1023
Vloge legende v kemijskih nalogah temelječih na submikroskopskih predstavitvah
The Role of the Explanatory Key in Solving Chemical Tasks Involving Submicroscopic Representations
Špela Hrast, Gregor Torkar, Vesna Ferk Savec
Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani, Kardeljeva ploščad 16, 1000 Ljubljana, Slovenija spela.hrast@pef.uni-lj.si, gregor.torkar@pef.uni-lj.si, vesna.ferk@pef.uni-lj.si
Povzetek
Submikroskopske predstavitve, s katerimi je predstavljena delčna narava kemijskih pojmov, lahko pomembno pripomorejo k odpravljanju napačnih razumevanj in izboljšanju znanja kemije.
Predstavljajo pomemben element različnih učnih gradiv, pri čemer se pogosto predpostavlja, da so jih učeči sposobni učinkovito uporabiti in interpretirati. Glavni namen je bil raziskati vlogo legende pri procesiranju submikroskopskih predstavitev med reševanjem na njih temelječih enostavnih kemijskih nalogah. Pri tem je bila izbrana in z uporabo očesnih sledilcev ter intervjujev študentov nekemijskih smeri preučevana lastnost slikovna oz. besedna oblika legende. Na podlagi pridobljenih rezultatov je bilo ugotovljeno, da študenti sicer enako dolgo rešujejo naloge s slikovno oz. besedno legendo, vendar se pri tem pojavljajo pomembne razlike pri razporeditvi njihove pozornosti med območjem s submikroskopskimi predstavitvami in območjem z navodili ter besedno oz. slikovno legendo.
Študentje pri nalogah z besedno legendo porabijo za njeno procesiranje več časa in tudi nanjo v primerjavi s slikovno legendo večkrat fiksirajo svoj pogled. Rezultati tako nakazujejo na pomembnost vloge legende submikroskopskih predstavitev in opozarjajo na smiselnost njene vključitve v učna gradiva tudi z namenom razvijanja reprezentacijske kompetence, kar predstavlja s strani učiteljev in oblikovalcev različnih učnih gradiv pomembno spoznanje.
Ključne besede: besedna legenda, očesni sledilec, reprezentacijska kompetenca, slikovna legenda, submikroskopska predstavitev
Abstract
Submicroscopic representations, that present particle nature of chemical concepts, can significantly contribute to the diminishment of misconceptions, as well as to the improvement of chemistry knowledge. They represent an important part of various learning materials, thereby it is often assumed, that the learners are capable of their efficient use and interpretation. The aim of the presented research was to study the role of the explanatory key in processing of submicroscopic representations while solving chemistry tasks that involve them. The pictorial and textual explanatory key was studied by the use of Eyetracker and interviews with non-chemistry major students. The results indicate, that students spent the same amount of time for task solving involving the pictorial or textual explanatory key. However, there are significant differences in their attention focused towards the area of interest involving the submicroscopic representations and the area of interest involving instructions including pictorial or textual explanatory key. Students tend to use more time for processing of the textual explanatory key in comparison to pictorial explanatory key and they also made more fixations on it.
Based on the results, it can be devoted, that the key attached to submicroscopic representations, has an important role in processing information and that it is useful for students to include the key into learning materials. In such a way it is also possible to facilitate the development of students’
1024
representational competence, which is an important finding for teachers and designers of learning materials.
Keywords: eye tracking, pictorial explanatory key, representational competence; submicroscopic representations, textual explanatory key
1. Uvod
Znanje naravoslovja ima pomembno vlogo za gospodarski napredek in tehnološki razvoj, zato smernice za področje naravoslovnega izobraževanja poudarjajo, da je prepoznavanju vloge naravoslovja v družbi in izboljšanju interesa nadarjenih učencev za študij naravoslovja potrebno nameniti več pozornosti, ob tem pa je potrebno poskrbeti za učenje naravoslovja z razumevanjem (Osborne in Dillon, 2008; Scientix, 2016). Izboljšanje naravoslovne pismenosti na kemijskem področju predstavlja pomemben izziv, saj učenje kemije temelji na usvajanju kemijskih pojmov, ki so za učence večinoma abstraktni, zato težko razumljivi in posledično nezanimivi ter nepriljubljeni (Brouet in Hupp, 2013; Juriševič, Vrtačnik, Kwiatkowski in Gros, 2012; Thiele in Treagust, 1994).
Kompleksnost kemijskih pojmov ponazarjajo tudi tri ravni njihovih predstavitev, ki se nanašajo na to, da je mogoče kemijske pojme predstaviti s pomočjo opazovanja pojavov ali eksperimentalnega dela (makroskopska raven), s pomočjo razlage opažanj na ravni interakcij med delci snovi (submikroskopska raven) ter na ravni zapisov razlag z različnimi simboli, ki imajo specifične pomene (simbolna raven) (Johnstone, 1982; Naah in Sanger, 2012; Taber 2013).
Raziskave šolske prakse kažejo, da imajo učenci pri učenju kemije pogosto težave zaradi napačnih razumevanj na submikroskopski ravni (Ferk idr., 2007), še posebno na področjih:
zgradbe snovi in agregatnih stanj (Chiu, M. L., Chiu, M. H. in Ho, 2002; Nicoll, 2001);
raztopin (Adadan in Savasci, 2011; de Berg, 2012; Devetak, 2005); kemijskih reakcij (Davidowitz, Chittleborough in Murray, 2010; Devetak, Dorfenik Lorber, Juriševič in Glažar, 2009) in ravnotežij v vodnih raztopinah elektrolitov na ravni delcev (Devetak idr., 2009). Po drugi strani je pomen submikroskopske ravni kemijskega pojma za boljše razumevanje kemijskih pojavov prvi nakazal Johnstone že leta 1982. To potrjujejo tudi raziskovalci (AlBalushi in AlHajri, 2014; Ferk Savec, Sajovic in Wissiak Grm, 2009; Ferk Savec, Vrtačnik, Gilbert in Peklaj, 2006), ki poročajo, da je ustrezna integracija submikroskopskih predstavitev kemijskih pojmov v pouk iz strani učiteljev učinkovito orodje za odpravljanje napačnih razumevanj in izboljšanje znanja kemije. Pri tem ustrezna povezava vseh treh ravni kemijskega pojma omogoča posamezniku oblikovanje pravilnega mentalnega modela kemijskega pojava (Davidowitza idr., 2010; Stains in Talanquer, 2007). Rezultati raziskav integracije treh ravni predstavitev kemijskega pojma kažejo, da tisti testiranci, ki so bili pri razlagi pojmov izpostavljeni submikroskopskim predstavitvam, bolje razumejo naravo snovi na ravni delcev kot tisti, ki so se učili samo s pomočjo besedila (Kelly in Jones, 2008; Tien, Teichert in Rickey, 2007).
Submikroskopske predstavitve so tako učencem na vseh ravneh šolanja skladna z Mayerjevo teorijo (1993) pomembna komponenta učenja. Mayerjeva teorija namreč poudarja razlagalno moč ilustracije, ki usmerja pozornost učenca na določene specifične elemente, ki mu omogočajo gradnjo miselnih povezav med elementi in s tem spodbujajo smiselno učenje, ki je osnova strategij reševanja problemov (Bunce in Gabel, 2002).
Prav tako je uporaba submikroskopskih predstavitev prepoznana kot pomemben dejavnik, s katerim lahko izboljšamo reprezentacijsko kompetenco učencev (Hinze, Willamson idr.,
1025
2013; Stieff, Scopelitis, Lira, in Desutter, 2016; Stull, Gainer, Padalkar in Hegarty, 2016).
Stieff s sodelavci (2016) v reprezentacijsko kompetenco vključujejo nabor spretnosti konstruiranja, izbire, interpretacije in uporabe za posamezno področje specifičnih predstavitev pri komuniciranju, učenju ali reševanju problemov. Omenjeni avtorji jo opredeljujejo kot ključno kompetenco pri učenju naravoslovja (Stieff idr., 2016), pri čemer raziskave na področju kemijskega izobraževanja dokazujejo, da močno vpliva na učno uspešnost (Ferk, Vrtacnik, Blejec in Gril, 2003; Kozma in Russell, 2005; Stull, Hegarty, Dixon in Stieff, 2012). Kozma in Russell (2005) jo na področju učenja kemije izpostavljata kot ključno kompetenco in poudarjata, da morajo učenci za usvojitev strokovnega znanja in pridobitev izkušenj na področju kemije obvladati specifične z njo povezane spretnosti. Te so na primer sposobnost analiziranja značilnosti posameznih predstavitev, konstruiranje različnih predstavitev, prenos iz ene vrste predstavitev na drugo, pojasnitev uporabnosti podane predstavitve ipd. (Kozma in Russell, 2005).
Potrebno se je zavedati, da je razvijanje reprezentacijske kompetence pomembno, ker učenci različnih vizualizacijskih predstavitev ne morejo enostavno pretvoriti v znanje in imajo lahko že pri prepoznavanju pomembnih značilnosti predstavitev in posledično njihovi uporabi pri reševanju podanega problema težave (Rapp in Kurby, 2008). Glede na implementacijo vizualizacijskih predstavitev v različnih učnih gradivih in aktivnostih pri pouku je torej razumevanje, kako lahko učencem nudimo podporo pri prepoznavanju specifičnih značilnosti vizualizacijskih predstavitev, pomembno. Namreč samo, če učenec pozna in razume kode, iz katerih so sestavljene predstavitve, lahko z njihovo pomočjo predstavitev ustrezno interpretira in uporabi (Pinto in Ametller, 2002; Stylianidou in Ogborn, 2002). Pri nekaterih predstavitvah, kot so geografske karte oz. zemljevidi, lahko zaznamo pravilo prisotnosti legende, ki omogoča uporabniku pravilno prepoznavanje značilnosti posameznih elementov predstavitve. Na področju submikroskopskih predstavitev kemijskih pojmov takšnih priporočil osredotočenih na prisotnost in obliko legende, ki bi uporabniku omogočala enostavno in nedvoumno prepoznavanje značilnosti omenjenih predstavitev, ni mogoče zaslediti.
Raziskovanje kognitivnih procesov med učenjem s pomočjo uporabe tehnike očesnega sledilca ima velik potencial (Lai idr., 2013) in odpira nove možnosti raziskovanja tudi na področju kemijskega izobraževanja (Havanki in VandenPlas, 2014) ter specifično na področju raziskovanja različnih komponent reprezentacijske kompetence (Hinze, Rappa idr., 2013;
Hinze, Willamson idr., 2013; Stieff, Hegarty in Deslongchams, 2011). Očesni sledilec zaradi prisotnosti pomembnih povezav med očesnimi premiki posameznika in njegovo kognicijo, namreč omogoča objektivnejšo spremljanje kognitivnih procesov posameznika (Rayner, 1998, 2009). Premiki očesnega zrkla so večinoma sestavljeni iz niza fiksacij, ki predstavljajo relativno mirovanje očesnega zrkla, in sakad, ki predstavljajo hitro gibanje očesa med dvema zaporednima fiksacijama (Duchowski, 2007). Ti dve gibanji sta pri uporabi očesnega sledilca najpogosteje analizirani, pri tem pa lahko s pridobljenimi meritvami pridobimo odgovore na vprašanja »kam« in »kako« (npr. z določanjem pozicij fiksacij in zaporedja fiksacij) ter
»kdaj« in »kako dolgo« (npr. z določanjem povprečnega trajanja fiksacij, vsote trajanja vseh fiksacij, časa do prve fiksacije na določeno mesto zanimanja) v povezavi s kognitivnimi procesi (Liversedge in Findlay, 2000). Ugotovimo lahko tudi število fiksacij ali sakad na določenem področju zanimanja (Lai idr., 2013) na primer na izbranem delu submikroskopske predstavitve, legende, itd. Tako nam uporaba očesnega sledilca lahko omogoča pridobitev pomembnih informacij glede vloge legende pri procesiranju submikroskopskih predstavitev.
Glavni namen raziskave je bil raziskati vlogo legende pri procesiranju submikroskopskih predstavitev med reševanjem enostavnih kemijskih nalog s poudarkom na obliki legende kot preučevani lastnosti.V ta namen je bilo oblikovano naslednje raziskovalna vprašanje:
1026
Kako prisotnost legende v slikovni oziroma besedni obliki vpliva na reševanje enostavnih kemijskih nalog temelječih na submikroskopskih predstavitvah?
2. Metoda
2.1 Vzorec
Na podlagi števila doseženih točk na preizkusu znanja iz kemijskih vsebin je bil izmed 188 študentov prvih letnikov nekemijskih smeri Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani izbran vzorec 44 študentov. Končni vzorec je zaradi odsotnosti na testiranju z očesnim sledilcem ali zaradi neustrezne kalibracije očesnega sledilca obsegal 35 študentov iz zgornje tretjine študentov z najboljšimi doseženimi rezultati na preizkusu znanja iz izbranih kemijskih vsebin.
2.2 Inštrumenti
2.2.1 Preizkus znanja iz kemijskih vsebin
V raziskavi je bil uporabljen preizkus znanja tipa papir in svinčnik (α = 0.62) z obsegom 30. vprašanj izbirnega tipa temelječih na submikroskopskih predstavitvah, pri čemer je bil vsak pravilen odgovor na vprašanje ovrednoten z eno točko. Preizkus znanja je rešilo 118 študentov (M = 12.38; SD = 4.52) izmed katerih je bila za nadaljnje testiranje z očesnim sledilcem izbrana skupina študentov z najboljšimi doseženimi rezultati (M = 16.71; SD = 2.86).
2.2.2 Očesni sledilec
Z namenom zaznavanja očesnih gibov študentov med reševanjem preprostih kemijskih nalog temelječih na submikroskopskih predstavitvah je bil uporabljen na zaslonu računalnika nameščen stacionarni očesni sledilec Tobii Pro X2-30. Pri tem so bili podatki zbrani s frekvenco 30 Hz in natančnostjo 0,4 stopinj vidnega kota pri oddaljenosti med 40 in 90 cm.
2.2.3 Naloge analizirane z očesnim sledilcem
Očesni gibi študentov so bili zasledovani pri nalogah z integriranimi submikroskopskimi predstavitvami. Temeljile so na nalogah iz nacionalnega preverjanja znanja (NPZ) in mednarodnega preverjanja znanja (TIMSS), vendar so bile za potrebe raziskave modificirane.
Iz nalog NPZ-a smo prevzeli način prikaza legende v slikovni obliki oz. slikovne legende, iz nalog TIMSS-a pa način prikaza legende v besedni obliki oz. besedne legende (slika 1).
Slika 1: Levo naloga iz NPZ-ja z uporabo slikovne legend (RIC, 2012), desno naloga iz TIMSSA-a z uporabo besedne legend (Svetlik, 2012).
Za analizo z očesnim sledilcem smo tako izbrali in modificirali štiri naloge (slika 2), pri katerih so se testirani študentje morali določiti, kateri od danih odgovorov prikazuje sliko molekul enostavnih in pogosto uporabljenih spojin (vode, amonijaka, vodikovega klorida in
1027
metana). Od tega sta dve nalogi vsebovali besedilno legendo submikroskopskih predstavitev in dve slikovno legendo submikroskopskih predstavitev. Naloge so bile oblikovno poenotene, prav tako so vsebovale podobno kompleksne spojine. Podobno težavnost nalog izkazuje tudi odstotek pravilnih odgovorov testiranih študentov, ki se giblje med 87.45 in 100.00 %.
Slika 2: Naloge z besedno (zgoraj) oz. slikovno (spodaj) legendo uporabljene pri testiranju študentov z očesnim sledilcem
2.3 Potek raziskave
Zbiranje podatkov raziskave je potekalo v dveh delih. V prvem, 45 minutnem skupnem delu, so študentje rešili preizkus znanja s kemijsko vsebino. V drugem delu, ki je potekal individualno in samo s skupino študentov z doseženimi najboljšimi rezultati pri preizkusu znanja s kemijsko vsebino, je s pomočjo očesnega sledilca in intervjuja potekalo spremljanje kognitivnih procesov med reševanjem nalog s submikroskopskimi predstavitvami. Po kalibraciji očesnega sledilca je bila testiranemu študentu predstavljena testna naloga. Tako se je seznanil s procesom zapisovanja odgovora, načinom prikaza nalog in premikanja na naslednjo nalogo. Podano mu je bilo naslednje navodilo: »Za vsako nalogo napišite odgovor na list papirja, ki ga imate pred seboj, in se nato premaknete na naslednjo nalogo s pritiskom na tipko za presledek.« Po podanem navodilu je testirani študent v svojem tempu rešil štiri naloge, ki so se na zaslonu računalnika prikazovale v naključnem vrstnem redu. Medtem je očesni sledilec zaznaval gibanje njegovih oči. Po končanem reševanju je testirani študent odgovoril na naslednje vprašanje: »Ali opazite kakšno razliko v zahtevnosti nalog, ki ste jih reševali? Če ste razliko opazili, prosim pojasnite razloge zanjo.«
Pridobljeni podatki gibanja oči testiranih študentov so bili najprej analizirani s programom Tobii Studio Enterprise. Z namenom določitve njihove pozornosti na posamezne elemente nalog med reševanjem smo se osredotočili na čas vseh fiksacij (angl. total fixation duration, TFD) in število fiksacij (angl. fixation count, FC) fiksiranih na posameznem območju zanimanja (angl. area of interest, AOI). V ta namen je bilo področje nalog razdeljeno na dva AOI-ja: 1) AOI, ki je vseboval vsa območja, na katerih so bile prikazane slike modelov (AOI Modeli); 2) AOI, ki je vseboval tako navodila kot legendo (AOI Navodila z legendo).
Oblikovanje AOI-ja Navodila z legendo in ne AOI-ja, ki bi se osredotočal samo na legendo, je
1028
bilo izvedeno z namenom doseganja primerljivosti med nalogami s slikovno in besedno legendo. Naloge z besedno legendo imajo namreč legendo vključeno neposredno v navodilih naloge in ne posebej kot v primeru nalog s slikovno legendo. Za prikaz TFD-ja in FC-ja na ravni reševanja celotne naloge smo AOI Modeli in AOI Navodila z legendo združili v skupen AOI Modeli in navodila z legendo. Pri tem je bila fiksacija v specifičnem AOI-ju določena s trajanjem najmanj 60 ms.
Nadaljnje analize podatkov pridobljenih s strani očesnega sledilca so bile izvedene v programu Statistical Package for the Social Sciences (SPSS), verzija 21. Z namenom preučevanja, kako prisotnost legende v slikovni oziroma besedni obliki vpliva na reševanje nalog s submikroskopskimi predstavitvami, je bila izračuna povprečna vsota relativnih in absolutnih TFD-jev ter FC-jev na specifičnih AOI-jih nalog z besedno legendo in povprečna vsota relativnih in absolutnih TFD-jih ter FC-jih na specifičnih AOI-jih pri nalogah s slikovno legendo. Z uporabo neparametričnega testa Wilcoxon Ranks Test (Z) je bilo preverjeno ali med omenjenimi povprečnimi vsotami obstajajo statistično pomembne razlike glede na obliko legende (slikovno oz. besedno).
Ker so bili podatki o gibanju oči pridobljeni v okviru obdelave informacij med reševanjem nalog, je lahko čas fiksacije v posameznem AOI-ju interpretiran kot odraz relativne količine pozornosti in posledično uporabe posameznega AOI-ja z namenom reševanja naloge (Hinze, Rappa idr., 2013).
Z namenom obdelave podatkov pridobljenih z intervjuji preiskovancev je bila narejena transkripcija ustnih odgovorov preiskovancev o zahtevnosti nalog, ki so bili kasneje kodirani s pomočjo kodirnika. Kodirnik je bil oblikovan na podlagi kvalitativne analize 25 % (n = 9) intervjujev, kjer je bila zanesljivost kodiranja zagotovljena z 98 % ujemanjem neodvisnega kodiranja dveh raziskovalcev, avtorjev tega članka.
3. Rezultati z diskusijo
Z namenom preučevanja, kako prisotnost legende v slikovni oziroma besedni obliki vpliva na reševanje enostavnih kemijskih nalog temelječih na submikroskopskih predstavitvah, so bili med reševanjem izbranih primerov štirih nalog (dve nalogi s slikovno in dve nalogi z besedno legendo) analizirani očesni premiki študentov ter po reševanju tudi njihove ustne razlage.
Preglednica 1 prikazuje povprečno vsoto relativnih in absolutnih vrednosti časa vseh fiksacij (angl. total fixation duration, TFD) in števila fiksacij (angl. fixation count, FC) fiksiranih na posameznem območju zanimanja (angl. area of interest, AOI). Iz nje je razvidno, da med povprečno vsoto absolutnega TFD-ja na območju AOI-ja Modeli in navodila z legendo pri nalogah s slikovno in besedno legendo ne obstajajo statistično pomembne razlike (Z=-.445; p= .657). Medtem ko se statistično pomembne razlike med nalogami s slikovno in besedno legendo na omenjenem področju pojavljajo pri povprečni vsoti absolutnih vrednosti FC-jev (Z=-2.360, p= .018). To pomeni, da študentje približno enako časa rešujejo naloge s slikovno ali besedno legendo, vendar pri nalogah z besedno legendo svoj pogled večkrat fiksirajo, torej se s pogledom pogosteje premikajo po območju naloge.
Statistično pomembne razlike med nalogami s slikovno in besedno legendo se pojavljajo tako pri povprečni vsoti absolutnega TFD-ja kot pri povprečni vsoti absolutnega FC-ja na območju AOI-ja Navodila z legendo (TFD: Z = −3.838, p < .001; FC: Z = −4.626, p < .001).
Pri čemer študentje pri nalogah z besedno legendo na omenjen AOI fiksirajo svoj pogled
1029
pogosteje in za dalj časa. Z upoštevanjem predpostavke, da lahko čas fiksacije v posameznem AOI-ju interpretiramo kot odraz relativne količine pozornosti in posledično uporabe posameznega AOI-ja z namenom reševanja naloge (Hinze, Rappa idr., 2013), lahko zaključimo, da študentje med reševanjem enostavnih nalog temelječih na submikroskopskih predstavitvah namenijo tekstovni legendi večjo pozornost v primerjavi s slikovno legendo.
To potrjujejo tudi statistično pomembne razlike pri povprečni vsoti relativnega TFD-ja in povprečni vsoti relativnega FC-ja na območju AOI-ja Navodila z legendo med nalogami z različno obliko legende (TFD: Z = −4.967, p < .001; FC: Z = −5.052, p < .001). Kot je razvidno iz preglednice 1 so namreč študentje pri nalogah s tekstovno legendo posvetili navodilom in legendi približno 70 % svojega časa reševanja, medtem ko so pri nalogah s slikovno legendo omenjenemu delu naloge posvetili zgolj približno 50 % časa reševanja.
Preglednica 1: Povprečne vsote vrednosti TFD-jev in FC-jev nalog analiziranih z očesnim sledilcem na posameznih AOI-jih
Oblika legende
Povprečna vsota vrednosti meritev očesnega sledilca
Področje zanimanja (AOI) Modeli Navodila z
legendo
Modeli in navodila z legendo
Besedna
TFD [s] 7.40* 15.17* 22.58
TFD [%] 31.60* 68.40* 100.00
FC [število] 34.38* 79.24* 113.618*
FC [%] 29.86* 70.14* 100.00
Slikovna
TFD [s] 11.72* 10.65* 22.37
TFD [%] 50.99* 49.01* 100.00
FC [število] 47.85* 50.21* 98.029*
FC [%] 48.36* 51.64* 100.00
*statistično pomembne razlike, Wilcoxon Ranks Test (p < .05)
Zanimivo pa iz analize izvedenih intervjujev ni razvidna zaznava študentov glede oblike legende kot razlogu za razliko glede zahtevnosti nalog (preglednica 2).
Preglednica 2: Analiza mnenja študentov glede reševanja
Mnenje študentov o razlikah glede zahtevnosti nalog Odstotek študentov [%, (N/NT)]
Ni razlik 91.43 (32/35)
Razlike so prisotne Zaradi pomankanja znanja
8.57 (3/35) 8.57 (3/35)
Zaradi načina prikaza legende 0.00 (0/35)
Kot je razvidno iz preglednice 2, 32 od 35 študentov ni zaznalo razlik v zahtevnosti med nalogami, trije pa so težave pri reševanju določenih nalog pripisovali njihovemu pomankanju kemijskega znanja.
Pri tem so bili tipični komentarji študentov naslednji:
“Ni nobenih razlik. Če veš molekulsko formulo, so vse enostavne.”
“Tista z metanom je najtežja. Nisem vedela, ali je CH3 ali CH4.”
1030 4. Zaključki
Pri učenju kemije se učeči na vseh stopnjah šolanja srečujejo z vizualizacijskimi gradniki vključenimi v različna učna gradiva. Pri tem se z namenom prikaza delčne ravni kemijskih pojmov in integracije te ravni s simbolno in makroskopsko ravnjo, kar omogoča oblikovanje pravilnega mentalnega modela in s tem povezano razumevanja obravnavanega kemijskega pojma, pogosto uporabljajo različne submikroskopske predstavitve.
V predstavljeni raziskavi je bilo govora o tem, kako oblika legende, ki spremlja submikroskopske predstavitve, vpliva na reševanje enostavnih kemijskih nalog temelječih na submikroskopskih predstavitvah. Natančneje smo se v raziskavi osredotočili na primerjavo legende v slikovni oz. besedni obliki. Glede na predstavljeno zastavljeno raziskovalno vprašanje je bilo ugotovljeno, da študenti enako dolgo rešujejo naloge s slikovno oz. besedno legendo. Vendar v tem času pri reševanju nalog z besedno legendo v primerjavi z reševanjem nalog s slikovno legendo pozornost študenotov (ugotovljeno s spremljanjem njihovih očesnih gibov) statistično pomembno pogosteje pritegne območje predstavljene naloge. Prav tako je relativna in absolutna razporeditev pozornosti študentov med območjem prikazov modelov molekul in območjem z navodili ter besedno oz. slikovno legendo statistično pomembno različna. Študentje porabijo več časa za procesiranje besedne legende in nanjo, v primerjavi s slikovno legendo, večkrat fiksirajo pogled.
Glede na pridobljene rezultate lahko zaključimo, da ima najverjetneje legenda pomembno vlogo pri učenčevih zmožnostih zaznavanja submikroskopskih predstavitev med reševanjem na submikroskopskih predstavitvah temelječih nalog. Tako bi bilo za učence smiselno, da submikroskopske predstavitve v učnih gradivih vedno spremlja legenda in mu tako omogočala enostavno in nedvoumno prepoznavanje njihovih značilnosti, kar predstavlja z vidika učiteljev in oblikovalcev učnih gradiv pomembno spoznanje. Za poglobitev razumevanja so nadaljnje raziskave o vlogi legende, ki spremlja submikroskopske predstavite, v povezavi z razvijanjem reprezentacijske kompetenco nujno potrebne.
5. Zahvala
Raziskovalno delo predstavlja del projekta z naslovom Pojasnjevanje uspešnosti reševanja kemijskih nalog na submikro ravni ter preučevanje kompetentnosti bodočih učiteljev kemije za njihovo poučevanje v okviru Internega razpisa za financiranje raziskovalnih in umetniških projektov 2015/16 Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani.
6. Literatura
Adadan, E in Savasci, F. (2011). An Analysis of 16-17-year-old Students' Understanding of Solution Chemistry Concepts Using a Two-tier Diagnostic Instrument. International Journal of Science Education, 34(4), 513‒544.
AlBalushi, S. M. in Al-Hajri, S. H. (2014). Associating animations with concrete models to enhance students’ comprehension of differentvisual representations in organic chemistry. Chemistry Education Research and Practice, 15, 47‒58.
Johnstone, A. H. (1982). Macro- and Micro-chemistry. School Science Review, 64(227), 377‒379.
Brouet, S. A. in Hupp, A. M. (2013). Promoting Student Interest in Chemical Concepts by Implementing Creative Learning Activities in a Chemistry in Society Course for Nonscience Majors. Journal of Chemical Education. 90 (10), 1349‒1352.
1031
Bunce, D. M. in Gabel, D. (2002). Differential Effects in the Achievement of Males and Females of Teaching the Particulate Nature of Chemistry. Journal of Research in Science Teaching, 39(10), 911‒972.
Chiu, M. L., Chiu, M. H. in Ho, C. Y. (2002). Using Cognitive-based Dynamic Representations to Diagnose Students' Conceptions of the Characteristics of Matter. Proceedings of the National Science Council, 12(3), 91‒99.
Davidowitz, B., Chittleborough, G. in Murray, E. (2010). Studentgenerated Submicro Diagrams: A Useful Tool for Teaching and Learning Chemical Equations and Stoichiometry. Chemistry Education Research and Practice, 11, 154–164.
deBerg, K. (2012). A Study of First-year Chemistry Students' Understanding of Solution Concentration at the Tertiary Level. Chemistry Education Research and Practice, 13(1), 8‒16.
Devetak, I. (2005). Pojasnjevanje latentnega prostora razumevanja submikro reprezentacij v naravoslovju (Doktorska disertacija). Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta.
Devetak, I., Drofenik Lorber, E., Juriševič, M. in Glažar, S. A. (2009). Comparing Slovenian Year 8 and Year 9 Elementary School Pupils' Knowledge of Electrolyte Chemistry and their Instrinct Motivation. Chemistry Education Research and Practice, 10(4), 281‒290.
Ferk Savec, V., Dolničar, D., Glažar, S. A., Sajovic, I., Šegedin, P., Urbančič, M., Vogrinc, J., Vrtačnik, M., Wissiak Grm, K. S. in Devetak, I. (2007). Učiteljeva identifikacija konkretnih problemov pri poučevanju naravoslovnih predmetov. V: M. Vrtačnik, I. DEVETAK in I.
SAJOVIC, Irena (ur.), Akcijsko raziskovanje za dvig kvalitete pouka naravoslovnih predmetov (str. 11‒34). Ljubljana: Naravoslovnotehniška fakulteta: Pedagoška fakulteta.
Ferk Savec, V., Sajovic, I. in Wissiak Grm, K. S. (2009). Action research to promote the formation of linkages by chemistry students between the macro, submicro, and symbolic representational levels.
V: GILBERT, John K. (ur.), Multiple representations in chemical education, (Models and modeling in science education, vol. 4) (str. 309‒331). Berlin: Springer.
Ferk, V., Vrtacnik, M., Blejec, A. in Gril, A. (2003). Students’ understanding of molecular structure representations. International Journal of Science Education, 25(10), 1227‒1245.
Ferk Savec, V., Vrtačnik, M., Gilbert, J. K. in Peklaj, C. (2006). In-service and pre-service teachers' opinion on the use of models in teaching chemistry. Acta chimica slovenica, 53 (3), 381‒390.
Havanki, K. L. in VandenPlas, J. R. (2014). Eye Tracking Methodology for Chemistry Education Research. V D. M. Bunce in R. S. Cole (ur.), Tools in Chemistry Education Research (str. 191‒
218). Washington: Oxford University Press.
Hinze, R. S., Rappa, D. N., Williamsonc, V. M., Shultzd, M. J., Deslongchampse, G. in Williamsonf, K. C. (2013). Beyond ball-and-stick: Students' processing of novel STEM visualizations. Learning and Instruction, 26, 12–21.
Hinze, S. R., Willamson, V. M., Shultz, M. J., Willamson, K. C., Deslongchamps, G. in Rapp, D. N.
(2013). When do spatial abilities support student comprehension of STEM? Cognitive Processing – The International Quarterly of Cognitive Science, 14, 129–142.
Juriševič, M., Vrtačnik, M., Kwiatkowski, M. in Gros, N. (2012). The interplay of students' motivational orientations, their chemistry achievements and their perception of learning with the hands-on approach to visible spectrometry. Chemistry Education Research and Practice, 13 (2), 237‒247.
Kelly, R. M. in Jones, L. L. (2008). Investigating Students' Ability to Transfer Ideas learned from Molecular Animations of the Dissolution Process. Journal of Chemical Education, 85(2), 303‒309.
Kozma, R. in Russell, J. (2005). Students becoming chemists: Developing representational competence. V J. Gilbert (ur.), Visualization in science education (str. 121‒146). London, UK:
Kluwer.
1032
Lai, M. L., Tsai, M. J., Yang, F. Y., Hsu, C. Y., Liu, T. C., Lee, S. W. Y., … Tsai, C. C. (2013). A review of using eye-tracking technology in exploring learning from 2000 to 2012. Educational Research Review, 10, 90–115.
Liversedge, S. P. in Findlay, J. M. (2000). Saccadic eye movements and cognition. Trends in Cognitive Sciences, 4(1), 6–14.
Mayer, R. E. (1993). Illustrations that Instruct. V R. Glaser (ur.), Advances in instructional psychology (str. 253‒284). Hillsdale: Erlbaum.
Naah, B. M. in Sanger, M. J. (2012). Student misconceptions in writing balanced equations for dissolving ionic compounds in water. Chemistry Education Research and Practice, 13, 186‒194.
Nicoll, G. (2001). A Report of Undergraduates' Bonding Misconceptions. International Journal of Science Education, 23(7), 707‒730.
Osborne, J. in Dillon, J. (2008). Science Education in Europe: Critical Reflections. London: King’s College London.
Pinto, R. in Ametller, F. (2002). Students’ difficulties in reading images. Comparing results from four national research groups. International Journal of Science Education, 24, 333−341.
RIC, državni izpitni center (2012). Kemija preizkus znanja, naknadni rok. Pridobljeno s http://www.ric.si/mma/N122-431-3-1/2012062013031865/
Rapp, D. N. in Kurby, C. A. (2008). The ‘ins’ and ‘outs’ of learning: Internal representations and external visualizations. V J. Gilbert, M. Reiner in M. Nakhleh (ur.), Visualization: Theory and Practice in Science Education (str. 29‒52): Springer Netherlands.
Rayner, K. (1998). Eye movement in reading and information processing: 20 years of research.
Psychological Bulletins, 124(3), 372−422.
Rayner, K. (2009). Eye movements and attention in reading, scene perception, and visual search. The Quarterly Journal of Experimental Psychology, 62(8), 1457−1506.
Scientix (2016). New Eurydice report: students' underachievement in STEM a continuing problem in Europe. Pridobljeno s http://www.scientix.eu/web/guest/news/
Stains, M. in Talanquer, V. (2007). Classification of Chemical Substances using Particulate Representations of Matter: An analysis of students’ thinking. International Journal of Science Education, 29, 643‒661.
Stieff, M., Hegarty, M. in Deslongchamps G. (2011). Identifying Representational Competence With Multi-Representational Displays. Cognition and Instruction, 29(1), 123–145.
Stieff, M., Scopelitis, S., Lira, M. E. in Desutter, D. (2016). Improving Representational Competence with Concrete Models. Science Education, 100(2), 344‒363.
Stylianidou, F. in Ogborn, J. (2002). Analysis of science textbook pictures about energy and pupils’
readings of them. International Journal of Science Education, 24, 257−283.
Stull, A. T., Gainer, M., Padalkar, S. in Hegarty, M. (2016). Promoting Representational Competence with Molecular Models in Organic Chemistry. Journal of Chemical Education, 93(6), 994‒1001.
Stull, A. T., Hegarty, M., Dixon, B. L. in Stieff, M. (2012). Use it or lose it: Representational translation with concrete models. Cognition & Instruction, 30(4), 404‒434.
Svetlik, K. (ur). (2012). Naravoslovne naloge raziskave TIMSS. Ljubljana: Pedagoški inštitut.
Taber, S. K. (2013). Revisiting the chemistry triplet: drawing upon the nature of chemical knowledge and the psychology of learning to inform chemistry education. Chemistry Education Research and Practice, 14, 156‒168.
Thiele, R. B. in Treagust, D. F. (1994). An interpretive examination of high school chemistryteachers’
analogical explanations. Journal of Research in Science Teaching, 31(3), 227‒242.
1033
Tien, L. T., Teichert, M. A. in Rickey, D. (2007). Effectiveness of a MORE Laboratory Module in Prompting Students To Revise Their Molecular-Level Ideas about Solutions. Journal of Chemistry Education, 84(1), 175‒180.
Kratka predstavitev avtorjev
ŠPELA HRAST, asist., je študentka 1. letnika doktorskega študijskega programa Izobraževanje učiteljev in edukacijske vede, smer Izobraževanje učiteljev, ter asistenka za področje kemijskega izobraževanja, zaposlena na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Slovenija. Raziskovalno deluje na področju didaktike biologije in kemije.
Izr. prof. dr. GREGOR TORKAR je izredni profesor za področje biološkega izobraževanja, zaposlen na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Slovenija. Opravlja funkcijo predstojnika Katedre za biološko in okoljsko izobraževanje in raziskovalno deluje na področju okoljskega izobraževanje, naravoslovne pismenosti in didaktike biologije.
Izr. prof. dr. VESNA FERK SAVEC je izredna profesorica za področje kemijskega izobraževanja, zaposlena na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Slovenija. Raziskovalno deluje na področju razvoja in optimizacije različnih pristopov poučevanja kemije na vseh ravneh izobraževanja ter evalvacije učnih pripomočkov v tradicionalni in e-obliki.
