Silmänliiketutkimus oppilaiden virhekäsityksistä kinematiikan kuvaajissa

Abstract

Fysiikan opetuksessa käytetään usein kuvaajia opetuksen tukena. Kuvaajien tulkintataidot eivät kuitenkaan ole oppilaille itsestäänselvyys vaan monilla esiintyy virhekäsityksiä. Nämä virhekäsitykset ohjaavat oppilaan käytöstä, kun hän tulkitsee kuvaajaa. Monesti ne saavat oppilaan ymmärtämään tai ratkaisemaan tehtävän väärin. Tässä tutkimuksessa määritettiin virhekäsitysten esiintymistä lukion toisen vuoden opiskelijoiden, kun he työstävät kinematiikan kuvaajia tietokoneella. Tehtävät perustuivat TUG-K tehtäväpatterin uusimpaan versioon [3] ja mittaukset suoritettiin käyttämällä SMI RED250mobile [8] silmänliikekameraa. Kaikkiaan 35 oppilasta osallistui mittauksiin eräässä keskisuomalaisessa lukiossa. Mittaukset suoritettiin kahdessa ryhmässä siten, että eri ryhmien tehtäväjärjestys oli muutettu, jotta voitiin tuottaa lisää tietoa virhekäsitysten esiintymisestä. Saatu data analysoitiin kvantitatiivisesti ja kvalitatiivisesti. Kvantitatiivinen analyysi suoritettiin laskemalla vastausprosentit ja vastausmäärien Khiin-neliötestien tulokset. Lisäksi analysoitaviin kuviin muodostettiin mielenkiinnon alueet (area of interest), jotka tukivat virhekäsitysten tai oikeiden tulkintatapojen ohjaamia katselykäytöksen malleja. Alueet analysoitiin tilastollisesti käyttäen Poissonin jakaumaa. Kvalitatiivinen analyysi suoritettiin muodostamalla datasta lämpökarttoja, joiden avulla tutkittiin oppilaiden katselukäyttäytymistä. Kvalitatiivisellä analyysillä tutkittiin lisäksi oppilaiden virhekäsitysten esiintymisen johdonmukaisuutta. Tutkimuksessa huomattiin, että tehtävien tekojärjestyksellä on huomattava vaikutus virhekäsitysten esiintymiseen. Lisäksi nähtiin, että virhekäsitysten mukainen katselukäytös johtaa vääriin vastauksiin. Suurin osa oppilaista oli johdonmukainen oman vastauskäyttäytymisensä suhteen ja lisäksi he olivat tietoisia omasta käytöksestään.

Graphs are often used as support in teaching physics but not all students have the skills to use them. Instead, many student display misinterpretions when studying graphs. These misinterpretions direct the behavior of the student learning from graphs and in many cases lead to misunderstandings and faulty problem solving. In this study, misinterpretions of second year upper secondary school students were noted as they were solving kinematic assignments with graphs on a computer. The assignments were based on TUG-K tests [3] newest version and the measurements were taken using SMI RED250mobile [8] eye movement camera. In total 35 students participated in the measurements which were taken in an average upper secondary school in the middle of Finland. Students were divided into two groups so that the order of questions was different for each group. This was done in order to get more information on the appearance of misinterpretions. The data collected was analysed both quantitatively and qualitatively. The quantitative analysis was performed by calculating the amounts of right answers and by using the khii-squared test for those amounts. In addition, areas of interest were formed for the graphs. Some areas were crusial for using misinterpretions and some for correct problem solving. The areas were statistically analysed using Poisson distribution. Qualitative analysis was performed by produsing heat maps from the data, and using those maps to study eye movement behavior. Consistensy of students’ answers was also studied qvalitatively. It was noticed that the order of questions had a significant effect on the appearance of misinterpretions. Additionally it was seen that the use of misinterpretions lead to incorrect answers. Most students were consistent with their behavior and were conscious of their methods.