Türkçe PDF

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.
Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve
Süreçsel Zorluklar
a
Meryem KARAGÖZ
Mustafa ÇAKIR
Marmara Üniversitesi
Marmara Üniversitesi
Öz
Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavramları anlayışlarını belirlemek, üst düzey bilişsel beceri gerektiren genetik problemlerinin çözümünde yaşadıkları kavramsal ve süreçsel zorlukları tespit etmektir. Araştırmada ‘durum çalışması’ yaklaşımı kullanılmıştır. Biyoloji öğretmenliği programındaki 70 öğrenciye ‘genetik başarı testi’ (GBT) uygulanmış, sonuçlar doküman analizine tabi tutulmuştur. Veriler kullanılarak ‘maksimum çeşitlilik örneklemesi’ ile 6 katılımcı yarı-yapılandırılmış görüşmeler için seçilmiş ve mülakat çözümlemeleri derinlemesine incelenmiştir. Katılımcılarda kavramsal tutarsızlıklar olduğu, sözel olarak belirtebildikleri kavramsal bilgilerini farklı problem durumlarına uygulayamadıkları tespit edilmiştir.
Bu durum algoritmik çözüm akışı gerektiren neden-sonuç problemlerinde çoğu kez sorun oluşturmamış, üst-düzey bilişsel beceriler gerektiren sonuç-neden problemlerinin çözümünde engel olmuştur. Bilişsel farkındalık stratejileri kullanan, hipotez kurma, alternatif çözüm üretme,
sonuç-sebep analizi gibi üst düzey düşünme becerileri gösteren katılımcılar genetik problemlerini 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 biyolojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen
olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hızlı
veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük ölçekte meydana gelen ve doğrudan gözlemlenemeyen
olasılıkları içeren olayları tanımlar. Genetikte kavram yanılgılarına sıklıkla rastlanır (Atılboz, 2004;
Bahar, Johnstone ve Hansell, 1999; Bahar, Johnstone ve Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kinfield,
1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay ve Öza Dr. Mustafa ÇAKIR. Biyoloji Eğitimi alanında Yardımcı Doçenttir. Çalışma alanları arasında sorgulayıcı fen öğretimi, bilimin doğası, kavramsal
öğrenme ve teknolojinin fen sınıflarına entegrasyonu, biyoloji öğretmen eğitimi ve eğitimde ölçme
ve değerlendirme yer almaktadır. İletişim: Marmara Üniversitesi, Atatürk Eğitim Fakültesi Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı, Göztepe Yerleşkesi
34722 İstanbul. E-posta: mustafacakir@marmara.edu.tr. Tel: +90 216 345 90 90 / 298.
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 düşünme ve akıl yürütme stratejilerini kullanmaları istenen bir durumdur. Bunlar öğrencilerin konuyu derinlemesine anlamalarına imkan tanıyacak anlamlandırma aktiviteleridir (Cooper, Hanmer ve Cerbin, 2006). Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavramlarını anlayışlarını ortaya koymak ve genetik problem çözme
süreçlerinde karşılaştıkları kavramsal ve süreçsel
zorlukları açıklamaktır.
Kavram Yanılgıları ve Nedenleri
Kavram yanılgıları, bilim kamuoyunun yaygın olarak kabul ettiği anlamlardan sapan kavramsal düşünce kalıplarıdır (Bahar, 2003; Clement, 1982;
Smith, 1989). Geleneksel öğretim yöntemleri ile
1651
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
değişmeye karşı dirençli olan kavram yanılgıları
çoğu kez öğrencilerin ön bilgilerinden ve günlük
deneyimlerinden kaynaklanır (Halloun ve Hestenes, 1985). Öğrenciler kavram yanılgılarını zaman
içerisinde aktif olarak, enerji harcayarak, oluşturduklarından bu yanılgılara duyuşsal ve entellektüel
olarak bağlıdırlar. Ancak kavram yanılgıları sadece
günlük hayattaki tecrübelerden veya primitif dünya görüşünden kaynaklanmayıp öğretime dayalı
olarak hem formal hem de informal öğretim sonucu da oluşabilir (Barras, 1984; Gniffithi ve Grant,
1985; Kesercioğlu ve Dalkıran, 2006; Smith, 1989).
Örneğin formal öğretimde kullanılan ders kitapları kavram yanılgılarının önemli bir kaynağını oluşturmaktadır (Dikmenli ve Çardak, 2004; Dikmenli, Çardak ve Öztaş, 2009). Öğrencilerin bilgi, ilgi,
anlama ve kavram yanılgıları üzerinde öğretmenlerin çok kritik bir etkisi vardır. Shaw, Horne, Zhang
ve Boughman (2008) biyoloji öğretmenlerinin kişisel bilgi, ilgi ve yanlılıklarını öğrencilerinde de aynı
şekilde gözlemlemişlerdir. Aynı araştırmada biyoloji öğretmenlerinin düzelttiği genetik ile ilgili öğrenci yazılarının %55,6’sında önemli kavram yanılgıları tespit edilmiştir (Shaw ve ark., 2008). Azar
(2003), öğretmen adaylarının kendilerini bir öğretmen olarak öğrencilerine kavramsal öğretim yapabilecek yeterlikte hissetmediklerini rapor etmiştir.
Longden (1982), öğrencilerde ortaya çıkan genetikle ilgili kavram yanılgılarının aslında bizzat genetik konularının kendi doğası ile ilişkili olduğunu
vurgulamaktadır. Bunun dışında kavram yanılgıları, genetiği anlamak için gerekli olduğu düşünülen
diğer bilgi ve kavramlara ilişkin öğrencinin başarı ve ilgi seviyesi, öğrencinin zihninde var olan eski
şemaları yeni bilgiler ile tümleyebilme, örtüştürebilme becerisi, genetiğe karşı olan tutum gibi öğrenci kaynaklı faktörlerden de doğabilir.
Problem ve Problem Çözme
Literatürde çok farklı anlamları olan ‘problem’ kavramı genel anlamda problem çözücü için bir engel
niteliği taşıyan ve çözümü için önemli olan noktanın, uygun yöntemi bularak bu yöntemi beceri haline dönüştürme olan durumlar olarak tanımlanır (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 bulup işe koşmak olarak tanımlanmıştır (Senemoğlu,
2005). Literatürde bilimsel yöntem kavramı, problem çözme kavramı ile çoğu kez eş tutulmakta hatta bilimsel yöntem, problem çözmenin makro düzeyde genelleştirilmiş örneği olarak kabul edilmek-
1652
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 çözme aşamalarından oluşur. Problemi anlama aşaması durumla ilgili gerçekleri ve bilgileri toplama
ve analiz etmeyi gerektirir. Bu modelde en önemli aşama son aşamadır. Çünkü bu aşamada problem çözücü problem çözmenin birinci aşamasına
gidip tekrar başlamak gerekip gerekmediğini anlar. Bu nedenle bu sürece ‘döngülü model’ adı verilmiştir. Bu modelde problem çözücü gerektiğinde en başa dönerek ilk uygulamanın neden çalışmadığı konusundaki tüm ipuçlarını tekrar toplayabilir. Adair (2000) karar verme ve problem çözme
süreçlerini birleştiren bir model önermiştir. Adair’e
(2000) göre düşünme ve problem çözme çok aşamalı, karışık bir süreçtir. Bireyin problem çözme ve
karar verme sürecinin hangi basamağında olduğunu rahatça anlayabilmek ve aynı adımda herkesin
aynı yerde olmasını sağlamak için mutlaka basit bir
köprünün kurulması gerektiğini savunmuş ve buradan yola çıkarak problem çözme süreci için ‘köprü modeli’ni önermiştir (Şekil 1).
Şekil 1.
Problem Çözme Sürecinde Köprü Modeli
Lumsdaine ve Lumsdaine (1995), insanların günlük hayatta kullandıkları problem çözme metotlarından bazılarını, deneme-yanılma, varsayım, sonucu belli olmayan yani açık uçlu denemeler (unguided experimentation) ve sezgi, nadiren de eğitimde de kullanılan bilimsel metot olarak sıralarlar.
Bazı disiplinler için geliştirilen problem çözme metotları ve özellikleri tablo 1’de özetlenmiştir.
Literatürde ‘problemler’ çok çeşitli olarak sınıflandırılmıştır. Ancak bu araştırmada Orcajo ve
Aznar’ın (2005) sınıfladığı genetik problem türleri esas alınmıştır. Buna göre, ders anlatımı sırasında kullanılan ve örnek olarak öğrencilere anlatılan genetik problemlerinin tipolojisi iki gruba ayrılır. Bunlar, neden-sonuç problemleri (causes to effects problems: kapalı problemler) ve sonuç-neden
problemleridir (effect to causes problems: açık problemler). Steawart, sonuç-neden problemlerinin,
neden-sonuç problemlerine göre daha iyi çalıştığını
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
Tablo 1.
Çeşitli Disiplinlerde Problem Çözme Metotları ve Adımlar
Bilimsel Metot
(Fen Bilimleri)
Yaratıcı
Düşünme
(Psikoloji)
Polya’nın
Metodu
(Matematik)
Analitik Düşünme
(Mühendislik)
8- D Metodu
(Endüstri)
Yaratıcı
Problem 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 planlama
Problemi
modelleme
Acil durumla
ilgilenme, temel
sebepleri bulma
Fikir geliştirmeyaratıcı düşünceyi
değerlendirme- daha
iyi fikirler
Alternatif
çözümleri deneme
Açıklama
dönemi,
çözümde karar,
tanımlama ve
aydınlanma
Alternatiflere bakma
Deneyimler 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,
Sonuç çözümleri
sonuçları kontrol
değerlendirme
etme
Planı uygulama,
problemin
tekrar etmesini
önleme, takımın
kutlanması
Çözümü uygulama
ve tamamlama,
Ne öğrenildi?
(Lumsdaine ve Lumsdaine (1995)’den revize edilmiştir).
savunmuş ve lise ders kitaplarındaki neden-sonuç
problemlerinin (örneğin ebeveyn genotiplerindekibaskınlık çekiniklik durumlarından yola çıkarak
oğul döllerin genotip ihtimallerini bulma problemleri) bir takım algoritmalar kullanılarak çözülebilen
problemler olduğu için, doğru cevaba ulaşan öğrencilerin genetik bilgi düzeyini ölçmede çok fazla yardımcı olamayacağını belirtmiştir.
Araştırmanın Amacı ve Önemi
Olayları ve durumları ‘anlama’ ile ‘problem çözme’
çok benzer bilişsel kavramlardır (Stewart ve Hafner,1994). Bu nedenle okullarda öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirecek biçimde düzenlenmiş eğitim öğretim sistemlerine duyulan gereksinim büyüktür. Üst düzey bilişsel bir süreç olan
problem çözme becerileri, eğitim ile geliştirilebilir niteliktedir (Altun, 2000; Kneeland, 2001; Senemoğlu, 2005). Öğretmenler genetik derslerinde öğrencilerinin, gametlerin dağılımını, bazı genetik modelleri vb. anlayabilmeleri için çoğu kez
problem çözmeyi tercih ederler. Buradan hareketle ülkemizde eğitim araştırmaları içinde genetik odak alınarak, genetikte problem çözmeye, kavramsal bilgi düzeyinin problem çözme sırasındaki etkilerinin ne boyutta olduğunu anlamaya, genetik problem çözme becerilerini geliştirmek için
nelere dikkat edilmesi gerektiğine vurgu yapan çalışmaların yapılmasının önemi açıktır. Araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarında bazı te-
mel genetik kavramlara ait yanılgıların olup olmadığını tespit ederek, var olan kavram yanılgılarının onların problem çözmelerine olan olumsuz etkilerini vurgulamak, ayrıca hipotez geliştirme, veri
toplama, analiz yapabilme gibi üst düzey becerilerin kullanımının gerektiği genetik problemlerinde
öğretmen adaylarının yaşadıkları süreçsel zorlukları tespit etmektir. Böylece bu araştırma, üniversitelerde genetik dersi içeriğinin yeniden gözden geçirilmesine de ışık tutacak, elde edilen bulgular nitelikli biyoloji öğretmeni yetiştirmede kullanılabilecektir. Yapılan alan yazın taramalarında, genetik
kavram yanılgıları veya farklı alanlardaki problem
çözme konularındaki çalışmalara ülkemizde rastlanabilmekte iken, kavram yanılgılarının problem
çözmeye olan bilişsel ve süreçsel etkilerini doğrudan odak alan araştırmalar ile problem çözme konusunun genetik alanındaki yansımalarını inceleyen çalışmalara ihtiyaç vardır. Problem çözme ve
genetik kavram yanılgıları ile ilgili araştırmaların
ülkemizde özellikle orta öğretim düzeyinde yoğunlaştığı (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal, Bayram
ve Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Kesercioğlu ve Dalkıran, 2006; Nakiboğlu ve Kalın, 2003; Şahin ve Parim, 2002; Tatar ve Cansüngü Koray, 2005) ancak
lisans seviyesinde çalışmalara ihtiyaç duyulduğu
görülmüştür. Bu araştırma eğitim bilimleri alanına genel anlamda; öğretmen merkezli sorunlar ve
öğretmen yetiştirme, kavram yanılgıları ve kavramsal öğrenme ile genetik problemlerini çözmedeki sorunlar noktasında katkı sağlaması bakımından önemlidir.
1653
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
Tablo 2.
Araştırmanın Metodolojisine Genel Bakış
Araştırma Alt Problemleri
Biyoloji öğretmen
adaylarının, genetik ile
ilgili kavramsal bilgi
düzeylerinin ve kavram
yanılgılarının problem
çözme sürecinde
karşılaştıkları zorluklar ile
ilişkisi nedir?
Biyoloji öğretmen
adaylarının genetik
problemlerini çözmede
karşılaştıkları genel
problem çözme süreci ile
ilgili zorluklar nelerdir?
Veri Toplama
Teknikleri
Veri Toplama
Aracı
Veri Toplama Aracının
Kullanım Amacı
Doküman analizi
Genetik başarı
testi (GBT) çözüm
kağıtları
Kavramsal anlayışı tespit etme,
veri kodlarını oluşturma,veri
çeşitlemesi sağlama, güvenirliği
arttırma, genelleme yapmayı
kolaylaştırma
Yarıyapılandırılmış
Görüşme
Yarı-yapılandırılmış
görüşme
formu
+
GBT çözüm
kağıtları
Kavramsal anlayışı
derinlemesine inceleme,
problem çözmede kavramsal
takılmaların
nedenlerini tespit etme
Doküman analizi
Genetik başarı
testi (GBT) çözüm
kağıtları
Süreçsel uygulama ve
davranışları tespit etme, veri
çeşitlemesi sağlama,
güvenirliği arttırma,
genelleme yapmayı
kolaylaştırma
4. sınıf
38 kişi
8 Erkek, 30 Bayan
Yarıyapılandırılmış
Görüşme
Yarı-yapılandırılmış
görüşme
formu
+
GBT çözüm
kağıtları
Süreçsel uygulama ve
davranışları derinlemesine
inceleme, süreçte ortaya
çıkan takılmaların
problem çözmedeki
etkilerini tespit etme
4. sınıf
3 kişi
1 Erkek, 2 Bayan
Araştırma Problemi
Bu araştırmada ‘Biyoloji öğretmen adaylarının temel genetik kavram anlayışları nasıldır? ve Temel
Mendel genetiği kavramlarına dayanan genetik
problemlerinin çözümününde karşılaştıkları zorluklar nelerdir?’ ana probleminin altında:
(a) Biyoloji öğretmen adaylarının, genetik ile ilgili kavramsal bilgi düzeylerinin ve kavram yanılgılarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorluklar ile ilişkisi nedir?
(b) Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem
çözme süreci ile ilgili zorluklar nelerdir? alt problemlerine cevap aranmıştır.
Yöntem
Bu araştırmada nitel araştırma yaklaşımlarından,
durum çalışması (örnek olay = case study) yaklaşımı kullanılmıştır. Araştırmaya Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Biyoloji Öğretmenliği
Bölümü 4. ve 5. sınıflarında öğrenim gören, önceki
dönemlerde genetik dersi almış, toplam 70 (18 erkek, 52 bayan) öğretmen adayı katılmıştır. İlk aşamada, hazırlanan Genetik Başarı Testi (GBT) tüm
4. ve 5. sınıf öğretmen adaylarına uygulanmış ve
çözüm kağıtları doküman analizine tabi tutulmuş-
1654
Katılımcılar
(N=70)
4. sınıf
38 kişi
8 Erkek, 30 Bayan
5. sınıf
32 kişi
10 Erkek, 22 Bayan
4. sınıf
3 kişi
1 Erkek, 2 Bayan
5. sınıf
3 kişi
0 Erkek, 3 Bayan
5. sınıf
32 kişi
10 Erkek, 22 Bayan
5. sınıf
3 kişi
0 Erkek, 3 Bayan
tur. Bu analizde her bir soruya özel hazırlanmış
olan çözüm adımları akış tabloları kullanılmıştır.
Doküman analizinde GBT çözüm kağıtları puanlandırılmış, elde edilen puanlar yüksek, orta ve düşük puan değeri setlerine ayrılmıştır. Analiz sonuçları bulguların güvenirliğini arttırmak ve araştırmanın temel veri kaynağı olan yarı-yapılandırılmış
görüşmelere katılacak adayları belirlemek için kullanılmıştır. Görüşme katılımcılarını belirlemede
amaçlı örnekleme tiplerinden ‘maksimum çeşitlilik örneklemesi yöntemi’ (Patton, 1990) kullanılmıştır. Araştırılan probleme taraf olabilecek bireylerin maksimum çeşitliliğini sağlamakla birlikte,
küçük bir örneklem üzerinde derinlemesine çalışmaya imkan tanıması ve çeşitlilik gösteren durumlar (düşük, orta ve yüksek GBT puanları) arasında
herhangi bir veya birkaç ortak olgunun (bu araştırma için kavramsal veya süreçsel boyutta söz konusu olan yanılgı, hata ve sorunlar) olup olmadığını
varsa bunların neler olduğunu tespit etmede kullanılabilmesi nedeniyle bu yöntem tercih edilmiştir.
Böylece zengin içerikli verilere ulaşabilme sağlanmıştır. Sözü edilen her puan değeri setinden, biri 4.
sınıf diğeri 5. sınıftan 2 aday olmak üzere toplam
6 gönüllü katılımcı ile yarı-yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Araştırmanın alt problemlerini cevaplamak için kullanılan veri toplama tekniği,
veri toplama araçları ve araştırmanın metodolojisini özetleyen genel bir bakış tablo 2’de verilmiştir.
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
Tablo 3.
Yarı-Yapılandırılmış Görüşmelerin Analizi Sonu Oluşan Kategori, Boyut, Tema ve Kodlar
Kategori
Boyut
Tema
Kod
Gen, allel kavramı
Genotip, fenotip kavramı
Dominant, resesif kavramı
Mendel Genetiğine
Ait Kavramlar
Homozigot (saf ırk), heterozigot kavramı
Kendileşme kavramı
Kavramsal
Boyut
Kontrol (test) çaprazlaması kavramı
Bağlı gen (linkaj) kavramı
Mendel Genetiğinin
Uzantılarına Ait Kavramlar
Genetik
Anlama ve
Uygulama
Krossing-over kavramı
Epistasi kavramı
Gamet çeşitlerini bulma ve yazma
Punnet ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlamayı
yapma
Çaprazlama Yapabilme
Süreçsel
Boyut
Yavruların genotip ve fenotip oranlarını belirleyebilme
Model Geliştirebilme
Olasılıksal düşünme ve modele ilişkin farkındalık
Genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini
belirleyebilme
Gen-Kromozom
İlişkisi Kurabilme
Genler arası uzaklığı hesaplayabilme
Araç- amaç analizi yapma
Problemi Anlamaya Çalışma
Önemli bilgiyi belirleyebilme
Yeniden ifade etme
Genel Problem
Çözme
Süreçsel
Boyut
Örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğrudan
söyleme
Çözüm Planı Yapma ve Uygulama
Neden-analiz yöntemini kullanma
Deneme-yanılma yöntemi kullanma
Olasılıksal düşünme
Sonuçları Değerlendirme
Kontrol etme
Hatasını fark edip düzeltme
Veri Toplama Araçları
Genetik Başarı Testinin Analizi
Genetik Başarı Testi ana kaynakların taranması sonucu kapsam ve içeriği uygun bulunan 25 soruluk havuzdan, üç uzmanın görüşü alınarak seçilen,
herbiri tek başına veya farklı sayılardaki alt sorulardan oluşan dört soruluk bir ölçme aracıdır. Uygulama öncesinde her sorunun çözümü için gereken bilgi ve beceriler belirlenmiştir. Test süre kısıtlaması yapılmadan uygulanmıştır. Katılımcıların
problem çözme süreçleri ve kavramsal anlayışlarını
derinlemesine incelemek için yarı-yapılandırılmış
görüşmeler yapılmıştır. Görüşme protokolü önce
uzmanlar tarafından incelenmiş, sonra yarıyapılandırılmış görüşmelere seçilen 6 katılımcının haricindeki iki öğretmen adayına pilot olarak
uygulanıp son şekli verilmiştir. Görüşmelerde her
bir katılımcıya görüşmenin amacını belirten ‘tanışma protokolü’ çerçevesinde bir giriş yapılmış, ardından görüşme formundaki sorular yöneltilmiştir. Görüşmeler, ses kayıt cihazı ve video kameraya kaydedilmiştir.
Çözüm adımları akış tabloları kullanılarak yapılmıştır. Tabloda belirtilen her bir çözüm adımına, doğru ise 1, atlanmış veya yanlışlık yapılmışsa 0 puan verilmiştir. GBT 3. sorusunda ise her
bir alt soru kendinden önceki alt soru ile doğrudan veya dolaylı yoldan bağlantılı olmasına karşın
katılımcıların çoğunun bu alt sorulardan bazılarını çözüp bazılarını atladığı görülmüştür. Bu durumun incelenmesi katılımcıların verdikleri cevapların ne denli tutarlı olduğunu da göstermiştir. Sonuçta 1. soru için alınabilecek en yüksek puan 5,
2. soru için 8, 3. soru için 7 ve 4. soru için 3 puandır. GBT’den en fazla toplam 23 puan alınabilir. Bu
araştırmada doküman analizinin görüşmelere ek
olarak veri sağlama amaçlı kullanılmasının altında yatan temel amaç, tepkiselliğinin olmayışı nedeni ile görüşmelerden elde edilen verilerin güvenirliğini arttırmak ve daha geniş bir katılımcı grup
oluşturmaktır.
1655
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
Yarı-Yapılandırılmış Görüşme Verilerinin Analizi
Görüşmelerin çözümlenmesinde görüşmelerin yazıya geçirilmesi, tüm GBT kağıtlarının ‘sürekli karşılaştırma metodu’ ile incelenmesi ve literatür taraması sonucu anlamlı veri kategori, boyut, tema ve
kodlarının tespiti, bunların tanımlanması, verilerin kodlanması, kodlama tutarlılığının tespit edilmesi aşamaları kullanılmıştır. Kodlamada N-VIVO
nitel veri yönetme programı kullanılmıştır. Kodlama güvenirliğini sağlamak amacıyla kodlama ikinci bir araştırmacı tarafından bağımsız olarak yapılmıştır. Kodlayıcılar arasında tutarlılık değerlendirme toplantılarındaki tartışmalar ile sağlanmıştır.
Sürekli karşılaştırma metodu ile yapılan açık ve aksiyal kodlama sonucunda oluşan kod, tema, boyut
ve kategoriler tablo 3’te verilmiştir. Doküman analizi verilerini kullanarak veri çeşitlemesi yapılmış,
bulguların geçerlik ve güvenirliği arttırılmaya çalışılmıştır. Görüşmelerin gerçekleştirilmesi sırasında video kamera ve ses kayıt cihazı birlikte kullanılarak katılımcıların beden dili ile verdikleri tepkisel
yanıtlar da kaydedilmiştir.
Bulgular
Alel kavramının tanımını başlangıçta bu şekilde yapan Yahya, mülakatın ilerleyen kısımlarında problem çözümü esnasında ise alel kavramı için ‘birbirine uygun baz çiftleri’ şeklinde bir ifade kullanmış,
‘alel’ ile ‘azotlu organik baz’ kavramlarını karıştırmıştır. Allel kavramının gerçek anlamda özümsenmemiş oluşunun göstergelerinden biri de katılımcıların GBT 2. sorusu çözümleridir. Görüşmeye katılan 6 öğretmen adayından 5’i ‘bağlı gen modeli’ne
dayalı bu soruyu ‘eş baskınlık modeli’ne göre çözmüşlerdir. Bu durum katılımcıların, aynı kromozom
üzerinde farklı lokuslarda bulunan ‘bağlı genleri’, homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulunan ve birbirinin ‘alel’i olan genler ile karıştırdıklarının, aynı zamanda ‘farklı genler’in ve ‘alel’lerin kromozomlar üzerindeki lokasyonu ile ilgili bilgilerinde
sorun yaşadıklarının göstergesidir. Doküman analizleri 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. sorusunun hangi çözüm adımlarından itibaren kaç öğretmen adayının takıldığı ve çözümünü devam ettiremediğini gösteren tablo 4 incelenebilir.
Kavramsal Bilgi Düzeyi ve Problem Çözme Süreci
Bu araştırmada, başarılı problem çözmeyi engelleyen en önemli faktörlerden birinin kavramsal anlayış olduğu görülmüştür. Öğretmen adayları için
sorunlu kavramlardan en göze çarpanı ‘alel’ kavramıdır. Katılımcıların birçoğunda bu kavramla ilgili 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. Anneden ve babadan gelenler… Mesela babadan kahverengi özellik gelse, anneden mavi göz özelliği gelse
bunlar aynı karakterin alelleri. Tanımı böyle yaptım ama doğru yapıp yapmadığımı düşünüyorum.
Emin olamıyorum.
Aylin, alellerin bir genin farklı alternatifleri olduğunu tam olarak ifade edememiş, alelin yapısının
ne olduğundan emin olamamıştır. Yahya ise şu ifadeleri kullanmıştır.
O bir gen çeşidi. Bir genin farklı çeşitleridir yani
varyasyonlarıdır. Mesela A ve a birbirinin alelidir.
Çünkü genin çeşitleridir. Genin varyasyonlarıdır.
1656
Tablo 4.
Soru 2’nin Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70)
Sınıf
Tamamen Çözüm Adımları
Boş
Düzeyi
Doğru
2.a 2.b 2.c 2.d 2.e 2.f 2.g 2.h
4. Sınıf
13
(n=38)
0
9
0
0
2
0
0
13 1
5. Sınıf
3
(n=32)
6
6
0
0
9
0
0
2
6
Öğretmen adaylarının bu sorunun 2.a ve 2.g basamaklarında takılmalarının nedenlerinden birinin allel kavramı bilgisinin yetersizliği olduğu görülmüştür.
Katılımcılarda gözlenen bir diğer sorunlu kavram 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 sadece heterozigot halde iken kendini ifade edilebilen karakterdir. Yani baskın karakter kendisini homozigot ve heterozigot halde iken kendisini gösterebilirken, çekinik karakter sadece heterozigot halde kendini gösterebilir.
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
Resesif kavramının kullanımının problem çözmede olumsuz yansımasına GBT 4. sorusunun çözümünde karşılaşılmıştır. Doküman analizinde GBT
4. sorusunun hangi çözüm adımlarında kaç öğretmen adayının takıldığını gösteren tablo 5 aşağıda
verilmiştir.
Tablo 5.
Soru 4’ün Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70)
Sınıf
Düzeyi
Boş
Tamamen
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 basamağında takılma nedenlerinden birinin resesif kavramı
ile ilgili tutarsızlıklar olduğu görülmüştür. Örneğin
doküman analizlerinde katılımcılardan birinin çözüm sırasında ‘İlk çaprazlamada sonuç hepsi beyaz
çıkıyor ise beyaz gen resesif olduğundan dolayı bu
gerçekleşir’ şeklinde bir not düşmüş olduğu, çözümün devamında ise 131: 29 oranına bakıp bu kez
‘beyaz bireyler daha fazla olduğundan bb daha fazla bulunmalıdır’ şeklinde bir açıklama yaptığı görülmüştür. ‘bb’ katılımcının saf ırk beyaz bireylere
verdiği genotiptir.
Problem çözümünü engelleyen kavramsal sorunlardan biri de homozigot (saf ırk) ve heterozigot
(melez, hibrit) kavramlarına ilişkin olarak karşımıza çıkmaktadır. Görüşmeye katılan bütün öğretmen adaylarında, saf ırk tanımı ve problem çözümünde kullanımı arasında tutarsızlılar vardır. Örneğin, Bengü, GBT 2. sorusunu çözerken başlangıçta, ‘saf ırk’ çizgili bireyi ddLL olarak, ‘saf ırk’ düz
bireyi ise ddll olarak göstermiş ve çaprazlamalarını yapmıştır. Sorunun bu çaprazlama basamağında
aynı zamanda kendileştirme vardır ve soruda kendileştirme sonucunda 3/4 oranında çizgili, 1/4 oranında düz bireylerin oluştuğu belirtilmektedir. Oysaki Bengü işte bu noktada kendileştirmenin yapılmış olduğunu, soruyu tekrar tekrar okumuş olmasına rağmen atlamış ve atadığı genotiplerin hatalı 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 ‘heterozigot mu acaba?’ diyerek, soruda belirtilmesine
rağmen saf ırk çizgili bireyi ddLl olarak ifade ederek çaprazlamayı tekrar yapmıştır. Bengü bu durumu GBT 4. sorusunun çözümü sırasında da gerçek-
leştirmiş, tahmin ettiği genetik model verilen, genotip oranlarına uymadığı için ‘saf ırk’ kavramını
‘heterozigot’ olarak kabul etmiştir. Kavram ile ilgili
doğru sayılabilecek tanımlamalar yapabilen Berna
ise aynı soruda aynı tutarsızlıkları göstermiş, soruda verilen genetik oranlar ile kendi bulduğu genetik oranlar uymadığı için, başlangıçta yaptığı doğru saf ırk tanımını Bengü gibi uygulamada değiştirmiştir. 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 ettiğini göstermiştir.
Kontrol (test) çaprazlama kavramındaki sorunların yansıması da problem çözümünde belirgin
haldedir. Görüşmeye katılan 6 kişiden 2’si dışında
hepsinde kontrol çaprazlamanın ‘baskın fenotipli
bir bireyin genotipinin belirlenmesinde kullanıldığı’ bilgisi hakim iken, ‘genlerin bağlı olup olmadığının ortaya çıkarılmasında da kullanılabildiği’ bilgisi mevcut değildir. GBT 3. sorusunun d alt sorusunda, b alt sorusunda yapılması istenilen kontrol
(test) çaprazlamasının beklenen fenotip sonuçlarını vermediğini gösteren bir tablo verilmiştir. Katılımcıların burada kontrol çaprazlaması sonuçlarının beklenen oranlardan farklı çıkmış olmasını, söz konusu genlerin bağlı olmasından kaynaklanmış olabileceğini yorumlaması beklenmektedir.
Katılımcılardan Berna GBT 3’teki tablo için şu ifadeleri kullanmıştır.
Berna: Tabloda verilen en fazlalar atasallar oluyordu.
Araştırmacı: Neden?
Berna: Bilmem tamamen ezbere. Yani çıkan en fazlalar atasallar. Ondan sonra atasalları bir yere çıkarıyorduk şu şekilde. Buradan sonra 2. en fazla çıkanları çıkartıyoruz. Bunlar çift krossing-over yapmış olanlar …
Katılımcı burada tabloyu yorumlamayı ve bu tablodan anlam çıkarmayı başaramamıştır. Çünkü buradaki kontrol çaprazının nasıl yorumlanması gerektiğini bilmemekte, tamamen derslerde yapmış oldukları benzer soruların çözümlerinden yola çıkarak 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 direkt geçmişim sanırım’ diyerek soruyu boş bırakmasının kontrol (test) çaprazlaması ile ilgili bu bilgiye sahip olmamasından kaynaklandığını belirt-
1657
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
mektedir. Benzer şekilde Serpil de ‘Benim bildiğim
test çaprazlaması kavramının içinde genlerin aynı
kromozom üstünde olup olmadıklarını anlamaktan
çok, ben genotipi anlamak için yapıldığını biliyorum, demek ki yapılıyormuş bu yüzden soruyu boş
bıraktım’ ifadesini kullanmıştır. Doküman analizleri sonucunda elde edilen bulgular görüşmelerden
elde edilen bulguları desteklemektedir. Genetik başarı testinde 3. soruyu toplamda 22 kişi boş bırakmıştır. Sorunun tamamını hiçbir katılımcı doğru
olarak çözmemiştir. Çözüm basamaklarındaki katılımcı performansı tablo 6’de verilmiştir.
Tablo 6.
Soru 3’ün Çözüm Adımlarındaki Başarılı Katılımcı Sayısı (N=70)
Sınıf
Düzeyi
Çözüm adımları
3.a
3.b
3.c
3.d
3.e
3.f
3.g
4. 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 sayısının az olmasının nedeninin kontrol çaprazlaması
ile ilgili tereddütlerden kaynaklanmış olduğu görülmektedir.
Bağımsız dağılım, bağlı gen ve krossing-over kavramları öğretmen adaylarında en problemli kavramlardandır. Katılımcılarda, GBT 2. ve GBT 3. sorularının çözümlerinde bu kavramlardaki sorunların problem çözmeye olumsuz etkileri net bir biçimde ortaya çıkmıştır. Katılımcılardan Serpil’e
‘bağlı gen’in ne demek olduğu sorulduğunda şu ifadeleri kullanmıştır.
Serpil: Bağlı gen, anne mesela heterozigot durumda annenin bu genleri bağlı ise yavruya birlikte
gönderecekti. Ama bağımsız durumda ise ikisinden birini gönderecektir. Mesela göz rengi için annede kahverengi göz ve mavi göz geni varsa çocuğuna hem kahverengi göz hem de mavi göz genini verecektir.
Serpil Aa genotipli bireyin alellerini bir kromozomun iki kardeş kromatidi üzerinde karşılıklı lokuslarına yerleştirmiştir. Eğer bu genler bağlı genler
ise A ve a alellerinin aynı gen lokusunda birlikte yer
alıp birlikte bir gamete aktarılacağını savunmaktadır. Görüşmenin bir yerinde alel kavramını “karşılıklı kromozomlar üzerinde bulunan, aynı karaktere farklı yönlerden etki edebilen genler” olarak açıklamasına karşın, soru çözümündeki bu uygulamaları alellerin gametlere dağılımı, kromozom
anomalileri, diploid olma, alellerin kromozomlar
1658
üzerinde lokasyonu, mayoz bölünme, bağımsız dağılım ve bağlı genler ile ilgili çok büyük kavram yanılgılarına sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum onun problem çözmesinde en büyük engellerden biridir. Soru 1’in başarılı çözümü 4 adım gerektirmektedir. Katılımcıların çözüm adımlarındaki performansları tablo 7’da verilmiştir.
Tablo 7.
Soru 1’in Çözüm Adımlarında Takılan Katılımcı Sayısı (N=70)
Sınıf
Boş
Düzeyi
Tamamen
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 takılmalarının en önemli sebebi, ‘bağımsız dağılım
prensibi’ne bağlı olarak, mayoz bölünmede gamet
oluşumu sırasında alellerin nasıl dağıldığını kavramsal olarak anlamamış olmalarıdır. GBT 2. sorusu ile GBT 3. sorusunun 3d, 3e ve 3f alt sorularının
çözülememesinde yine bağlı genler, bağımsız dağılım ve mayoz bölünmeye ilişkin eksik anlayışların
veya kavram yanılgılarının etkisi vardır.
Problemlerin çözümündeki bir diğer engel ‘epistasi’ kavramı anlayışıdır. Epistatik genlerin etkileşimi Mendel genetik oranlarından sapmalara neden
olur. Kavramsal bir epistasi anlayışı GBT 4. sorusunun çözümü için gereklidir. Ancak bazı öğretmen
adayları diğer sorularda aranan genetik modelleri
yanlış yorumlayarak bu modelleri epistasi ile karıştırmıştır. 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 baskınlıkla aynı şey mi bilemiyorum. Yani üçüncü bir fenotip ortaya çıkıyordu ya işte biri beyaz diğeri kırmızı
oluşanlar pembe heterozigot olmalılar ki eksik baskınlık ortaya çıksın. Ama eş baskınlıkta mesela AB
kan grubunda ne oluyor? Baskınlık söz konusu değil bir birey ikisini de gösteriyor.
Öğretmen adayının bilişsel yapısında epistasi, eş
baskınlık, eksik baskınlık kavramları karmaşık haldedir. Serpil görüşmenin bir başka basamağında
epistasiyi ‘bir karaktere birden fazla genin etki et-
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
mesi durumudur’ şeklinde tanımlamış, örnek olarak da A, B, O kan grubu sistemlerini vererek ‘çok
alellik’ kavramı ile ilgili de sorun yaşadığını göstermiştir. Görüşmenin devamında ‘M ve N kan grupları, Rh kan grupları, A, B, O kan grupları bunların hepsi kan grubu karakterine etki ediyor. Öyle ise
bunlar epistat genlerdir’ şeklinde bir açıklama yapmıştır.
Doküman analizlerinde GBT 4. sorusunun 4a ve
4c basamaklarındaki takılmalarının nedenlerine
bakıldığında, öğretmen adaylarının epistasi durumuna ilişkin genetik oranları yanlış yorumlamalarının temel neden olarak karşımıza çıktığı görülmektedir. Genetik oranların yanlış yorumlanmasında epistasi kavramının doğru anlaşılmamasının
büyük etkisi vardır.
Genetikte Problem Çözme Süreci
‘Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede karşılaştıkları genel problem çözme
süreci ile ilgili zorluklar nelerdir?’ alt probleminin
yanıtı ‘genetik anlama ve uygulama’ ile ‘genel problem 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 analizlerinde, gamet çeşitlerini bulma ve yazma, punnet ve çatallı hat yöntemi kullanarak çaprazlamayı yapma ile yavruların genotip ve fenotip oranlarını belirleyebilme kodları altında incelenen ‘çaprazlama yapabilme’ temasında gözlenen sorunların
problem çözüm sürecini engellemiş olduğu görülmüştür. Örneğin, Berna GBT 3. sorusunu çözerken
SsMmGg genotipli ebeveynin S, G ve M olmak üzere 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 çalışmıştır. Allellerin bağımsız dağılımlar doğrultusunda bir gamete hangi kombinasyonlarla aktarılacağını kestiremeyen Berna, bu nedenle sorunun
doğru çözümünü gerçekleştirememiştir. Doküman
analizlerinden elde edilen bulgulara göre, GBT 1.
sorusunun 1a çözüm basamağındaki takılmalarının sebeplerinden biri de bağımsız dağılım prensibine bağlı olarak mayoz bölünme ile gamet oluşumu sırasında alellerin nasıl dağıldığı ile ilgili sorunların varlığıdır. Katılımcılar GBT 1. sorusunun
1b, 1c ve 1d çözüm basamaklarında da çaprazlama
yapabilme teması altında araştırılan Punnet karesi
kullanımında dikkatsizlik yapma, fenotip ve genotip oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma ya
da genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını yazma gibi problem çözümünün devamını engelleyen
sorunlar yaşayabilmişlerdir.
Genetik Başarı Testi katılımcıların, fenotip ve genotip oranlarını yorumlayarak model geliştirebilme becerilerini yoklayan sonuç-neden problemlerinden oluşmaktadır. Hem doküman analizinde
hem de görüşmelerde fenotip ve genotip oranlarının 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 gerektiğini belirtmiş, iki dihibrit bireyin çaprazlanma sonucunun 9:3:3:1 çıkacağını söylemiştir. Bu mekanik kullanım, onun problemi doğru biçimde çözmesinde bir engel oluşturmuştur. Doküman analizlerinde GBT 1. sorusunun 1a ve GBT 2. sorusunun
2a ve 2h çözüm adımlarındaki zorlukların temelinde de aynı nedenin yattığı gözlenmiştir.
Öğretmen adayları, sonuç-neden problemleri şeklinde yöneltilmiş sorularda yoğun olarak ‘model geliştirebilme’ temasında zorluk yaşamışlardır.
Model geliştirebilmek için verilen durumdaki genotip ve fenotip olasılıklarının iyi yorumlanabilmesi, bu olasılıkları ortaya çıkarabilecek hipotezlerin oluşturulup denenmesi ve hipotezin desteklenmesi gerekir. Katılımcıların model geliştirebilme becerileri ‘olasılıksal düşünme-modele ilişkin
farkındalık’ kodu altında incelenmiştir. Görüşmeye katılan 6 katılımcıdan 5’i, GBT 2 sorusunda verilen fenotip oranlarını ortaya çıkaran modelin eş
baskınlık olduğunu düşünmüştür. Soruda verilen en son çaprazlamadaki ‘noktalı’ ve ‘çizgili’ iki
bireyin çaprazlanması sonucunun ‘noktalı-çizgili’
birey olması durumunun bu düşüncenin ortaya
çıkmasında etkili olduğu görülmüştür. Katılımcılar iki özelliğin aynı anda görülmesini eş baskınlık
olarak yorumlamış ve sonunda uyguladıkları model bir yerde tıkanmış, çözüm akışı devam edememiştir. Oysaki soruda verilen fenotip oranları, iki
farklı karaktere etki eden iki ayrı genin bağlı genler olması durumunda ortaya çıkabilecek oranlardır. Aylin, GBT 2. sorusunun çözümünü eş baskınlık ve çok alellilik modeline göre ilerletmiştir. Aylin çizgili bireyi AA, noktalı bireyi BB, düz bireyi
ise aa genotipleri ile ifade etmiştir. Onun modeline göre bu üç gen aynı karaktere etki etmektedir
ve A ile B genleri birbirine eş baskın, A ve B genlerinin her ikisi ise a genine baskındırlar. Katılım-
1659
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
cı bu model üzerine kurduğu çözüm basamaklarında, ilk iki çaprazlama için bir hata görmemiş ancak
üçüncü çaprazlamaya geldiğinde ise noktalı-çizgili
birey ile düz bireyin çaprazlanması sonucunda sadece noktalı ve sadece çizgili olmak üzere 1:1 oranı
ile iki fenotip ortaya çıkacak olduğunu gördüğünde hata yaptığını fark etmiş, soruyu çözmeyeceğini belirtmiştir. Bu soruda başarısız olan 5 katılımcıya görüşme sırasında, genetik modeli bu soru ile
aynı olan fakat bu sorunun tersine, nedenden sonuca giden bir problem yöneltilmiştir. Sonuçta başarısız 5 katılımcının tümünün neden-sonuç problemi olan bu soruyu çözebildiği görülmüştür. Problemin yapısının veya soruş biçiminin problem çözücü tarafından algılanışının problem çözme sürecinde sorun oluşturabileceğini gösteren bu durumu, katılımcıların GBT 3. sorusundaki çözümleri de desteklemektedir. GBT 2. sorusu ile benzer
şekilde bir sonuç-neden problemi olan ve alt sorulardan oluşan bu soruda öğretmen adaylarından, b
alt sorusunu çözerken yaptıkları test çaprazlaması
sonuçlarını, d alt sorusundaki tabloda sunulan fenotip sayıları ile karşılaştırarak, Mendel oranlarından sapma olduğunu fark etmeleri ve böylece genlerin bağlı oldukları sonucuna ulaşmaları beklenmektedir. Katılımcılardan Bengü bu soruda, ilk üç
alt soruyu çözmeden son üç alt soruyu çözmüştür.
Görüşmeler sırasında bunun nedeni sorulduğunda ‘derste son üç alt soruya benzer sorulardan daha
çok çözdük bu yüzden bu soruları daha kolay çözüyorum’ 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 bırakılmış farklı bir problem türü olarak algılanmıştır. Katılımcı diğer alt sorularda genlerin bağlı genler olduğunu belirtmiş ancak bu modeli tabloyu
kullanarak nasıl anladığı sorulduğunda ise açıklayamamıştır. Sadece en az olanın çift krossing-over
ile oluştuğunun en fazla sayıda olanların atasal fenotipler olduğunun derste belirtildiğini buradan
hareketle genlerin bağlı olduğunu anladığını söylemiştir. Benzer şekilde Berna GBT3d alt sorusu için
aşağıdaki ifadeleri kullanmıştır.
Araştırmacı: Bu tablo size neyi ifade ediyor? Neden bu işlemleri yaptınız?
Berna: Burada yaptığımız şey şuydu. Şu en fazlalar atasallar oluyordu. Ancak bu söylediklerim tamamen ezbere. Ondan sonra atasalları çıkartıyoruz. Sanırım bundan sonra 2. büyükleri çıkartıyoruz. Bunlar çift krossing-over yapmış olanlar 2. büyükleri çıkarmışım zaten. Bu haritalama olayını kesinlikle bilmiyorum.
1660
Berna tablodaki fenotip oranlarını yorumlamamış, derslerde vurgulanan benzer soruların çözümlerinden yola çıkarak ezbere bir şekilde soruyu çözmeye çalışmıştır. Serpil ise GBT 3c alt sorusunu doğru bir biçimde çözerek fenotip oranlarını
bulabilmiş, ancak d alt sorusundaki tablonun yanına ‘oranlar c sorusundakine benzer olmalıydı’ şeklinde bir not düşerek doğru yanıta ulaşamamıştır.
Serpil’in ‘bağlı gen’ kavramını ‘aynı karaktere etki
eden genlerin aynı kromozom üzerinde bulunmasıdır, bağlı genlerin olması durumunda yavruya bir
ebeveynden bir karakter ile ilgili iki allel aktarılır.
Bu da yavruda anormallik yaratır’ şeklinde yorumlaması ve sorudaki fenotip oranlarını fark edememesi soruyu çözememesinde en büyük etkenlerdir.
Doküman analizlerinde GBT 2. sorusunun d ve h
çözüm basamağında ve GBT 3. sorusunun alt sorularının çözümünde katılımcıların sorun yaşama
nedenleri arasında model oluşturmada yaşanan sorunlar mevcuttur.
Genetik anlama ve uygulama kategorisi altındaki
süreçsel boyut içinde tartışılacak son tema ‘genkromozom ilişkisi kurabilme’dir. Bu tema altında katılımcıların GBT çözümlerinden elde edilen
verilerde ‘genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyebilme’ ve ‘genler arası uzaklığı
hesaplayabilme’ olmak üzere iki kod incelenmiştir. Bu kodlar altındaki veriler GBT 3. sorusunun
analizlerinden elde edilmiştir. GBT 3. sorusundaki genlerin bağlı genler olduğunu tespit eden bir
katılımcı, eğer bağlı genler ile krossing-over olayına ilişkin bilgisi tutarlı ve yeter düzeyde ise fenotip oranlarından yola çıkarak genlerin kromozom üzerindeki dizilimlerini rahatlıkla belirleyebilir. Krossing-over olayını doğru bir biçimde tanımlayabilmelerine rağmen, Cansu ve Bengü dışındaki tüm katılımcıların süreçsel olarak krossing-over
ile ilgili kavramsal bilgilerini uygulayamadıkları ve
genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimlerini belirleyemedikleri görülmüştür. Bu katılımcılardan
Yahya ve Serpil’in GBT 3e alt sorusunu çözerken
kullandıkları ifadeler aşağıda verilmiştir.
Yahya: Ortada hangi karakter vardır? Genler birbirine ne kadar yakın ise birbirlerine etkileri de o kadar fazla olur. Mesela bu gen ne kadar uzaksa (şekilde gösterir) bu geni etkilemesi ve o genin fenotipte etkisini göstermesi de o kadar az olur. Yaklaştıkça etkilenme oranı da artar. Ama ortada hangi
gen var? Bu konuyu hiç hatırlamıyorum.
Yahya görüldüğü gibi genlerin dizilimi ile ilgili bilgiyi hatırlayamamış genlerin birbirini etkilemesi
yani epistasi ile ilgili eksik bilgilere sahip olduğunu göstermiştir. Serpil ise ortada hangi gen bulu-
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
nacağına krossing-over bilgilerini kullanarak değil
de soru ifadesinde geçen cümlede verildiği sıra ile
karar verdiğini belirtmiştir.
Serpil: Ortada hangi genin olacağına karar veriniz sorusuna cevap ben göz rengi demişim. Neye
göre demişim? Soru kökündeki ifadede ikinci sırada göz rengi karakteri verildiği için büyük ihtimalle öyle yapmıştım sınavda. Başka bir şey düşünmemiştim açıkçası.
Bağlı gen ve krossing-over bilgisinden yola çıkarak
genler arası uzaklığın hesaplanması işleminde ise
görüşmelere katılan 6 katılımcıdan yalnızca Cansu GBT 3f alt sorusunda sorulan genler arası uzaklığı tespit edebilmiş ancak genler arası uzaklığın birimini GBT uygulaması sırasında değil de görüşmeler sırasında belirtmiştir. Bengü ise genler arası uzaklığın birimini mikron olarak belirtmiştir.
Aylin, ‘Santimorgan tanımını daha önce hiç duymadım’ demiş, Serpil ve Yahya ‘genler arası uzaklığın nasıl hesaplandığını bilmediklerini’ ifade etmiş, Berna ise ‘formülleri falan vardı ama hatırlayamıyorum fakat birimi Santimorgan’ demiştir.
Soru 3’ün e basamağında 4. sınıftan 7, 5. sınıftan
21 kişi başarılı olmuştur. ‘Genler arası uzaklığı bulma’ olarak belirlenen 3f çözüm basamağı ile ‘genler arası uzaklığın birimini belirleme’ olarak belirlenen 3g çözüm basamağını 4. sınıftan hiçbir katılımcı doğru çözemezken, 5. sınıflardan 3f çözüm
basamağını 7 katılımcı doğru çözmüş fakat son çözüm basamağını 4. sınıf katılımcılarında hiç kimse doğru çözememiştir. Bu nedenle GBT 3. sorusunun tam olarak çözülememesinin nedenleri arasında, genler arası uzaklığın birimini bilmeme ve
genler arası uzaklığın nasıl hesaplanacağını bilmeme durumlarının yer aldığı doküman analizleri ile
de tespit edilmiştir.
Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmeleri sırasındaki süreçsel uygulama ve
davranışlarının problem çözme sürecinde karşılaştıkları zorlukların oluşumundaki etkileri, bir de genel problem çözme kategorisinde incelenmiştir. Bu
kategorinin süreçsel boyutu altında ‘problemi anlamaya çalışma’ ilk temadır. Problemi anlamaya çalışma problem çözme sürecinde kuşkusuz anahtar
bir rol üstlenir. Problemin doğru bir biçimde anlaşılmaması problem çözücüyü ya yanlış sonuca
ulaştırır ya da problemi ezbere, mekanik olarak, tesadüfen doğru sonuca yöneltir. Problemin anlaşılıp
anlaşılmadığını kestirebilmek için tartışılacak ilk
kod, ‘araç-amaç analizi’ yapabilmedir. Çözüm için
gereken ve gerekmeyen bilgileri belirleme, ipuçlarını not alma veya gözden kaçırmama anlamına gelen ‘önemli bilgiyi belirleyebilme’ kodu ise proble-
min anlaşılıp anlaşılmadığının en önemli göstergesidir. Sorudaki önemli bilgilerin belirlenmesi ve
kullanılması yerine, sorudaki gereksiz noktalara
takılmak veya onları sorunun çözümü için gerekli
bilgilermiş gibi kullanmak problem çözücüyü yanlış çözüm süreçlerine götürecektir.
Problemi anlamaya çalışma temasında incelenen
son kod ise ‘yeniden ifade etme’dir. Yeniden ifade etme; şekil, şema, semboller, grafik vb. çizerek,
problemi kendi ifadeleri ile yeniden tanımlama, sorudaki sembol, grafik şema vb. ne anlam taşıdığını
ifade etme olarak tanımlanabilir. Problem çözücünün problem içinde geçen ifadeleri doğru bir şekilde yeniden yorumlayabilmesi, onun problemi anlayabildiğini gösterir. Yeniden ifade etmede yaşanılan durumlar, problem çözücünün problemi gerçekten anlayıp anlamadığını bize gösteren ipuçlarıdır.
‘Çözüm planı yapma ve uygulama’ teması altında; örnek ve ön kalıpları kullanma, sonucu doğrudan söyleme, neden-analiz yöntemini kullanma,
deneme-yanılma yöntemi kullanma, olasılıksal düşünme kodları incelenmiştir. ‘Örnek ve ön kalıpları
kullanma’ problem çözücülerin işini kolaylaştıran
ve hızlandıran bir davranıştır. Ancak uygulanması sırasında kimi zaman sorunlar yaşanabilmektedir. Bu kod için en önemli bulgulardan biri genetik
dersinden başarılı bir not ile geçen Cansu’nun aşağıda verilen görüşme alıntılarıdır.
Araştırmacı: 2. sorudaki kalıtım modelini nasıl geliştirdiniz?
Cansu: Soruda da zaten model uydurunuz diyor.
Kafama göre bir model uydurmak için uğraştım.
Çünkü genetik bu güne kadar öğrendiğimiz kadar basit değilmiş. Biz hep kalıba oturttuk. Yani,
işte, 3’lü ise 9: 3: 3: 1 çıkar. Çıkmadığı durum olmamıştı.
Cansu karşılaştığı normal genetik oranlardan sapmalar ile ilgili sorularda epistasi modelini kullandığını belirtmiştir. Cansu öğrendiği ön kalıplardan
yararlanmak istediği için çözümünde hiçbir işlem
yapmadan 9:3:3:1 oranının çıkması gerektiğini çıkmadığı için de ön kalıplarından hatırladığı kadarı
ile bu durumun nedeninin epistasi olduğunu belirtmiştir. Oysaki çaprazlama sonucu elde etmesi
gereken genetik oran 9:3:3:1 değil, 1:1:1:1’dir. Ayrıca sorudaki sonucun ortaya çıkmasına neden olan
durum epistasi değil bağlı genlerin varlığıdır. Görüşmenin ilerleyen basamaklarında hatasını araştırmacının sorduğu sorular doğrultusunda fark
eden Cansu aynı hatayı GBT 3. sorusunun çözümü sırasında da yapmıştır. Cansu epistasi sorula-
1661
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
rının yoğun olarak çıktığı sınavdan yalnızca o konuyu kısmen anlamış olması sayesinde geçmiş ve o
dersten başarılı sayılmıştır.
Problem çözücünün, problemi çözerken kullandığı çözüm adımlarını neden ve niçin kullandığını belirterek çözümü yapması anlamına gelen
‘neden-analiz yöntemini kullanma’ kodu başarılı 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 ırkın ne tür bir şey olduğunu bilemiyorum hiçbir şekilde onun da nasıl etkileri olacağını çıkaramıyorum. Mesela bizde normalde XX dişi XY erkek ama
başka türlerde bu değişik olabiliyor. O zaman tabi
eşeye bağlı katılım oranları daha değişik çıkabiliyor. Eşeye bağlı kalıtımın etkileri olabilir. Bağımsız dağılım olabilir. İşte onu bilemiyorum. Her şeyi
denemem gerekiyor. Her şeyi düşünmek gerekiyor.
Daha önce Drosophila ile de çalışmıştık. Şimdi onları net bir şekilde hatırlayamadığım için yanıt da
veremiyorum.
Aylin’in neden-analiz yöntemini kullanamayıp,
rastgele işlemler yaparak sonuca ulaşmaya çalışmasının nedeninin aslında onun farklı genetik durumların genetik oranlara etkisinin nasıl olacağını bilememesinden kaynaklandığı görülmektedir. Doküman analizleri incelendiğinde, GBT 2. sorusunun
2d ve 2g çözüm adımlarında karşılaşılan süreçsel
zorlukların nedeninin yine rastgele işlemler yapmak olduğu ve tutarsızlıklar nedeni ile problemin
çözümüne ulaşılamadığı tespit edilmiştir. Alternatif çözüm modellerini deneyerek çözüme ulaşmaya
çalışma anlamına gelen ‘deneme-yanılma yöntemini kullanma’, daha çok başarısız problem çözücüler tarafından tercih edilmektedir. Örneğin, Bengü GBT 2. sorusunun çözümünde, saf ırk iki bireyin çaprazlanması ile oluşan F1 bireyinin kendileştirilmesi sonucu 3: 1 oranı çıkması gerekirken, kendileştirmeyi dikkate almayıp atladığı için elde ettiği 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 genotipini vermişken sonraki denemesinde ddLl genotipini atamıştır. Ancak kendileştirmeyi her seferinde atladığından doğru sonuca ulaşamamıştır. ‘Olasılıksal düşünme’ genetik problemlerinin çözümü
için vurgulanması gereken bir diğer koddur. Olasılık kalıtımı anlamak ve analiz etmek için gerekli olan temel bir araçtır. Ancak birçok biyoloji öğ-
1662
rencisi bu konuyu anlamakta zorluk çekmektedir
(Honeycutt & Pierce, 2007). Sayısal problem çözmenin zorluğunun yanı sıra istatistiğin soyut doğası, öğrencilerin genetik kavramları anlamalarını
zorlaştırmaktadır. En basit düzeyde sorularda verilen ebeveynlere ait gamet çeşitlerinin tespit edilmesi sırasında katılımcıların olasılıksal düşünmesi gerekmektedir. Bunun için 2n formülü kullanma,
öğrencilerin işini kolaylaştıran bir yöntemdir. Katılımcılar bu formülü sıkça kullanmıştır. Ancak yanlış kullanımlar da gözlemlenmiştir.
Olasılıksal düşünmede yaşanan zorlukların ve olasılık bilgisinin yetersizliğinin, problem çözümüne
olumsuz yansımaları katılımcıların fenotip ve genotip oranlarını yorumlayamamalarında da etkindir. Genel problem çözme kategorisinde son olarak ‘sonuçların değerlendirilmesi’ temasında ‘kontrol etme hatasını fark edip düzeltme’ kodu tartışılacaktır. Kontrol etme problem çözme sürecinin en
önemli basamaklarından biri olmakla birlikte belki de en çok terk edilen, atlanılan basamağıdır. Görüşmeler sırasında katılımcıların tümünde kontrol etme hatasını fark edip düzeltme temasında
sorunlar yaşandığı görülmüştür. Katılımcılar çözümlerindeki hataları sıklıkla araştırmacının sorduğu sorular doğrultusunda fark edebilmişler, bunun dışında ayrıca kontrol etmemişlerdir. Katılımcıların büyük bir kısmı kontrol etme-hatasını fark
edip düzeltme gibi bir davranış göstermediklerinden problem çözme sürecinde doğru sonuca ulaşamamıştır.
Sonuçlar
Kavramsal öğrenmeyi başarmış bireyler, kavramları sözel olarak doğru bir biçimde ifade edebilmenin yanı sıra bu kavramları farklı problem durumları içinde keşfedebilir ve çözüm sürecinde doğru noktalarda kullanabilir. Bozkurt (2010), öğrencilerin öğrendikleri kavramları uygulayamamalarının yaygın olduğunu belirtmiş ve bunun nedeni olarak kavramların anlamlı bir şekilde öğrenilmesi yerine, ezberlenmesi olduğunu bildirmiştir. Bu araştırmada da öğretmen adaylarının birçok
genetik kavramda yanılgı, tutarsızlık ve eksik bilgiye sahip oldukları görülmüştür. Birçok kavramı
sözel olarak tanımlamalarına rağmen, bu kavramlar ile ilgili problemleri çözmede başarısız olmaktadırlar. Bu durum öğretmen adaylarında kavramsal anlayışın yetersiz oluşunun açık bir göstergesidir. Araştırma sonucunda tespit edilen, kavramsal
sorunlar ve bu kavramsal sorunların varlığını gösteren durumlar tablo 8’de özetlenmiştir. Biyolojideki kavram yanılgılarının başında genetik ve ge-
KARAGÖZ, ÇAKIR / Genetikte Problem Çözme: Kavramsal ve Süreçsel Zorluklar
Tablo 8.
Öğretmen Adaylarının Genetik Anlayışlarındaki Kavramsal Sorunlar
Sorun Yaşanan
Kavramlar
Kavramsal Sorunların Varlığını Gösteren Durumlar
‘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 olma
Gen ve Alel
Kavramları
Alelleri gametlere birlikte aktarma, alellerin gametlere dağılımını farklı karakterlere etki eden genlerin
dağılımı gibi düşünme
Karşılıklı lokuslara farklı karakterlere etki eden allel olmayan genleri yerleştirme
Farklı karaktere etki eden genleri birbirinin alelleriymiş gibi düşünme, homolog kromozomların karşılıklı
lokuslarında bulunuyormuş gibi işlem yapma
Alelleri bir kromozomun aynı kromatidi üzerine yerleştirme
‘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
Bağlı Gen ve
Krossing-over
Kavramları
‘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 etme
Bağlı genlerin fenotip oranlarına olan etkilerini, eş baskınlığın etkileri ile karıştırma nedeni ile bağlı gen
kavramı ile ilgili problemleri çözememe
Atasal ve rekombinant fenotip kavramını tanımlama ancak nedenini ve kross-over ile ilişkisini
açıklayamama
Genler arası uzaklığın birimi olan Santimorgan kavramı yerine mikron birimini kullanma
Fenotip ayrışım oranı ve genotip ayrışım oranı kavramlarını birbiri yerine kullanma
Fenotip ve
Genotip
Genotip oranı yerine genotip çeşidi sayısını 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
Fenotip çeşidi sayısı yerine çaprazlamada çıkacak ihtimal sayısını ya da diğer bir deyişle ebeveynlerin gamet
çeşidi sayılarının çarpım değerini yazma
‘Eş baskınlık ve epistasi aynı şeydir’ düşüncesine sahip olma
‘Epistasinin genler arası etkileşimler’ olduğunu vurgulayabilmeye rağmen problemleri çözerken bu bilgiyi
Epistasi Kavramı 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 karakter popülasyonda en sık ortaya çıkan karakterdir’ görüşünü savunma
Resesif ve
Dominant
‘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
netikle bağlantılı olan mayoz bölünme gibi konuların 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 Parim (2002), Tekkaya ve arkadaşları (2000), Temelli (2006)’nin bulgularını destekler niteliktedir. Orcajo ve Aznar’ın (2005) çalışmalarında elde ettikleri
kalıtsal bilginin kromozomlar üzerindeki yerleri ve
alellerin kromozomlar üzerindeki dizilimleri ile ilgili önemli sorunlar bu araştırmada da ortaya çıkmıştır.
Şahin ve Parim (2002) ise 14-15 yaş grubu öğrenci-
ler ile yaptıkları araştırmada, genetikte kavram yanılgılarının ortaya çıkmasını, müfredat programının içeriğinin öğrenci düzeyine göre ağır oluşu ve
öğrenme-öğretme süresinin yetersiz oluşuna bağlamışlardır. Öğrencilerin genlerin karakterlerimizi
nasıl etkilediklerine ilişkin bilgiye sahip olmadıklarını, öğrencilerin büyük bir çoğunluğunun gen ve
kromozom arasındaki ilişkiyi net bir şekilde kavrayamadıklarını, genlerin kromozomlar üzerinde nasıl bir dizilim gösterdiklerini ifade edemediklerini
gözlemlemişlerdir. Şahin ve Parim’in çalışmasında
yer alan yaş grubundaki öğrenciler ile bu araştırmanın katılımcıları olan biyoloji öğretmen adayla-
1663
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
Tablo 9.
Katılımcıların Genetik Problemlerinde Yaşadıkları Süreçsel Zorluklar ve Nedenler
Tema
Ortaya Çıkan Süreçsel Zorluklar
Gamet çeşitlerini ve sayılarını
tespit etmede çıkan zorluklar
Nedenleri
Bağımsız dağılım prensibi ile ilgili özümsenmemiş bilgiler, örneğin,
trihibrit çaprazlamada bireylerin gametlerini yazmada sorun yaşama,
alelerin gametlere nasıl dağıldığı mekanik olarak yapma
Olası gamet kombinasyonlarını oluşturmada kombinasyonel ve
olasılıksal düşünememe
Gamet çeşidi sayısını bulduran 2n formülünün mantığını
kavrayamamış olma, mekanik olarak kullanma
Çaprazlama
Yapabilme
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
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.
Model
Geliştirebilme
Soruda verilen genetik oranları dolayısıyla olasılıkları
yorumlayamama, olasılıksal ve orantısal düşünememe
Verilen genetik oranları veya
olasılıkları kullanarak modeli fark Genetik oranları matematiksel olarak yanlış sadeleştirme ve yanlış
edebilmede yaşanılan zorluklar
yorumlama nedeni ile modeli yanlış kurma
Pratik eksikliği nedeni ile genetik modelleri bilememe, hangi genetik
durumun nasıl bir fenotip oranı yarattığına ilişkin pratik bilginin
eksikliği
Model 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 bilememe
Krossing- overın bağlı genlerin gametlere dağılımındaki etkisini
kestirememe
Krossing-over yüzdelerinden hareketle genlerin kromozomal
düzenini belirleyememe
Genler arası uzaklığın nasıl hesaplandığını ve amacını bilememe,
Genler arası uzaklığı hesaplamada formülünü anlayamamış olma
yaşanılan zorluklar
Genetik haritalama bilgisi eksikliği
‘Bağlı gen’ kavramını özümseyememiş olma
rının ortak kavramsal sorunlarının oluşu bu öğrencilerdeki kavramsal sorunların oluşmasında müfredatın ağır oluşu gibi sorunların yanı sıra öğretmenlerin kavramsal sorunlarının etkisinin de olabileceğini düşündürmektedir.
Tablo 8’deki veriler göz önünde bulundurulduğunda öğretmen adaylarının kavramsal sorunlarını problem çözmelerine yansıttıkları açıkça görülebilir. İyi bir düzeye ulaşmış olan kavramsal bilgi
problem çözücülerin en büyük yardımcısıdır. Çün-
1664
kü kavramsal bilgi problemdeki ifadeleri anlama,
dolayısıyla problemi anlama gibi problem çözümünün en önemli aşamalarından birinin gerçekleştirilebilmesini sağlar (Kneeland, 2001). Öğretmen
adaylarının kavramlar arasında bağlantı kuramadıkları için problem çözme sırasında kavramları
mekanik ve tutarsız olarak kullandıkları görülmüştür. Hatta öğretmen adaylarının problemin çözümü sırasında belli bir kavram için kabul ettikleri kavramsal anlamı, bir başka problemi çözerken
KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties
Tablo 10.
Öğretmen Adaylarının Genel Problem Çözme Süreci İle İlgili Zorlukları
Süreçsel Zorluklar
Nedenleri
Problemlerin çözümü için en önemli basamak olan problemi anlama basamağında,
problemin amacını ve söz konusu amaca ulaşmak için gereken araçları fark edememe
Problemi anlamaya çalışma
sırasında ortaya çıkan zorluklar
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
Süreç sırasında kimi zaman, örnek ve ön kalıpları kullanma ve sonucu doğrudan
söylemeye çalışma, aceleci davranma nedeni ile yanlış sonuçlara yönelme
Çözüm planı yapma ve uygulama
sırasında ortaya çıkan zorluklar
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
tamamen reddedebildikleri, sadece soruda verilen sonuçta çıktığı belirtilen genetik oranlara uydurabilmek adına tam zıddı bir anlamda kullanabildikleri gözlemlenmiştir. Sağlam, Altun ve Aşkar
(2009), bilgisayar cebiri sistemleri ortamında, matematik öğretmen adaylarının problem çözme stratejilerini incelemişler ve bu araştırmanın da bulgularına benzer şekilde, öğretmen adaylarının bir
hata ile karşılaştıklarında derste öğrendiklerine tamamen zıt uygulamalar yapabildiklerini görmüşlerdir. Benzer şekilde Moll ve Allen da (akt., Stewart ve Hafner, 1994) soruların çözümü sırasında
kavram yanılgılarının genetik problem çözümünü
olumsuz etkilediğini gösteren bulgular elde etmişlerdir. Problemler sonuç-neden problemi olduğunda üst bilişsel beceriler olan ‘verilenleri kullanarak hipotezler geliştirme’, ‘hipotezleri deneme’, ‘hatalı ise geri dönerek hataları keşfetme’ gibi süreçlerde, özümsenmemiş ve mekanik kalan kavramsal
bilgi, problem çözücüyü sonuca götüremez, tutarsızlıklar yaşatır. Araştırmada elde edilen en önemli sonuçlardan biri de budur. Öğretmen adaylarının mekanik kalan kavramsal bilgilerinin, onların
sonuç-neden problemlerini çözmelerinde yardımcı olamadığı açıkça görülmektedir. Steawart (1983)
tarafından genetik alanında yapılan bir çalışmada,
yoğun olarak algoritmik yolların öğretiminin yapıldığı geleneksel öğretimin, öğrencilerin konuya
ilişkin kavramları öğrenebilmesinde etkisinin çok
zayıf olacağı ifade edilmektedir. Dikmenli ve arkadaşları (2005) bu doğrultuda öğrencileri değerlendirmek için yapılan testlerde başarılı olan bireylerin hiçbir kavram yanılgıları olmadığını söyleme-
nin mümkün olmayacağını belirtmekte, kavram
yanılgılarını belirlemek için iki aşamalı çoktan seçmeli testler, kavram haritaları ve mülakatların uygulanabileceğini ifade etmektedirler. Bu araştırmada da görüşmelerde kavramsal sorunların tespit edilebilmesi Dikmenli ve arkadaşlarının (2005),
görüşlerini desteklemektedir.
Biyoloji öğretmen adaylarının genetik problemlerini çözmede yaşadıkları süreçsel zorlukları ortaya
koymak için ‘çaprazlama yapabilme’, ‘model geliştirebilme’ ve ‘gen-kromozom ilişkisini kurabilme’
temaları incelenmiştir. Genetik problem çözmede karşılaşılan süreçsel zorluklar ve sebepleri tablo
9’da özetlenmiştir. Kindfield (1991 b), Orcajo ve Aznar (2005) ve Stewart ve Dale (1989) öğrencilerin gen
ve alellin farklı şeyler olduğunu düşündüklerini ve
alellerin gametlere dağılımını yapmada zorlandıklarını bildirmişlerdir. Bu araştırmada öğretmen adaylarının lise öğrencileriyle benzer kavramsal zorluklar yaşadıkları görülmüştür. Stewart ve Dale (1989) araştırmalarında katılımcılardan, A ve a genleri ile B
ve b genlerini kromozom üzerinde modellemeleri
ve gamet oluşumunu göstermelerini istediklerinde, bazı katılımcılar tek bir kromozom üzerine tüm
genleri sıra ile yazmış, yine bazıları bu dört geni,
dört ayrı gamet içine yerleştirmiştir. Hatta bazı öğrenciler birbirinin aleli olan A ve a genlerini aynı
kromozom üzerine; B ve b alelini de o kromozomun homologu üzerine çizmiştir. Benzer şekilde bu araştırmanın bulguları arasında, öğretmen
adaylarının gen ve kromozom ilişkisi, genlerin kromozomlar üzerindeki dizilimleri ve gen haritalama
ile ilgili sorunlar yaşadıkları yer almaktadır.
1665
KURAM VE UYGULAMADA EĞİTİM BİLİMLERİ
Öğretmen adaylarının genetikte problem çözmede başarısız olmalarının sebepleri arasında, genetik kavram anlayışlarındaki ve genetiğe özel problem çözme süreçlerindeki sorunların yanısıra genel
problem çözme sürecindeki yetersizlikleri de sayılabilir. Öğretmen adaylarının bu çalışmada ortaya
çıkan genel problem çözme süreci ile ilgili yaşadıkları zorluklar ve nedenleri tablo 10’da özetlenmiştir.
Araştırmada problemi anlama ve kontrol etme basamaklarının problem çözme sürecinin en önemli
basamakları olduğu, bu basamaklardaki aksaklıkların kesinlikle olumsuz bir sonuç doğurduğu görülmüştür. Bu iki basamağa Adair ( 2000) ve Kneeland (2001) da ayrıca dikkati çekmiştir. Bununla
birlikte problemi anlamış olan öğretmen adaylarının neden-analiz yöntemini tercih ettikleri, çözüm
adımlarının neden ve niçin kullanılacağının belirterek çözüm yaptıklarının gözlenmesi de elde edilen sonuçlardandır. Konu hakkında çok fazla bilgisi
olmayan, soruyu anlamayan öğretmen adaylarının
ise neden-analiz yöntemi yerine deneme-yanılma
yöntemini daha çok tercih ettikleri ortaya çıkmıştır. Ayrıca genetik problem çözmede olasılıksal düşünebilme becerisinin önemli bir etken olduğu
gözlenmiştir. Öğretmen adayının genetik problemindeki sonucu ortaya çıkaran nedeni bulmada
kullandığı modelde bir hata oluştuğu takdirde, hatasının nereden kaynaklandığını kestirememesinin kavramsal bilgisinde var olan sorunlar dışında,
bir nedeninin de olasılıkları yorumlamada yaşanan
sorunlar olduğu vurgulanabilir.
Öğretmen adayları problemin sunum şeklinden de
1666
etkilenmişlerdir. Katılımcılar daha önce sıklıkla karşılaştıkları sorulara benzemeyen soruların çözümünde doğru giden çözümlerini yarım bırakmış, hatta tutarsız davranarak kavramları ifade ettiklerinden farklı anlamlarda kullanabilmişlerdir. Delice ve Yılmaz
(2009) öğrencilerin bilgibilimsel inançlarının problem çözme becerilerine etkisini araştırmış ve öğrencilerin alışık olmadıkları sonuçlar elde ettiklerinde soruyu doğru çözmüş olsalar bile yanlış yaptıklarını düşündüklerini rapor etmişlerdir.
Hem kendine özgü dili bakımından hem de kavramsal olarak öğrencileri zorlayan genetik konuları öğrenciyi düşünmeye ve problem çözmeye yönlendiren birkaç alandan biridir (Stewart ve Hafner, 1994);
karmaşık ve soyut düşünmeyi gerektiren bir alan olarak bilginin pasif bir şekilde ezberlenip depolanmasını değil, sorgulanmasını ve değişik durumlara uygulanmasını gerektirir. Genetikte kavramsal öğrenmenin iki ilişkili ancak farklı boyutta akıl yürütmede
gelişme sağlandığında mümkün olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Birinci boyut sebepten-sonuca,
sonuçtan-sebebe ve süreç muhakemesi gerektiren
“Alan-Genel Akıl Yürütme”; ikinci boyut ise nesiliçi ve nesiller-arası muhakeme gerektiren “AlanÖzel Akıl Yürütme” olarak tanımlanabilir. Kavramsal genetik anlayışı için gerekli olan akıl yürütme boyutları ve nitelikleri şekil 2’de gösterilmiştir.
Genelde nesil-içi akıl yürütme nesiller-arası akıl
yürütmeden; sebepten-sonuca (genotipten fenotipe) akıl yürütme sonuçtan-sebebe (fenotipten genotipe) akıl yürütmeden daha kolaydır (Stewart ve
Hafner, 1994). Aynı şekilde sonuçtan-sebebe akıl
KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties
yürütme de süreç hakkında akıl yürütmeden daha
kolaydır (Kindfield, 1994a, 1994b). Nesiller-arası
ve sonuçtan-sebebe akıl yürütme gerektiren problemlerde öğrenciler zorlanmıştır.
Mayoz bölünme genetik dersinin ilk konusu olmalıdır. Öğrencilerin kavramsal bir genetik anlayışına sahip olmaları ve genetik problem çözümünde doğru yorumlar yapabilmeleri için gamet oluşumunda kromozom sayısının yarıya indirgenmesi sürecinde homolog kromozomların bağımsız dağılımını ve krossing-over olayını çok iyi anlamaları 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 biyolojik organizasyon seviyelerinde meydana gelen
olaylar arasındaki ilişkileri içerir. Ayrıca çok hızlı veya çok yavaş ve çok küçük veya çok büyük ölçekte meydana gelen ve doğrudan gözlemlenemeyen olasılıkları içeren olayları tanımlar. Ortaöğretim 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 yanılgıları ile girip aynı kavram yanılgıları ile çıkmaktadır. Bu araştırmada biyoloji lisans eğitiminde genetik dersi veren öğretim üyelerine, kavram yanılgılarının yayılmasını önlemeye başlamaları için gerekli
olan bilgi sunulmuştur. Kavramsal öğrenmenin başarılı bir şekilde gerçekleşebilmesi için genetik kavramlar belli kalıplar şeklinde ayrı ayrı değil farklı problemler üzerinde yorumlanarak ve kavramlar
arasındaki ilişkiler vurgulanarak verilmelidir. Algoritmik çözümler ile çözülebilecek sorularla doğru cevabı elde etmekten çok, problem çözme süreçleri üzerinde durulmalıdır. Bireylerin problem çözme ve model geliştirebilme becerilerini arttırmak
için derslerde daha çok sonuçtan-nedene giden
problemlere ağırlık verilmelidir. Çünkü nedendensonuca giden problemler belli bir takım algoritmalar ve belli kalıplardaki çözüm yolları sayesinde kavram ve konu özümsenmemiş olsa dahi çözülebilmektedir. Bu ‘konu alanı bilgisi yeterli öğretmen adayları yetiştirme’ noktasında istenilen bir
durum değildir. Amaç temelde genetik problemlerini, genel anlamda ise günlük hayat problemlerini çözebilen bireyler yetiştirmek olduğuna göre
problemdeki önemli bilgileri ve ipuçlarını yakalayabilen 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 sınavlar yalnızca çoktan seçmeli sorulardan oluşmamalıdır. Çünkü bu tip sınavlar, gerek kavramsal gerekse süreçsel bilgiyi gerçek boyutta ölçmede sınırlı kalmaktar. Açık uçlu sonuç-neden soruları daha
çok tercih edilmelidir. Daha fazla birey sayısının
bulunduğu Punnet karelerinin kullanımını gerektiren problemlere odaklanmalıdır. Bu etkinlik öğretmen adaylarının olasılıksal düşünmelerini geliştirir. Öğretmen adaylarının permütasyon ve olasılık bilgilerinin eksikliği nedeni ile genetik problem
çözemiyor oluşları noktası ayrıca farklı alanlardaki yetersizliklerin genetik problem çözme becerilerine yansımasını göstermektedir. Bu nedenle öğretmen adaylarının genetik ile yakından ilgili olan
farklı alanlardaki eksik bilgilerinin de tespit edilip
giderilmesi gerekmektedir.
1667
Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri • Educational Sciences: Theory & Practice - 11(3) • Summer • 1668-1674
©
2011 Eğitim Danışmanlığı ve Araştırmaları İletişim Hizmetleri Tic. Ltd. Şti.
Problem Solving in Genetics: Conceptual and
Procedural Difficulties
a
Meryem KARAGÖZ
Mustafa ÇAKIR
Marmara University
Marmara University
Abstract
The purpose of this study was to explore prospective biology teachers’ understandings of fundamental genetics concepts and the association between misconceptions and genetics problem solving abilities. Specifically,
the study describes conceptual and procedural difficulties which influence prospective biology teachers’ genetics problem solving abilities. Case study methods were utilized in this study. Total of 70 prospective biology teachers 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 comprehensive 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 biological 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,
a PhD. Mustafa Çakır is currently an Assistant Professor at the Department of Secondary Science
and Mathematics Education. His research interests include teaching science as inquiry, nature
of science, and implementing technology into science classrooms with a particular focus on helping students to develop 21st century skills. Correspondence: Assist. Prof. Mustafa ÇAKIR, Marmara University, Atatürk Faculty of Education,
Goztepe Campus, 34722, Istanbul/Turkey. E-mail:
mustafacakir@marmara.edu.tr. Phone: +90 216
3459090/298.
1668
Johnstone, & Sutcliffe, 1999; Dikmenli, 2010; Kinfield, 1991a, 1991b; Longden, 1982; Öztas, Özay, &
Öztas, 2003; Steawart & Dale, 1989; Steawart, Hafner, & 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 interpretation, prediction, and hypothesis testing while
trying to explain biological processes and events.
Scientific reasoning and sense making activities allow 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 Mendelian 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
KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties
the scientific community (Bahar, 2003; Clement,
1982; Smith, 1989). Misconceptions are resistant
and unlikely to change with traditional teaching
methods. Misconceptions usually arise from students’ prior knowledge and everyday experiences
(Halloun & Hestenes, 1985). Students emotionally and intellectually depend on their misconceptions since they constitute them actively consuming 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, interest, 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 corrections performed by their biology teachers (Shaw
et al., 2008). Azar (2003) reported that prospective 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 evaluated 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 knowledge and selection of appropriate cognitive strategies to find means in order to reach the desired outcomes (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 solutions, (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 problemsolving 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 inquiry (unguided experimentation), intuition, and
scientific method which is rarely used in education.
Orcajo and Aznar (2005) classified the types of genetic problems, used during genetics lectures to
students as an example, into two groups: (1) causeeffect problems (closed problems) and (2) effectcause 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 ability 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’ understandings of basic Mendelian genetics concepts
and identify conceptual and procedural challenges
they grapple with during solving genetics problems which require high-level cognitive abilities
such as hypothesis testing, data collection, analysis, and manipulation. In Turkey, research about
problem solving and genetics misconceptions are
particularly concentrated in primary and secondary education (Altun, 2000; Atılboz, 2004; Gürdal,
Bayram, & Sökmen, 1999; Kasap, 1997; Nakiboğlu
& Kalın, 2003; Şahin & Parim, 2002; Tatar & Cansüngü 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 prospective biology teachers? (2) What kind of conceptual and procedural difficulties do prospective
biology teachers grapple with during problem
1669
EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE
Table 2.
The Number of Participants Who Failed to Proceed From Each Solution Steps of Second Item (N=70)
Solution Steps
Omitted
Completely Correct
4th Year
(n=38)
13
5th Year
(n=32)
3
2.a
2.b
2.c
2.d
2.e
2.f
2.g
2.h
0
9
0
0
2
0
0
13
1
6
6
0
0
9
0
0
2
6
solving in genetics? In order to answer primary research questions two sub-questions were raised: (a)
What is the relationship between prospective biology teachers’ conceptual knowledge level and their
success in problem solving process? (b) What kind
of difficulties about general problem solving procedures do prospective biology teachers encounter
during problem solving in genetics?
Method
Research Design
Case study research design is one of the qualitative 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 Genetics Achievement Test (Appendix 1) was administered to all of the participants and tests were analyzed with document content analysis technique.
In order to use in document analysis solution
diagrams for each question were developed (Appendix 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 maximum 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 semistructured 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
1670
of Genetics Achievement Test. Each step in solution 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 software, 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 elucidate thinking and reasoning patterns of the participants open-ended questions from previously
answered tests utilized and participants were encouraged to be vocal and provide reasons for their
actions during the problem solving tasks.
Results
Conceptual understanding of fundamental genetics 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 participants’ 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.
KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties
The reason for prospective biology teachers failure
in steps 2.a and 2.g has to do with incorrect or incomplete understandings of allele concept. Similarly, prospective biology teachers demonstrated
incomplete, inconsistent or partial understandings of fundamental Mendelian concepts such as
dominant and recessive trait, homozygous and
heterozygous individuals. Gene concept was usually well understood however distinction between
“gene” and “allele” was not clear for most of them
as they attributed simple dominance or recessiveness to genes instead of alleles. Other problematic
concepts included epistasis, co-dominance and
incomplete dominance. Epistasis was usually confused 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 attributed the lack of understanding of concept of recessiveness. 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)
Completely Solution Steps
Correct
4.a
4.b
4.c
4th Year
6
(n=38)
0
32
0
0
5th Year
7
(n=32)
6
17
0
2
Omitted
The most common hindrance that prevented the
participants from proceeding to next step in this
question was the lack of conceptual understandings 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 perform 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 mechanism 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 abilities. For example, identification of possible gamete
formations using the principle of independent as-
sortment for unlinked genes is important in performing crosses and coming up with correct genotype and phenotype ratios in different generations.
Since Genetics Achievements Test included effectcause type of problems, the participants were expected 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 inheritance. 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 dihybrid crosses instead. Successful problem solvers
demonstrated two distinct behavior worth to mention: 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 confirm 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 information by distinguishing it from unnecessary information 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 reflection to evaluate their own problem solving process.
Successful problem solvers utilized and integrated
both conceptual and procedural knowledge of genetics. Especially, effect-cause problems necessitate
prediction and forming hypothesis followed by
hypothesis testing which provides a context where
problem solver could formulate conceptual knowledge into researchable ideas, investigate ideas
through manipulation, prediction, and observation, and evaluate ideas in the light of evidence.
Discussion
The participants who achieved the conceptual understanding not only were able to describe the concepts correctly but also able to explore these concepts 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 misconceptions of several basic Mendelian genetic concepts.
1671
EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE
Although they were able to describe concepts verbally; they failed to utilize them in problem solving
situations. This is a clear indication of poor conceptual understanding. The results of this study supported 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 understandings 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 prospective 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 algorithmic-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 previously mastered concepts in a different and wrong
ways. Delice and Yilmaz (2009) investigated the
1672
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 genetics be possible through developing reasoning in
two related but different dimensions. The first dimension requires cause-effect, effect-cause, and
procedural reasoning; namely, “Domain-General
Reasoning”, and the second dimension requires
reasoning within a generation and between generations; namely “Domain-Specific Reasoning”.
Reasoning dimensions that are necessary for conceptual genetic understanding and their characteristics are shown in Figure 1. In general, within
generation reasoning is easier than between generation 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 reasoning 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 understanding and master problem solving procedures, students must have sound understandings of the process of gamete formation, independent assortments
of the chromosomes, and crossing-over meiosis
should be the first topic of introduction to genetics.
KARAGÖZ, ÇAKIR / Problem Solving in Genetics: Conceptual and Procedural Difficulties
References/Kaynakça
Adair, 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 mayoz 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 versiyon]. Milli Eğitim Dergisi, 159. http://yayim.meb.gov.tr/dergiler/159/azar.htm web adresinden 20 Şubat 2007 tarihinde edinilmiştir.
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). Revisiting learning difficulties in biology. Journal of Biological Education, 33, 84–86.
Bahar, M., Johnstone, A. H., & Sutcliffe, R.G. (1999). Investigation 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 misunderstandings perpetuated by teachers and textbooks of Biology. Journal of Biological Education, 18, 201–206.
Gniffithi, A. K. ve Grant, B. A. C. (1985) High school students’
understanding of food webs: Identification of a learning hierarchy and related misconceptions. Journal of Research in Science Teaching, 22 (5), p.421–436.
Gürdal, A., Bayram, H. ve Sökmen, N. (1999). İlköğretim okulu 5. ve 8. sınıf öğrencilerinde temel fen kavramlarının anlaşılma düzeyinin saptanması. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi 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 uygulamalar (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. Eğitimde Çağdaş Yönelimler III Yapılandırmacılık ve Eğitime Yansımaları Sempozyumu içinde (s.152–154). İstanbul: Özel Tevfik Fikret Okulları.
Kindfield, A. C. H. (1991a, April). Constructing understanding
of a basic biological process: Meiosis as an example. Paper presented at the annual Meeting of the National Association for
Research in Science Teaching, Fontana, WI.
Bozkurt, A. (2010). İsçi ve havuz problemleri ile ilgili karşılaşılan zorluklar ve çözüm önerileri. Ahi Evran Üniversitesi Eğitim
Fakültesi Dergisi, 11 (2), 173–185.
Kindfield, A. C. H. (1991b, April). Understanding a basic biological process: Expert and novice models of meiosis. Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching, Fontana, WI.
Clement, J.J. (1982). Students’ preconceptions in introductory
mechanics. American Journal of Physics, 50, 66–71
Kindfield, A. C. H. (1994a). Biology diagrams: Tools to think
with. Journal of the Learning Sciences, 3, 1–36.
Cooper, S., Hanmer, D., & Cerbin, B. (2006). Problem-solving
modules in large introductory biology lectures enhance student understanding. The American Biology Teacher, 68, 9,
524–529.
Kindfield, A. C. H. (1994b). Understanding a basic biological
process: Expert and novice models of meiosis. Science Education, 78, 255–283.
Delice, A. ve Yılmaz, K. (2009) 10. Sınıf öğrencilerinin matematik problem çözme süreçlerinin incelemesi: Bilgibilimsel
İnanç. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim
Bilimleri Dergisi, 30, 85–102.
Kneeland, S. (2001). Problem çözme (çev. N. Kalaycı, 1. bs). Ankara: Gazi Kitabevi.
Longden, B. (1982). Genetics are there inherent learning difficulties? Journal of Biological Education, 16 (2), 135–140.
Dikmenli, M. (2010). Misconceptions of cell division held by
student teachers in biology: A drawing analysis. Scientific Research and Essay, 5 (2), 235–247.
Lumsdaine, E., & Lumsdaine, M. (1995). Creative problem solving, thinking skills for a changing world. New York: McGrawHill.
Dikmenli, M. ve Çardak, O. (2004). Lise 1 biyoloji ders kitaplarındaki kavram yanılgıları üzerine bir araştırma. Eğitim Araştırmaları, 17, 130–141.
Nakiboğlu, C. ve Kalın, S. (2003). Orta öğretim öğrencilerinin
kimya derslerinde problem çözme güçlükleri – I. Kastamonu
Eğitim Dergisi, 11 (2), 305–316.
Dikmenli, M., Çardak, O., & Kıray, S. A. (2011, February). Science student teachers’ ideas of the concept ‘gene’. Paper presented at the Annual Meeting of the 3rd World Conference on Educational Sciences, İstanbul, Turkey.
Orcajo, T. I., & Aznar, M. M. (2005). Solving problems in genetics II: Conceptual restructuring. International Journal of Science Education, 27 (12), 1495–1519.
Dikmenli, M., Çardak, O., & Öztaş, F. (2009). Conceptual problems in biology–related topics in primary science and
technology textbooks in Turkey. International Journal of Environmental & Science Education, 4 (4), 429–440.
Dikmenli, M., Türkmen, L., Çardak, O. ve Kurt, H. (2005). Biyoloji öğretmen adaylarının bazı genel biyoloji konularındaki
kavram yanılgılarının iki aşamalı çoktan seçmeli bir araç ile belirlenmesi [Özel sayı]. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 17, 365–370.
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 Education, 38 (1), 13–15.
Patton, M. Q. (1990). Qualitative evaluation and research methods. Newbury Park, CA: Sage
Sağlam, Y., Altun, A. ve Aşkar, P. (2009). Bilgisayar cebiri sistemleri ortamlarında öğretmen adaylarının problem çözme
stratejilerinin incelenmesi. Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri
Fakültesi Dergisi, 42 (1), 351–376.
1673
EDUCATIONAL SCIENCES: THEORY & PRACTICE
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 genetics. In D. L. Gabel (Ed.), What research says to the science teacher: Problem solving (pp. 67–79). New York: National Science Teachers Association.
Steawart, J. (1983). Student problem solving in high school genetics. Science Education, 67, 523–540.
Steawart, J., & Dale, M. (1989). High school students understanding of chromosome/ gene behavior during meiosis. Science Education, 73 (4), 501–521
Steawart, J., & Hafner, R. (1994). Research on problem solving:
Genetics. In D. L. Gabel (Ed.), Handbook of research on science teaching and learning (pp. 284–300). New York: Macmillan.
Steawart, J., Hafner, R., & Dale, M. (1990). Student’s alternate views of meiosis. American Biology Teacher, 52 (4), 228–232.
Şahin, F. ve Parim, G. (2002). Problem tabanlı öğretim yaklaşımı 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 sekizinci sınıf öğrencilerinin ‘genetik’ ünitesi hakkındaki kavram yanılgılarının belirlenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 13 (2),
415–426.
Tekkaya, C., Çapa, Y. ve Yılmaz, Ö. (2000). Biyoloji öğretmen
adaylarının genel biyoloji konularındaki kavram yanılgıları. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18, 140–147.
Temelli, A. (2006). Lise öğrencilerinin genetikle ilgili konulardaki kavram yanılgılarının saptanması. Gazi Üniversitesi Kastamonu Eğitim Dergisi, 14 (1), 73–82.
1674