları katılımcıların fenotip ve ge-notip oranlarını yorumlayamamalarında da etkin-dir. Genel problem çözme kategorisinde son ola-rak ‘sonuçların değerlendirilmesi’ temasında ‘kont-rol etme hatasını fark edip düzeltme’ kodu tartışı-lacaktır. Kontrol etme problem çözme sürecinin en önemli basamaklarından biri olmakla birlikte bel-ki de en çok terk edilen, atlanılan basamağıdır. Gö-rüşmeler sırasında katılımcıların tümünde kont-rol etme hatasını fark edip düzeltme temasında sorunlar yaşandığı görülmüştür. Katılımcılar çö-zümlerindeki hataları sıklıkla araştırmacının sor-duğu sorular doğrultusunda fark edebilmişler, bu-nun dışında ayrıca kontrol etmemişlerdir. Katılım-cıların büyük bir kısmı kontrol etme-hatasını fark edip düzeltme gibi bir davranış göstermediklerin-den problem çözme sürecinde doğru sonuca ula-şamamıştır.

Sonuçlar

Kavramsal öğrenmeyi başarmış bireyler, kavramla-rı sözel olarak doğru bir biçimde ifade edebilme-nin yanı sıra bu kavramları farklı problem durum-ları içinde keşfedebilir ve çözüm sürecinde doğ-ru noktalarda kullanabilir. Bozkurt (2010), öğren-cilerin öğrendikleri kavramları uygulayamama-larının yaygın olduğunu belirtmiş ve bunun ne-deni olarak kavramların anlamlı bir şekilde öğre-nilmesi yerine, ezberlenmesi olduğunu bildirmiş-tir. Bu araştırmada da öğretmen adaylarının birçok genetik kavramda yanılgı, tutarsızlık ve eksik bil-giye sahip oldukları görülmüştür. Birçok kavramı sözel olarak tanımlamalarına rağmen, bu kavram-lar ile ilgili problemleri çözmede başarısız olmak-tadırlar. Bu durum öğretmen adaylarında kavram-sal anlayışın yetersiz oluşunun açık bir göstergesi-dir. Araştırma sonucunda tespit edilen, kavramsal sorunlar ve bu kavramsal sorunların varlığını gös-teren durumlar tablo 8’de özetlenmiştir. Biyoloji-deki kavram yanılgılarının başında genetik ve ge-


1663

netikle bağlantılı olan mayoz bölünme gibi konu-ların geldiğini savunan Atılboz (2004), Dikmenli, Türkmen, Çardak ve Kurt (2005), Dikmenli (2010) ile Dikmenli, Çardak ve Kıray (2011), Kindfield (1991a; 1991b), Longden (1982), Steawart ve Dale (1989), Steawart ve arkadaşları (1990), Şahin ve Pa-rim (2002), Tekkaya ve arkadaşları (2000), Temel-li (2006)’nin bulgularını destekler niteliktedir. Or-cajo ve Aznar’ın (2005) çalışmalarında elde ettikleri kalıtsal bilginin kromozomlar üzerindeki yerleri ve alellerin kromozomlar üzerindeki dizilimleri ile ilgi-li önemli sorunlar bu araştırmada da ortaya çıkmıştır. Şahin ve Parim (2002) ise 14-15 yaş grubu öğrenci-

ler ile yaptıkları araştırmada, genetikte kavram ya-nılgılarının ortaya çıkmasını, müfredat programı-nın içeriğinin öğrenci düzeyine göre ağır oluşu ve öğrenme-öğretme süresinin yetersiz oluşuna bağ-lamışlardır. Öğrencilerin genlerin karakterlerimizi nasıl etkilediklerine ilişkin bilgiye sahip olmadık-larını, öğrencilerin büyük bir çoğunluğunun gen ve kromozom arasındaki ilişkiyi net bir şekilde kavra-yamadıklarını, genlerin kromozomlar üzerinde na-sıl bir dizilim gösterdiklerini ifade edemediklerini gözlemlemişlerdir. Şahin ve Parim’in çalışmasında yer alan yaş grubundaki öğrenciler ile bu araştır-manın katılımcıları olan biyoloji öğretmen adayla-

Tablo 8. Öğretmen Adaylarının Genetik Anlayışlarındaki Kavramsal SorunlarSorun Yaşanan Kavramlar

Kavramsal Sorunların Varlığını Gösteren Durumlar

Gen ve Alel Kavramları

‘Allel’ kavramı yerine ‘şey’, ‘gamet’ ya da ‘birbirine uygun baz çiftleri’ ifadelerini kullanma‘Gametler tek harf (allel) ile gösterilir. Amaç sadece işlemleri kolaylaştırmaktır’ düşüncesine sahip olmaAlelleri gametlere birlikte aktarma, alellerin gametlere dağılımını farklı karakterlere etki eden genlerin dağılımı gibi düşünmeKarşılıklı lokuslara farklı karakterlere etki eden allel olmayan genleri yerleştirmeFarklı karaktere etki eden genleri birbirinin alelleriymiş gibi düşünme, homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulunuyormuş gibi işlem yapmaAlelleri bir kromozomun aynı kromatidi üzerine yerleştirme

Bağlı Gen ve Krossing-over Kavramları

‘Genlerin bağlı olması homozigot resesif bireylerin çaprazlama sonucunda hiç oluşmamasından anlaşılabilir’ görüşünü savunma ‘Bağlı gen olması durumu birden fazla genin bir fenotipi etkilemesi durumudur’ diyerek epistasi ile karıştırma ‘Genlerin bağlı olması mutasyonlar sonucunda ortaya çıkan bir kromozom anormalliğidir’ görüşünü savunma‘Krosing-over mayozda gametlerin yer değiştirmesidir’ görüşünü savunma Genlerin bağlı olması durumunda, allellerin gametlere birlikte gitmesine neden olacağını savunma, tanımını yapabilmesine rağmen Krossing-overın etkisini göz ardı etmeBağlı genlerin fenotip oranlarına olan etkilerini, eş baskınlığın etkileri ile karıştırma nedeni ile bağlı gen kavramı ile ilgili problemleri çözememeAtasal ve rekombinant fenotip kavramını tanımlama ancak nedenini ve kross-over ile ilişkisini açıklayamamaGenler arası uzaklığın birimi olan Santimorgan kavramı yerine mikron birimini kullanma

Fenotip ve Genotip

Fenotip ayrışım oranı ve genotip ayrışım oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma Genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını yazma Fenotip çeşidi sayısı yerine çaprazlamada çıkacak ihtimal sayısını ya da diğer bir deyişle ebeveynlerin gamet çeşidi sayılarının çarpım değerini yazma

Homozigot ve Heterozigot

‘Saf ırk Heterozigot olma durumudur’ veya ‘saf ırk homozigot dominant olma durumudur’ görüşünü savunma

Kontrol Çaprazlama

‘Kontrol çaprazlama yalnızca dominant fenotipli bireyin genotipini bulmaya yardımcı olur’ görüşünü savunma

Epistasi Kavramı

‘Eş baskınlık ve epistasi aynı şeydir’ düşüncesine sahip olma‘Epistasinin genler arası etkileşimler’ olduğunu vurgulayabilmeye rağmen problemleri çözerken bu bilgiyi uygulayamama Epistasiyi ortaya çıkarabilecek genetik oranları fark edememe, epistasinin etkisini, eş baskınlık, bağlı genler ve letalliğin etkisi ile eş değer tutma, monohibrit çaprazlama oranları ile karıştırma

Resesif ve Dominant

‘Resesif karakter popülasyonda en sık ortaya çıkan karakterdir’ görüşünü savunma ‘Resesif gen, sadece heterozigot durumda iken kendini ifade edebilen gendir’ düşüncesine sahip olma ‘Mutant gen, heterozigotluk veya resesiflik ile ifade edilir’ görüşünü savunma‘Yabanıl tip, doğada yaşayan canlı türüdür’ bilgisini savunma


1664

rının ortak kavramsal sorunlarının oluşu bu öğren-cilerdeki kavramsal sorunların oluşmasında müf-redatın ağır oluşu gibi sorunların yanı sıra öğret-menlerin kavramsal sorunlarının etkisinin de ola-bileceğini düşündürmektedir.

Tablo 8’deki veriler göz önünde bulunduruldu-ğunda öğretmen adaylarının kavramsal sorunları-nı problem çözmelerine yansıttıkları açıkça görü-lebilir. İyi bir düzeye ulaşmış olan kavramsal bilgi problem çözücülerin en büyük yardımcısıdır. Çün-

kü kavramsal bilgi problemdeki ifadeleri anlama, dolayısıyla problemi anlama gibi problem çözümü-nün en önemli aşamalarından birinin gerçekleşti-rilebilmesini sağlar (Kneeland, 2001). Öğretmen adaylarının kavramlar arasında bağlantı kurama-dıkları için problem çözme sırasında kavramları mekanik ve tutarsız olarak kullandıkları görülmüş-tür. Hatta öğretmen adaylarının problemin çözü-mü sırasında belli bir kavram için kabul ettikle-ri kavramsal anlamı, bir başka problemi çözerken

Tablo 9. Katılımcıların Genetik Problemlerinde Yaşadıkları Süreçsel Zorluklar ve Nedenler

Tema Ortaya Çıkan Süreçsel Zorluklar Nedenleri

Çaprazlama Yapabilme

Gamet çeşitlerini ve sayılarını tespit etmede çıkan zorluklar

Bağımsız dağılım prensibi ile ilgili özümsenmemiş bilgiler, örneğin, trihibrit çaprazlamada bireylerin gametlerini yazmada sorun yaşama, alelerin gametlere nasıl dağıldığı mekanik olarak yapmaOlası gamet kombinasyonlarını oluşturmada kombinasyonel ve olasılıksal düşünememe Gamet çeşidi sayısını bulduran 2n formülünün mantığını kavrayamamış olma, mekanik olarak kullanma

Punnet ve çatallı hat yöntemi kullanmada çıkan zorluklar

Punnet karesi ve çatallı hat yöntemi gibi çaprazlamaları kolaylaştıran, oluşan gamet kombinasyonlarını ve olasılıklarını rahatlıkla görebilmeyi sağlayan yöntemleri kullanmayı tam anlamıyla

öğrenememiş olma, bu yöntemleri mekanik olarak kullanma

Çaprazlama sonucu oluşabilecek yavru bireylerin genotip ve fenotip oranlarını bulmada çıkan zorluklar

Punnet karesi vb. kullanmadan ve hiçbir çaprazlama yapmadan, doğrudan ortaya çıkabilecek yavru bireylerin genetik oranlarını tahmin ederek yazmaya çalışma

Mendel’in bulduğu fenotip oranlarını mekanik olarak kullanma

Fenotip ve genotip ayrışım oranları ile ilgili yaşanan kavram yanılgıları

Model Geliştirebilme

Verilen genetik oranları veya olasılıkları kullanarak modeli fark edebilmede yaşanılan zorluklar

Derslerde daha çok çözülen nedenden-sonuca giden belli bir takım algoritmalarla çözebilen sorulara alışık olma nedeni ile model geliştirme, yorumlama ve geliştirilen modeli denetlemeleri kapsayan ve sonuçtan nedene giden problemler olan sonuç-neden problemlerinde zorlanma. Soruda verilen genetik oranları dolayısıyla olasılıkları yorumlayamama, olasılıksal ve orantısal düşünememeGenetik oranları matematiksel olarak yanlış sadeleştirme ve yanlış yorumlama nedeni ile modeli yanlış kurmaPratik eksikliği nedeni ile genetik modelleri bilememe, hangi genetik durumun nasıl bir fenotip oranı yarattığına ilişkin pratik bilginin eksikliğiModel geliştirmede sorun yaşayanların atadıkları genotiplerin tutarsızlık göstermesi, aynı sorunun farklı adımlarında aynı özelliğe sahip bireye farklı genotipler atama

Gen-Kromozom İlişkisini Kurabilme

Genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirlemede yaşanılan zorluklar

Bağlı gen kavramını anlamamış olma, genlerin bağlı olması ile bağımsız olması arasındaki farkı bilememeKrossing- overın bağlı genlerin gametlere dağılımındaki etkisini kestirememe Krossing-over yüzdelerinden hareketle genlerin kromozomal düzenini belirleyememe

Genler arası uzaklığı hesaplamada yaşanılan zorluklar

Genler arası uzaklığın nasıl hesaplandığını ve amacını bilememe, formülünü anlayamamış olmaGenetik haritalama bilgisi eksikliği‘Bağlı gen’ kavramını özümseyememiş olma

KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties

1665

tamamen reddedebildikleri, sadece soruda veri-len sonuçta çıktığı belirtilen genetik oranlara uy-durabilmek adına tam zıddı bir anlamda kullana-bildikleri gözlemlenmiştir. Sağlam, Altun ve Aşkar (2009), bilgisayar cebiri sistemleri ortamında, ma-tematik öğretmen adaylarının problem çözme stra-tejilerini incelemişler ve bu araştırmanın da bul-gularına benzer şekilde, öğretmen adaylarının bir hata ile karşılaştıklarında derste öğrendiklerine ta-mamen zıt uygulamalar yapabildiklerini görmüş-lerdir. Benzer şekilde Moll ve Allen da (akt., Ste-wart ve Hafner, 1994) soruların çözümü sırasında kavram yanılgılarının genetik problem çözümünü olumsuz etkilediğini gösteren bulgular elde etmiş-lerdir. Problemler sonuç-neden problemi olduğun-da üst bilişsel beceriler olan ‘verilenleri kullana-rak hipotezler geliştirme’, ‘hipotezleri deneme’, ‘ha-talı ise geri dönerek hataları keşfetme’ gibi süreç-lerde, özümsenmemiş ve mekanik kalan kavramsal bilgi, problem çözücüyü sonuca götüremez, tutar-sızlıklar yaşatır. Araştırmada elde edilen en önem-li sonuçlardan biri de budur. Öğretmen adayları-nın mekanik kalan kavramsal bilgilerinin, onların sonuç-neden problemlerini çözmelerinde yardım-cı olamadığı açıkça görülmektedir. Steawart (1983) tarafından genetik alanında yapılan bir çalışmada, yoğun olarak algoritmik yolların öğretiminin ya-pıldığı geleneksel öğretimin, öğrencilerin konuya ilişkin kavramları öğrenebilmesinde etkisinin çok zayıf olacağı ifade edilmektedir. Dikmenli ve arka-daşları (2005) bu doğrultuda öğrencileri değerlen-dirmek için yapılan testlerde başarılı olan bireyle-rin hiçbir kavram yanılgıları olmadığını söyleme-

nin mümkün olmayacağını belirtmekte, kavram yanılgılarını belirlemek için iki aşamalı çoktan seç-meli testler, kavram haritaları ve mülakatların uy-gulanabileceğini ifade etmektedirler. Bu araştır-mada da görüşmelerde kavramsal sorunların tes-pit edilebilmesi Dikmenli ve arkadaşlarının (2005), görüşlerini desteklemektedir.

Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemle-rini çözmede yaşadıkları süreçsel zorlukları ortaya koymak için ‘çaprazlama yapabilme’, ‘model geliş-tirebilme’ ve ‘gen-kromozom ilişkisini kurabilme’ temaları incelenmiştir. Genetik problem çözme-de karşılaşılan süreçsel zorluklar ve sebepleri tablo 9’da özetlenmiştir. Kindfield (1991 b), Orcajo ve Az-nar (2005) ve Stewart ve Dale (1989) öğrencilerin gen ve alellin farklı şeyler olduğunu düşündüklerini ve alellerin gametlere dağılımını yapmada zorlandıkları-nı bildirmişlerdir. Bu araştırmada öğretmen adayları-nın lise öğrencileriyle benzer kavramsal zorluklar ya-şadıkları görülmüştür. Stewart ve Dale (1989) araş-tırmalarında katılımcılardan, A ve a genleri ile B ve b genlerini kromozom üzerinde modellemeleri ve gamet oluşumunu göstermelerini istediklerin-de, bazı katılımcılar tek bir kromozom üzerine tüm genleri sıra ile yazmış, yine bazıları bu dört geni, dört ayrı gamet içine yerleştirmiştir. Hatta bazı öğ-renciler birbirinin aleli olan A ve a genlerini aynı kromozom üzerine; B ve b alelini de o kromozo-mun homologu üzerine çizmiştir. Benzer şekil-de bu araştırmanın bulguları arasında, öğretmen adaylarının gen ve kromozom ilişkisi, genlerin kro-mozomlar üzerindeki dizilimleri ve gen haritalama ile ilgili sorunlar yaşadıkları yer almaktadır.

Tablo 10. Öğretmen Adaylarının Genel Problem Çözme Süreci İle İlgili Zorlukları

Süreçsel Zorluklar Nedenleri

Problemi anlamaya çalışma sırasında ortaya çıkan zorluklar

Problemlerin çözümü için en önemli basamak olan problemi anlama basamağında, problemin amacını ve söz konusu amaca ulaşmak için gereken araçları fark edememe

Sorudaki kavramların ve önemli bilgilerin farkına varamama, gereksiz detaylara takılma Sorudaki önemli bilgileri ve çözüm için gereken kavramları semboller, grafikler, şekiller çizerek kendi dilinde yeniden ifade edememe nedeni ile soruyu anlayamama, hipotez kuramama, sorudaki önemli bilgileri kaçırıp, önemsiz noktalara takılma Sorunun soruluş biçimi nedeni ile soruyu daha önce hiç görmediği tarzda bir soru olarak algılama

Çözüm planı yapma ve uygulama sırasında ortaya çıkan zorluklar

Süreç sırasında kimi zaman, örnek ve ön kalıpları kullanma ve sonucu doğrudan söylemeye çalışma, aceleci davranma nedeni ile yanlış sonuçlara yönelme

Deneme-yanılma yöntemi kullanarak bulmaya çalışma sırasındaki kavamsal ve süreçsel bilgi eksiklikleri Olasılıksal düşünme ve yorum yapmada problem yaşama, hipotez geliştirememe, genetik oranları ve olasılıkları yanlış yorumlama

Sonuçların değerlendirilmesi sırasında ortaya çıkan zorluklar

Her tip problemde uygulanması gerekli olan strateji yani kontrol etme ve hata varsa, fark ederek düzeltme stratejisini çoğunlukla atlama, genetik oran ve olasılıkları yorumlayarak ortaya çıkan genetik modelleri tespit ettikten sonra kontrol etmeme


1666

Öğretmen adaylarının genetikte problem çözme-de başarısız olmalarının sebepleri arasında, gene-tik kavram anlayışlarındaki ve genetiğe özel prob-lem çözme süreçlerindeki sorunların yanısıra genel problem çözme sürecindeki yetersizlikleri de sayı-labilir. Öğretmen adaylarının bu çalışmada ortaya çıkan genel problem çözme süreci ile ilgili yaşadık-ları zorluklar ve nedenleri tablo 10’da özetlenmiştir. Araştırmada problemi anlama ve kontrol etme ba-samaklarının problem çözme sürecinin en önemli basamakları olduğu, bu basamaklardaki aksaklık-ların kesinlikle olumsuz bir sonuç doğurduğu gö-rülmüştür. Bu iki basamağa Adair ( 2000) ve Kne-eland (2001) da ayrıca dikkati çekmiştir. Bununla birlikte problemi anlamış olan öğretmen adayları-nın neden-analiz yöntemini tercih ettikleri, çözüm adımlarının neden ve niçin kullanılacağının belir-terek çözüm yaptıklarının gözlenmesi de elde edi-len sonuçlardandır. Konu hakkında çok fazla bilgisi olmayan, soruyu anlamayan öğretmen adaylarının ise neden-analiz yöntemi yerine deneme-yanılma yöntemini daha çok tercih ettikleri ortaya çıkmış-tır. Ayrıca genetik problem çözmede olasılıksal dü-şünebilme becerisinin önemli bir etken olduğu gözlenmiştir. Öğretmen adayının genetik proble-mindeki sonucu ortaya çıkaran nedeni bulmada kullandığı modelde bir hata oluştuğu takdirde, ha-tasının nereden kaynaklandığını kestirememesi-nin kavramsal bilgisinde var olan sorunlar dışında, bir nedeninin de olasılıkları yorumlamada yaşanan sorunlar olduğu vurgulanabilir.

Öğretmen adayları problemin sunum şeklinden de

etkilenmişlerdir. Katılımcılar daha önce sıklıkla kar-şılaştıkları sorulara benzemeyen soruların çözümün-de doğru giden çözümlerini yarım bırakmış, hatta tu-tarsız davranarak kavramları ifade ettiklerinden fark-lı anlamlarda kullanabilmişlerdir. Delice ve Yılmaz (2009) öğrencilerin bilgibilimsel inançlarının prob-lem çözme becerilerine etkisini araştırmış ve öğrenci-lerin alışık olmadıkları sonuçlar elde ettiklerinde so-ruyu doğru çözmüş olsalar bile yanlış yaptıklarını dü-şündüklerini rapor etmişlerdir.

Hem kendine özgü dili bakımından hem de kavram-sal olarak öğrencileri zorlayan genetik konuları öğ-renciyi düşünmeye ve problem çözmeye yönlendi-ren birkaç alandan biridir (Stewart ve Hafner, 1994); karmaşık ve soyut düşünmeyi gerektiren bir alan ola-rak bilginin pasif bir şekilde ezberlenip depolanması-nı değil, sorgulanmasını ve değişik durumlara uygu-lanmasını gerektirir. Genetikte kavramsal öğrenme-nin iki ilişkili ancak farklı boyutta akıl yürütmede gelişme sağlandığında mümkün olabileceği sonu-cuna ulaşılmıştır. Birinci boyut sebepten-sonuca, sonuçtan-sebebe ve süreç muhakemesi gerektiren “Alan-Genel Akıl Yürütme”; ikinci boyut ise nesil-içi ve nesiller-arası muhakeme gerektiren “Alan-Özel Akıl Yürütme” olarak tanımlanabilir. Kav-ramsal genetik anlayışı için gerekli olan akıl yürüt-me boyutları ve nitelikleri şekil 2’de gösterilmiştir. Genelde nesil-içi akıl yürütme nesiller-arası akıl yürütmeden; sebepten-sonuca (genotipten fenoti-pe) akıl yürütme sonuçtan-sebebe (fenotipten ge-notipe) akıl yürütmeden daha kolaydır (Stewart ve Hafner, 1994). Aynı şekilde sonuçtan-sebebe akıl


1667

yürütme de süreç hakkında akıl yürütmeden daha kolaydır (Kindfield, 1994a, 1994b). Nesiller-arası ve sonuçtan-sebebe akıl yürütme gerektiren prob-lemlerde öğrenciler zorlanmıştır.

Mayoz bölünme genetik dersinin ilk konusu olma-lıdır. Öğrencilerin kavramsal bir genetik anlayışı-na sahip olmaları ve genetik problem çözümün-de doğru yorumlar yapabilmeleri için gamet olu-şumunda kromozom sayısının yarıya indirgenme-si sürecinde homolog kromozomların bağımsız da-ğılımını ve krossing-over olayını çok iyi anlamala-rı gereklidir. Ancak geleneksel müfredatta mayoz bölünme genetik konularından ayrı verilmektedir.

Tartışma ve Öneriler

Genetik biyoloji öğretmenleri ve öğrencileri için özellikle zor olan bir konudur. Çünkü farklı biyo-lojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hız-lı veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük öl-çekte meydana gelen ve doğrudan gözlemleneme-yen olasılıkları içeren olayları tanımlar. Ortaöğre-tim biyoloji öğretmenleri, genetik konularını lisans eğitimleri sürecindeki genetik derslerinde aldıkları için genetik dersi veren üniversite öğretim üyeleri bu araştırmanın bulgularını iyi değerlendirmelidir. Öğretmen adayları lisans derslerine kavram yanıl-gıları ile girip aynı kavram yanılgıları ile çıkmakta-dır. Bu araştırmada biyoloji lisans eğitiminde gene-tik dersi veren öğretim üyelerine, kavram yanılgıla-rının yayılmasını önlemeye başlamaları için gerekli olan bilgi sunulmuştur. Kavramsal öğrenmenin ba-şarılı bir şekilde gerçekleşebilmesi için genetik kav-ramlar belli kalıplar şeklinde ayrı ayrı değil fark-lı problemler üzerinde yorumlanarak ve kavramlar arasındaki ilişkiler vurgulanarak verilmelidir. Al-goritmik çözümler ile çözülebilecek sorularla doğ-ru cevabı elde etmekten çok, problem çözme süreç-leri üzerinde durulmalıdır. Bireylerin problem çöz-me ve model geliştirebilme becerilerini arttırmak için derslerde daha çok sonuçtan-nedene giden problemlere ağırlık verilmelidir. Çünkü nedenden-sonuca giden problemler belli bir takım algorit-malar ve belli kalıplardaki çözüm yolları sayesin-de kavram ve konu özümsenmemiş olsa dahi çözü-lebilmektedir. Bu ‘konu alanı bilgisi yeterli öğret-men adayları yetiştirme’ noktasında istenilen bir durum değildir. Amaç temelde genetik problem-lerini, genel anlamda ise günlük hayat problemle-rini çözebilen bireyler yetiştirmek olduğuna göre problemdeki önemli bilgileri ve ipuçlarını yakala-yabilen bunları yorumlayarak hipotezler geliştiren, bu hipotezleri deneyerek kontrol eden ve başarılı

bir sonuca ulaşan problem çözücülerin eğitimi için sonuç-neden problemleri kullanılmalıdır.

Genetik bilgi ve becerilerini değerlendiren sınav-lar yalnızca çoktan seçmeli sorulardan oluşmama-lıdır. Çünkü bu tip sınavlar, gerek kavramsal gerek-se süreçsel bilgiyi gerçek boyutta ölçmede sınır-lı kalmaktar. Açık uçlu sonuç-neden soruları daha çok tercih edilmelidir. Daha fazla birey sayısının bulunduğu Punnet karelerinin kullanımını gerek-tiren problemlere odaklanmalıdır. Bu etkinlik öğ-retmen adaylarının olasılıksal düşünmelerini geliş-tirir. Öğretmen adaylarının permütasyon ve olası-lık bilgilerinin eksikliği nedeni ile genetik problem çözemiyor oluşları noktası ayrıca farklı alanlarda-ki yetersizliklerin genetik problem çözme beceri-lerine yansımasını göstermektedir. Bu nedenle öğ-retmen adaylarının genetik ile yakından ilgili olan farklı alanlardaki eksik bilgilerinin de tespit edilip giderilmesi gerekmektedir.

1668

Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties

Abstract

The purpose of this study was to explore prospective biology teachers’ understandings of fundamental gene-tics concepts and the association between misconceptions and genetics problem solving abilities. Specifically, the study describes conceptual and procedural difficulties which influence prospective biology teachers’ gene-tics problem solving abilities. Case study methods were utilized in this study. Total of 70 prospective biology te-achers participated in this study. The data sources included genetics concept tests (GBT) and semi-structured interviews. Genetics concept tests were administered to all of the participants. Six participants were selected by purposeful sampling for semi-structured interviews. The results of the study showed that prospective biology teachers had incomplete understandings and several alternative conceptions of Mendelian genetics. Although they were able to describe some concepts, they frequently failed to apply them in problem solving situations. In many cases mechanical application of common problem solving strategies were observed without compre-hensive conceptual understanding. The participants that demonstrated behaviors which require metacognitive strategies and higher order thinking skills such as constructing hypothesis, data, and end-means analysis were more successful in genetics problem solving. Some of the participants who were successful in cause-effect type problems had difficulties in end-means type of problems.

Key Words

Genetics Learning, Problem Solving in Genetics, Biology Teacher Education.

Genetics, the central point of developments in the field of biology, is a particularly difficult subject for teachers and students; since it involves relations between the events of different levels of biologi-cal organization. Additionally, genetics attempts to define directly unobservable probabilities that are happening too fast or too slow and too small or too large in scale. Misconceptions in genetics are encountered and reported frequently (Atılboz, 2004; Bahar, Johnstone, & Hansell, 1999; Bahar,

Johnstone, & Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kin-field, 1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay, & Öztas, 2003; Steawart & Dale, 1989; Steawart, Haf-ner, & Dale, 1990; Şahin & Parim, 2002; Tekkaya, Çapa, & Yilmaz, 2000; Temelli, 2006). It is desirable for prospective biology teachers to engage with scientific reasoning strategies such as data inter-pretation, prediction, and hypothesis testing while trying to explain biological processes and events. Scientific reasoning and sense making activities al-low students to develop in-depth understanding of the subject (Cooper, Hanmer, & Cerbin, 2006). The purpose of this study was to investigate prospective biology teachers’ understanding of basic Mendeli-an genetic concepts and to examine the conceptual and procedural challenges they encounter during the process of problem-solving in genetics.

Misconceptions and Sources of Misconceptions

Misconceptions are defined as conceptual patterns that deviate from the meanings widely accepted by

Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri • Educational Sciences: Theory & Practice - 11(3) • Summer • 1668-1674 ©2011 Eğitim Danışmanlığı ve Araştırmaları İletişim Hizmetleri Tic. Ltd. Şti.

a PhD. Mustafa Çakır is currently an Assistant Pro-fessor at the Department of Secondary Science and Mathematics Education. His research inte-rests include teaching science as inquiry, nature of science, and implementing technology into sci-ence classrooms with a particular focus on hel-ping students to develop 21st century skills. Cor-respondence: Assist. Prof. Mustafa ÇAKIR, Mar-mara University, Atatürk Faculty of Education, Goztepe Campus, 34722, Istanbul/Turkey. E-mail: [email protected]. Phone: +90 216 3459090/298.

Meryem KARAGÖZMarmara University

Mustafa ÇAKIRa

Marmara University


1669

the scientific community (Bahar, 2003; Clement, 1982; Smith, 1989). Misconceptions are resistant and unlikely to change with traditional teaching methods. Misconceptions usually arise from stu-dents’ prior knowledge and everyday experiences (Halloun & Hestenes, 1985). Students emotion-ally and intellectually depend on their misconcep-tions since they constitute them actively consum-ing energy in time. However, misconceptions do not only arise from primitive worldviews or daily life experiences but also as a result of both formal and informal education (Barras, 1984; Gniffithi & Grant, 1985; Kesercioğlu & Dalkıran, 2006; Smith, 1989). For example, the textbooks used in formal education are considered to be important sources of misconceptions (Dikmenli & Çardak, 2004; Dikmenli, Çardak, & Öztaş, 2009). Teachers have a critical influence on students’ knowledge, inter-est, understandings, and misconceptions. Shaw, Horne, Zhang and Boughman (2008) observed and reported that students had knowledge, personal interests, and bias as their biology teachers. They also identified major misconceptions in 55.6% of students’ writings about genetics even after correc-tions performed by their biology teachers (Shaw et al., 2008). Azar (2003) reported that prospec-tive teachers did not see themselves as sufficiently capable teachers to conduct conceptual teaching for their students. Longden (1982) stressed that students’ misconceptions about genetics in fact is due and related to the nature of the genetic issues themselves.

Problem and Problem Solving

Although the concept of problem has very different meanings in the literature, overall it can be evalu-ated as a situation which presents a barrier for a problem solver and its successful solution requires finding the appropriate method and converting the method into a skill (Altun, 2000; Kalaycı, 2001). On the other hand, problem solving can be defined as an activity that requires both subject matter knowl-edge and selection of appropriate cognitive strate-gies to find means in order to reach the desired out-comes (Senemoğlu, 2005). In an attempt to explain the process of problem solving, Kneeland (2001) proposed an iterative model. Phases of the iterative model include (a) understanding the problem, (b) gathering the necessary information, (c) searching for the root of the problem, (d) developing solu-tions, (e) deciding on the best pathway, and (f) solving the problem. Iteration continues until the problem is solved. Adair (2000) proposed a model

that combines the decision-making and problem-solving processes. According to Adair (2000), thinking and the problem solving is a multi-stage and a complex process; therefore he proposed a bridge model stating that in order to understand where the individual is in a problem-solving and decision-making process a simple bridge should be established between the stages of the process. Lumsdaine and Lumsdaine (1995) classified the problem-solving methods used by people in daily life as trial and error, conjecture, open-ended in-quiry (unguided experimentation), intuition, and scientific method which is rarely used in education. Orcajo and Aznar (2005) classified the types of ge-netic problems, used during genetics lectures to students as an example, into two groups: (1) cause-effect problems (closed problems) and (2) effect-cause problems (open problems). Comparing two types of the problems, Steawart (1983) argued that effect-cause problems work better than cause-effect problems; stating that since cause-effect problems can be solved by using a set of algorithms such problems in high school textbooks cannot help students to develop conceptual understandings or teachers to measure conceptual knowledge of the students.

Purpose

Understanding events and phenomena are very similar cognitive concepts to problem solving (Stewart & Hafner, 1994). Problem solving abil-ity is a high level cognitive process which can be enhanced with education (Altun, 2000; Kneeland, 2001; Senemoğlu, 2005). The purpose of this study was to explore prospective biology teachers’ un-derstandings of basic Mendelian genetics concepts and identify conceptual and procedural challenges they grapple with during solving genetics prob-lems which require high-level cognitive abilities such as hypothesis testing, data collection, analy-sis, and manipulation. In Turkey, research about problem solving and genetics misconceptions are particularly concentrated in primary and second-ary education (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal, Bayram, & Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Nakiboğlu & Kalın, 2003; Şahin & Parim, 2002; Tatar & Can-süngü Koray, 2005); therefore undergraduate level studies are needed. The research questions of this study were: (1) What common misconceptions about basic Mendelian genetics are held by pro-spective biology teachers? (2) What kind of con-ceptual and procedural difficulties do prospective biology teachers grapple with during problem

E D U C A T I O N A L S C I E N C E S : T H E O R Y & P R A C T I C E

1670

solving in genetics? In order to answer primary re-search questions two sub-questions were raised: (a) What is the relationship between prospective biol-ogy teachers’ conceptual knowledge level and their success in problem solving process? (b) What kind of difficulties about general problem solving pro-cedures do prospective biology teachers encounter during problem solving in genetics?

Method

Research Design

Case study research design is one of the qualita-tive research traditions and it was employed in this study. The research participants were prospective biology teachers who were in their fourth and fifth year and enrolled in Marmara University, Atatürk Faculty of Education during 2008-2009 academic years. There were total of 70 (18 male, 52 female) participants, all of whom had taken genetics course in previous years. In first stage of the study Genet-ics Achievement Test (Appendix 1) was adminis-tered to all of the participants and tests were ana-lyzed with document content analysis technique. In order to use in document analysis solution diagrams for each question were developed (Ap-pendix 2). The results of document analysis were used to purposefully select the participants for semi-structured interviews which are the primary data source in this study. Genetics Achievement Test results were classified in three groups, namely, low, average, and high ability groups. Using maxi-mum diversity sampling method (Patton, 1990) two participants, one fourth and one fifth year students were selected from each group. Finally six volunteer participants were identified for semi-structured interviews. Interviews were audio and video recorded. Both Genetics Achievement Test and semi-structured interview protocol was pilot tested prior to use in this study.

Process of Data Analysis

The solution flow diagrams were used in analysis

of Genetics Achievement Test. Each step in solu-tion diagram is scored 1 if correct and 0 if omitted or wrong. As a result, a participant could get total score of 5 in question one, 8 in question two, 7 in question three, and 4 in question four; adding up to the highest score of 23. Achievement tests were also used in semi-structured interviews and selected participants were asked to delineate their answers.

Semi-structured interviews were transcribed and analyzed with constant comparative method. The data was imported in qualitative data analysis soft-ware, Nvivo. Open and axial coding performed by two researchers independently and inter-coder agreement was achieved through discussions in meetings. Interview data was triangulated with Genetics Achievement Test document analysis. Inferences from coding and scoring tests were confirmed and supported through member check method in individual interviews. In order to elu-cidate thinking and reasoning patterns of the par-ticipants open-ended questions from previously answered tests utilized and participants were en-couraged to be vocal and provide reasons for their actions during the problem solving tasks.

Results

Conceptual understanding of fundamental ge-netics concepts is a prerequisite requirement for successful problem solving in genetics. The most problematic concept, among prospective biology teachers, was the concept of “allele”. Most of the participants had misconceptions, inconsistent or partial understandings of the allele concept. The participants had a difficult time in defining the concept and they usually tried to give examples and explain the manifestations of the alleles instead of describing the concept. The analysis of second question in achievement test reflects the partici-pants’ lack of conceptual understandings of linked genes, cross-over, phenotype and genotype ratios and ability of developing inheritance model. The number of successful problem solvers for each step of the question is shown in Table 2.

Table 2. The Number of Participants Who Failed to Proceed From Each Solution Steps of Second Item (N=70)

Omitted Completely CorrectSolution Steps

2.a 2.b 2.c 2.d 2.e 2.f 2.g 2.h

4th Year (n=38)

13 0 9 0 0 2 0 0 13 1

5th Year (n=32)

3 6 6 0 0 9 0 0 2 6


1671

The reason for prospective biology teachers failure in steps 2.a and 2.g has to do with incorrect or in-complete understandings of allele concept. Simi-larly, prospective biology teachers demonstrated incomplete, inconsistent or partial understand-ings of fundamental Mendelian concepts such as dominant and recessive trait, homozygous and heterozygous individuals. Gene concept was usu-ally well understood however distinction between “gene” and “allele” was not clear for most of them as they attributed simple dominance or recessive-ness to genes instead of alleles. Other problematic concepts included epistasis, co-dominance and incomplete dominance. Epistasis was usually con-fused with cases of multiple alleles. The participant could not easily differentiate interactions between different genes and between the different alleles of the one gene. For example, the failure to solve the fourth problem in achievement test can be attrib-uted the lack of understanding of concept of reces-siveness. Table 3 presents the number of successful participants for each steps of solutio0n.

Table 3. The Number of Participants Who Failed to Proceed From Each Solution Steps of Fourth Item (N=70)

OmittedCompletely Correct

Solution Steps

4.a 4.b 4.c 4th Year (n=38)

6 0 32 0 0

5th Year (n=32)

7 6 17 0 2

The most common hindrance that prevented the participants from proceeding to next step in this question was the lack of conceptual understand-ings of concepts of recessiveness, pure breed, and heterozygous. Most of the participants failed to assign correct notations to represent genotypes in order to identify possible gamete types and per-form correct crosses. One striking finding was that although most of the participants were able to give the textbook definition of the alleles; they could not able to visualize the locations of the alleles during meiosis. The role and process of meiosis in gamete formation should be emphasized and the mecha-nism of crossing-over and its’ relationship to gene linkage and genetic variation via recombination should clearly be made apparent.

Successful problem solving in genetics requires knowledge on subject area specific problem solving procedures as well as general problem solving abili-ties. For example, identification of possible gamete formations using the principle of independent as-

sortment for unlinked genes is important in per-forming crosses and coming up with correct geno-type and phenotype ratios in different generations. Since Genetics Achievements Test included effect-cause type of problems, the participants were ex-pected to utilize probabilistic thinking and inquire about several different scenarios which may yield the same results and choose the most likely model that was consistent with Mendelian modes of inher-itance. However, the participants failed to employ critical inquiry in evaluating available information and haphazardly used ratios and algorithms that are commonly associated with monohybrid or di-hybrid crosses instead. Successful problem solvers demonstrated two distinct behavior worth to men-tion: they established a cause analysis procedure in which they specify the reasons for using any given method in each step of the solution; and they con-firm their result, going back and forth in solution procedure trying to revise their approach when necessary. Understanding the problem correctly, redefining it, and determining important informa-tion by distinguishing it from unnecessary infor-mation plays a key role in problem solving process. Successful problem solvers also tried to restate the problem in an effort to understand the situation doing an end-means analysis before attempting to propose any method for solution.

Document analysis revealed that the participants rarely used metacognitive strategies such as reflec-tion to evaluate their own problem solving process. Successful problem solvers utilized and integrated both conceptual and procedural knowledge of ge-netics. Especially, effect-cause problems necessitate prediction and forming hypothesis followed by hypothesis testing which provides a context where problem solver could formulate conceptual knowl-edge into researchable ideas, investigate ideas through manipulation, prediction, and observa-tion, and evaluate ideas in the light of evidence.

Discussion

The participants who achieved the conceptual un-derstanding not only were able to describe the con-cepts correctly but also able to explore these con-cepts in different problem situations and use them in suitable places in the process of problem solving. Bozkurt (2010) reported that students commonly failed to apply concepts in problem situation due to rote memorization. The results of this study show that prospective biology teachers have inconsistent and incomplete understandings and misconcep-tions of several basic Mendelian genetic concepts.


1672

Although they were able to describe concepts ver-bally; they failed to utilize them in problem solving situations. This is a clear indication of poor concep-tual understanding. The results of this study sup-ported findings that reported by Atılboz (2004), Dikmenli (2010), and Dikmenli, Çardak, and Kıray (2011), Dikmenli, Türkmen, Çardak, and Kurt (2005), Kindfield (1991a; 1991b), Longden (1982), Steawart and Dale (1989), Steawart et al., (1990), Şahin and Parim (2002), Tekkaya et al, (2000), Temelli, (2006). Similar to Orcajo and Aznar (2005) study, the problematic understand-ings of the location genetic information and the sequence of alleles on chromosomes have emerged in this study, too. Sağlam, Altun, and Aşkar (2009) explored problem-solving strategies of prospec-tive mathematics teachers in computer algebra systems environment and reported similar results that prospective teachers adapted entirely opposite course of actions than what they learned in class when confronted with an error. It is evident that the prospective teachers’ algorithmic knowledge of predefined genetics ratios and models does not help them to solve effect-cause type of problems. Traditionally, genetics courses are taught in an al-gorithmic-intensive way (Steawart, 1983) and such instruction is unlikely to support meaningful and conceptual learning (Stewart & Dale, 1989; Stewart et al., 1990). When encountered with unfamiliar type of problems participants behave inconsistently and could not finish the solutşion even when they were in the right track, additionally they used some pre-viously mastered concepts in a different and wrong ways. Delice and Yilmaz (2009) investigated the

effect of students’ epistemological beliefs on their problem-solving abilities and reported that when the solution result is not familiar to students; they think solution is wrong even if they have solved the question correctly.

It is concluded that conceptual learning in genet-ics be possible through developing reasoning in two related but different dimensions. The first di-mension requires cause-effect, effect-cause, and procedural reasoning; namely, “Domain-General Reasoning”, and the second dimension requires reasoning within a generation and between gen-erations; namely “Domain-Specific Reasoning”. Reasoning dimensions that are necessary for con-ceptual genetic understanding and their charac-teristics are shown in Figure 1. In general, within generation reasoning is easier than between gen-eration reasoning and cause-effect (from genotype to phenotype) reasoning is easier that effect-cause (from phenotype to genotype) reasoning (Stewart & Hafner, 1994). Similarly, effect-cause reason-ing is easier than procedural reasoning (Kindfield, 1994a, 1994b). Participants were mostly challenged in problems that required both between generation and effect-cause reasoning.

Since, in order to achieve conceptual understand-ing and master problem solving procedures, stu-dents must have sound understandings of the proc-ess of gamete formation, independent assortments of the chromosomes, and crossing-over meiosis should be the first topic of introduction to genetics.


1673

References/KaynakçaAdair, J. (2000). Karar verme ve problem çözme (çev. N. Kalaycı, 1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi.

Altun, M. (2000). İlköğretimde problem çözme öğretimi. Milli Eğitim Dergisi, 147, 26–30.

Atılboz, G. N. (2004). Lise 1. sınıf öğrencilerinin mitoz ve ma-yoz bölünme konuları ile ilgili anlama düzeyleri ve kavram yanılgıları. Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24 (3), 147–157.

Azar, A. (2003). Okul deneyimi ve öğretmenlik uygulaması derslerine ilişkin görüşlerinin yansımaları [elektronik versi-yon]. Milli Eğitim Dergisi, 159. http://yayim.meb.gov.tr/dergi-ler/159/azar.htm web adresinden 20 Şubat 2007 tarihinde edi-nilmiştir.

Bahar, M. (2003). Misconceptions in biology education and conceptual change strategies. Educational Sciences: Theory & Practice, 3, 55–64.

Bahar, M., Johnstone, A. H., & Hansell, M. H. (1999). Revisi-ting learning difficulties in biology. Journal of Biological Edu-cation, 33, 84–86.

Bahar, M., Johnstone, A. H., & Sutcliffe, R.G. (1999). Investi-gation of students’ cognitive structure in elementary genetics through word association tests. Journal of Biological Education, 33 (3), 134–141.

Barras, R. (1984). Some misconceptions and misunderstan-dings perpetuated by teachers and textbooks of Biology. Jour-nal of Biological Education, 18, 201–206.

Bozkurt, A. (2010). İsçi ve havuz problemleri ile ilgili karşılaşı-lan zorluklar ve çözüm önerileri. Ahi Evran Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 11 (2), 173–185.

Clement, J.J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of Physics, 50, 66–71

Cooper, S., Hanmer, D., & Cerbin, B. (2006). Problem-solving modules in large introductory biology lectures enhance stu-dent understanding. The American Biology Teacher, 68, 9, 524–529.

Delice, A. ve Yılmaz, K. (2009) 10. Sınıf öğrencilerinin mate-matik problem çözme süreçlerinin incelemesi: Bilgibilimsel İnanç. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 30, 85–102.

Dikmenli, M. (2010). Misconceptions of cell division held by student teachers in biology: A drawing analysis. Scientific Rese-arch and Essay, 5 (2), 235–247.

Dikmenli, M. ve Çardak, O. (2004). Lise 1 biyoloji ders kitapla-rındaki kavram yanılgıları üzerine bir araştırma. Eğitim Araş-tırmaları, 17, 130–141.

Dikmenli, M., Çardak, O., & Kıray, S. A. (2011, February). Sci-ence student teachers’ ideas of the concept ‘gene’. Paper presen-ted at the Annual Meeting of the 3rd World Conference on Edu-cational Sciences, İstanbul, Turkey.

Dikmenli, M., Çardak, O., & Öztaş, F. (2009). Conceptu-al problems in biology–related topics in primary science and technology textbooks in Turkey. International Journal of Envi-ronmental & Science Education, 4 (4), 429–440.

Dikmenli, M., Türkmen, L., Çardak, O. ve Kurt, H. (2005). Bi-yoloji öğretmen adaylarının bazı genel biyoloji konularındaki kavram yanılgılarının iki aşamalı çoktan seçmeli bir araç ile be-lirlenmesi [Özel sayı]. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fa-kültesi Dergisi, 17, 365–370.

Gniffithi, A. K. ve Grant, B. A. C. (1985) High school students’ understanding of food webs: Identification of a learning hie-rarchy and related misconceptions. Journal of Research in Sci-ence Teaching, 22 (5), p.421–436.

Gürdal, A., Bayram, H. ve Sökmen, N. (1999). İlköğretim oku-lu 5. ve 8. sınıf öğrencilerinde temel fen kavramlarının anlaşıl-ma düzeyinin saptanması. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fa-kültesi Dergisi, 6, 158–164.

Halloun, I. A., & Hestenes, D. (1985). The initial knowledge state of college physics students. American Journal of Physics, 53 (11), 1043–1055.

Kalaycı, N. (2001). Sosyal bilgilerde problem çözme ve uygula-malar (1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi.

Kasap, Z. (1997). İlkokul 4. sınıf öğrencilerinin sosyo-ekonomik düzeye göre problem çözme başarısı ile problem çözme tutumu arasındaki ilişki. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

Kesercioğlu, T. ve Dalkıran, G. (2006). Kavram haritaları ve kavramsal değişim metinlerinin öğrenci başarısına etkisi. Eği-timde Çağdaş Yönelimler III Yapılandırmacılık ve Eğitime Yan-sımaları Sempozyumu içinde (s.152–154). İstanbul: Özel Tev-fik Fikret Okulları.

Kindfield, A. C. H. (1991a, April). Constructing understanding of a basic biological process: Meiosis as an example. Paper pre-sented at the annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, Fontana, WI.

Kindfield, A. C. H. (1991b, April). Understanding a basic biolo-gical process: Expert and novice models of meiosis. Paper presen-ted at the annual meeting of the National Association for Rese-arch in Science Teaching, Fontana, WI.

Kindfield, A. C. H. (1994a). Biology diagrams: Tools to think with. Journal of the Learning Sciences, 3, 1–36.

Kindfield, A. C. H. (1994b). Understanding a basic biological process: Expert and novice models of meiosis. Science Educa-tion, 78, 255–283.

Kneeland, S. (2001). Problem çözme (çev. N. Kalaycı, 1. bs). An-kara: Gazi Kitabevi.

Longden, B. (1982). Genetics are there inherent learning diffi-culties? Journal of Biological Education, 16 (2), 135–140.

Lumsdaine, E., & Lumsdaine, M. (1995). Creative problem sol-ving, thinking skills for a changing world. New York: McGraw-Hill.

Nakiboğlu, C. ve Kalın, S. (2003). Orta öğretim öğrencilerinin kimya derslerinde problem çözme güçlükleri – I. Kastamonu Eğitim Dergisi, 11 (2), 305–316.

Orcajo, T. I., & Aznar, M. M. (2005). Solving problems in gene-tics II: Conceptual restructuring. International Journal of Scien-ce Education, 27 (12), 1495–1519.

Öztas, H., Özay, E., & Öztas, F. (2003). Teaching cell division to secondary school students: an investigation of difficulties experienced by Turkish teachers. Journal of Biological Educa-tion, 38 (1), 13–15.

Patton, M. Q. (1990). Qualitative evaluation and research met-hods. Newbury Park, CA: Sage

Sağlam, Y., Altun, A. ve Aşkar, P. (2009). Bilgisayar cebiri sis-temleri ortamlarında öğretmen adaylarının problem çözme stratejilerinin incelenmesi. Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Fakültesi Dergisi, 42 (1), 351–376.


1674

Senemoğlu, N. (2005). Gelişim öğrenme ve öğretim kuramdan uygulamaya (11. bs). Ankara: Gazi Kitabevi.

Shaw, K. R., Horne, K.V., Zhang, H., & Boughman, J. (2008). Essay contest reveals misconceptions of high school students in genetics content. Genetics, 178, 1157–1168.

Smith, M. U. (1989). Problem solving in biology–focus on ge-netics. In D. L. Gabel (Ed.), What research says to the science te-acher: Problem solving (pp. 67–79). New York: National Scien-ce Teachers Association.

Steawart, J. (1983). Student problem solving in high school ge-netics. Science Education, 67, 523–540.

Steawart, J., & Dale, M. (1989). High school students unders-tanding of chromosome/ gene behavior during meiosis. Scien-ce Education, 73 (4), 501–521

Steawart, J., & Hafner, R. (1994). Research on problem solving: Genetics. In D. L. Gabel (Ed.), Handbook of research on scien-ce teaching and learning (pp. 284–300). New York: Macmillan.

Steawart, J., Hafner, R., & Dale, M. (1990). Student’s alterna-te views of meiosis. American Biology Teacher, 52 (4), 228–232.

Şahin, F. ve Parim, G. (2002). Problem tabanlı öğretim yakla-şımı ile DNA, gen ve kromozom kavramlarının öğrenilmesi. V. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi içinde (s.28–33). Ankara: Orta Doğu Teknik Üniversitesi.

Tatar, N. ve Cansüngü Koray, Ö. (2005). İlköğretim sekizin-ci sınıf öğrencilerinin ‘genetik’ ünitesi hakkındaki kavram ya-nılgılarının belirlenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 13 (2), 415–426.

Tekkaya, C., Çapa, Y. ve Yılmaz, Ö. (2000). Biyoloji öğretmen adaylarının genel biyoloji konularındaki kavram yanılgıla-rı. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18, 140–147.

Temelli, A. (2006). Lise öğrencilerinin genetikle ilgili konular-daki kavram yanılgılarının saptanması. Gazi Üniversitesi Kas-tamonu Eğitim Dergisi, 14 (1), 73–82.

Genetik Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar

Documents

Transcript of Genetik Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar