Hoewel daar heelwat internasionale navorsing gepubliseer is oor leerlinge se wanopvattings oor elektrisiteit, is daar weinig studies gedoen oor onderwysers se bewustheid van hierdie wanopvattings. Hierdie artikel doen verslag oor ’n gevallestudie om te ondersoek tot watter mate Suid-Afrikaanse onderwysers leerlinge se wanopvattings oor serie- en parallelstroombane verstaan, en tot welke mate dié insig geïntegreer word in onderwysers se pedagogiese inhoudskennis. Nege onderwysers uit staatskole is doelbewus geselekteer om aan die studie deel te neem. Kwalitatiewe data is uit vraelyste en onderhoude ingesamel. Daar is bevind dat onderwysers dikwels eenvoudige wanopvattings uitwys as oorsake van leerlinge se foute, maar dat wanopvattings wat verband hou met foutiewe analise, selde deur onderwysers genoem word. Verder is bevind dat onderwysers se kennis van wanopvattings gefragmenteerd is en nie met hulle begrip van basiese konsepte geïntegreer word nie. Die resultate toon dus dat hierdie onderwysers onvoldoende pedagogiese inhoudskennis betreffende wanopvattings oor serie- en parallelstroombane openbaar. Aanbevelings uit die studie is dat pedagogiese inhoudskennis rakende wanopvattings tydens onderwysersopleiding ontwikkel moet word.
Dit is algemeen bekend dat leerlinge elektrisiteit as ’n moeilike onderwerp beskou. Sedert die vroeë tagtigs is heelwat navorsing gedoen wat toon dat wanopvattings in elektrisiteit algemeen voorkom onder leerlinge en studente, onafhanklik van kultuur (Cohen, Eylon & Ganiel
Wanopvattings kan beskryf word as spesifieke, stabiele, herhalende denkpatrone wat nie strook met aanvaarde wetenskaplike modelle nie, en wat lei tot foutiewe begrip en verklarings van natuurlike verskynsels (Hammer
Verskeie studies het bygedra tot ’n omvattende stel bekende wanopvattings oor eenvoudige stroombane (bv. Cohen, Eylon & Ganiel
Die konsep van fenomenologiese primitiewe (
Die konstruk van pedagogiese inhoudskennis (PIK) (
’n Ondersoekende gevallestudie is onderneem om ryk inligting in te samel wat insig kan gee in die navorsingsprobleem. Die doel van kwalitatiewe studies soos dié is nie om te veralgemeen nie, maar juis om die deelnemers se eie insigte te verstaan. Gevolglik moet die grootte van die monster beperk word om oorlading van data en verlies aan diepte te voorkom (Cohen, Manion & Morrisen
Nege onderwysers wat Fisiese Wetenskappe in die Verdere Onderwys en Opleidingfase (VOO) onderrig, het aan die studie deelgeneem. Die skole is doelbewus geselekteer om staatskole uit verskillende sosio-ekonmiese groepe te verteenwoordig, en een gewillige onderwyser per skool is genooi om deel te neem. Dit is as vereiste gestel dat deelnemende onderwysers gekwalifiseerd is om Fisiese Wetenskappe op die VOO-vlak te onderrig. Gerieflike reisafstande en toeganklikheid tot skole vir die navorser was verdere kriteria. Die voertaal is Engels in al hierdie skole. Vyf van die skole is voormalige sogenoemde model C-skole in voorstedelike gebiede, terwyl die ander vier skole in buitestedelike gebiede geleë is. Twee van die voorstedelike skole is geleë in gegoede omgewings, gemeet aan skoolgelde van meer as R20 000 per jaar. Die ander drie voorstedelike skole bedien middelklas gesinne, soos gemeet aan jaarlikse skoolgelde van minder as R20 000. Die vier buitestedelike skole bedien leerders uit arm huishoudings en hef geen skoolgelde nie.
Biografiese data van onderwysers en skoolagtergrond.
Onderwyser | Kwalifikasie | Ervaring (jare) | Skool- agtergrond | Jaarlikse skoolgeld (R) |
---|---|---|---|---|
Martha | Graad | 4 | Voorstedelik | > 20 000 |
Neo | Graad en Diploma | 8 | Voorstedelik | > 20 000 |
Owen | Graad | 12 | Voorstedelik | < 20 000 |
Sipho | Diploma en Sertifikaat | 30 | Voorstedelik | < 20 000 |
Thembi | Diploma en Sertifikaat | 8 | Buitestedelik | gratis |
Uve | Diploma | 4 | Buitestedelik | gratis |
Philip | Diploma en Sertifikaat | 3 | Buitestedelik | gratis |
Quinten | Graad | 11 | Buitestedelik | gratis |
Regina | Twee Diplomas | 12 | Voorstedelik | < 20 000 |
Vraelyste en semigestruktureerde onderhoude is as instrumente gebruik. Die vraelyste sentreer om twee tipiese toetsitems oor serie- en parallelstroombane, geskik vir leerlinge in die VOO-fase. Die toetsitems is soortgelyk aan items wat in bekende studies oor wanopvattings in stroombane gebruik is, waar interne weerstand buite rekening gelaat word (Engelhart & Beichner 2004). Pardhan en Bano (2001) het bevind dat onderwysers in Pakistan skaam gevoel het tydens ’n studie waar hulle eie wanopvattings ondersoek is. So ’n situasie is vermy in die huidige studie om te verseker dat die onderwysers gemaklik voel en bereid sou wees om aan die studie deel te neem. Die onderwysers is nie gevra om die toetsitems te beantwoord nie; om die waarheid te sê, die korrekte antwoorde is aan hulle verskaf om seker te maak dat hulle nie bedreig voel nie. Die vrae aan die onderwyser is gerig op foute wat leerlinge moontlik sou maak tydens beantwording van die twee items. Die versoek aan die onderwysers was om aan te dui watter verkeerde opsies hulle verwag dat leerlinge sou kies. Voorts moes hulle verduidelik waarom hulle daardie foute verwag. Hierdie tegniek is voorheen gebruik in studies met onderwysers van jonger leerlinge (Gaigher
Die twee toetsitems in die vraelys handel oor serie- en parallelstroombane respektiewelik, wat elk ’n lampie en twee resistors bevat (sien Aanhangsel). In beide toetsitems word gevra watter verstellings aan die resistors gemaak kan word om die lampie in die baan te laat verdof. Die afleiers vir die twee items is identiese kombinasies van verhoging of verlaging van een of albei weerstande. Die afleiers is duidelik gebaseer op bekende wanopvattings en f-prims uit die literatuur, soos opgesom in
Afleiers vir vraag 1 met bypassende verduidelikings of wanopvattings of f-prims.
Afleier | Verduideliking of wanopvatting of f-prim |
---|---|
A | Lokale of opeenvolgende redenasie: om stroom in die lampie te verlaag moet die weerstand ‘voor’ die lampie vergroot word. |
B | Korrek: lampie verdof omdat die totale weerstand verhoog kan word deur enige van R1 of R2 te vergroot. |
C | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
D | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
E | Onbekend. |
Afleiers vir vraag 2 met bypassende verduidelikings of wanopvattings of f-prims.
Afleier | Verduideliking of wanopvattings of f-prim |
---|---|
A | Empiriese model: Die tak ‘naaste aan die bron’ ontvang meer stroom, die lampie ontvang dus minder. |
B | Parallelbaan-wanopvatting: as R1 of R2 verhoog word, sal die ‘weerstand verhoog’ en die stroom verlaag (soos in ’n serieskakeling). |
C | Konstantestroombron-model: Die tak met laer weerstand trek nou meer stroom, daarom sal die lampie ‘minder’ stroom as voorheen ontvang. F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
D | Konstantestroombron-model: Die takke met laer weerstand trek nou meer stroom, daarom sal die lampie ‘minder’ stroom as voorheen ontvang. F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
E | Korrek. Verstellings aan die resistors verander nie die spanning oor die lampie nie, want dit is parallel oor die bron geskakel sodat die stroom in die lampie konstant bly. |
Terwyl die vraelys spesifiek op serie- en parallelskakelings gefokus is, dek die semigestruktureerde onderhoude algemene vrae oor die onderrig van elektriese stroombane. Die betroubaarheid van die studie word dus verhoog deurdat onderwysers die onderwerp van elektristeit in geheel kan beskou sonder om deur die vraelys gelei te word. Tog is daar geleentheid vir triangulasie deur antwoorde op die onderhoude te vergelyk met antwoorde op die vraelyste. Inhoudsanalise (
Die studie voldoen aan etiese beginsels en is goedgekeur deur die etiese komitee van die Universitieit van Pretoria, asook die Gautengse Departement van Onderwys.
By vraag 1 het die meeste van die onderwysers (ses uit nege) opsie D gekies en twee het opsie A as die verwagte fout gekies. Een van die onderwysers het die korrekte antwoord B gekies, en verduidelik dat sy verwag dat leerlinge hierdie vraag korrek sou antwoord.
Samevatting en analise van onderwysers se antwoorde
Onderwyser | Keuse | Verduideliking |
Analise |
---|---|---|---|
Martha | B | In ’n seriebaan maak dit vir hulle sin, want al die komponente is sonder takke geskakel. | Korrekte keuse en verduideliking. |
Neo | D | Hulle verstaan nie dat as jy weerstand in serie byvoeg, sal die stroom afneem nie. | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
Owen | D | Verwar stroom in ’n seriebaan met weerstand en spanning … dink dat as een afneem, sal almal afneem. | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
Sipho | D | Miskonsep omtrent die verband tussen I en R. | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
Thembi | A | Hulle dink R1 ontvang meer stroom, met stroom wat van positief na negatief vloei, daarom sal dit eerste meer stroom kry. | Wanopvattings: opeenvolgende redenasie en/of stroomverbruik. |
Uve | D | Verwar helderheid met ’n afname in weerstand in ’n serieskakeling. | F-prim: Weerstand as agent van helderheid. |
Philip | A | As stroom deur die weerstand vloei, word ’n deel geblokkeer sodat die lampie minder stroom ontvang. | Wanopvattings: opeenvolgende redenasie en/of stroomverbruik. |
Quinten | D | Leerders wil normaalweg dinge bymekaar pas en hier noem die vraag afname, so hulle wil ’n antwoord met afname gee. | Woordassosiasie: Afname, dowwer. |
Regina | D | Leerders assosieer weerstand met wrywingskrag, meer weerstand gee meer helderheid. | F-prim: Weerstand as agent van helderheid. |
Vertaling deur die navorser
Volgens die populêre keuse D, sal die lampie dowwer brand indien die weerstand van enige van die twee resistors
Die keuse van A hou verband met die welbekende wanopvatting van opeenvolgende gebeure (
By vraag 2 was opsie B die populêre keuse (5 uit 9). Drie van die onderwysers het opsie D gekies en een het A gekies. Die onderwysers se antwoorde op vraag 2 van die vraelys is opgesom in
Samevatting en analise van onderwysers se antwoorde
Onderwyser | Keuse | Verduideliking |
Analise |
---|---|---|---|
Martha | B | Takke verwar hulle. Dié wat die oefeninge gedoen het, sal weet, maar hulle is min. | Verwarring/ gebrek aan kennis. |
Neo | D | As jy resistors byvoeg, dink hulle die stroom moet verminder. | Wanopvatting: Parallelbaan. |
Owen | D | Hulle assosieer helderheid met spanning, so in ’n parallelbaan is die spanning en helderheid dieselfde. | Korrekte verduideliking, maar dit pas by opsie E, nie by die keuse D nie. |
Sipho | B | Misverstaan van eweredighede. | F-prim: Weerstand as agent van stroom. |
Thembi | A | Omdat hierdie baan takke het, dink hulle die eerste tak kry meer stroom. | Wanopvatting: Empiriese reël. |
Uve | B | Verwar serieskakeling met parallelskakeling. | Wanopvatting: Parallelbaan. |
Philip | B | Want hulle verstaan in parallel word die stroom verdeel. | Wanopvatting: Konstante stroombron. |
Quinten | D | Hulle dink wanneer jy die aantal weerstande in parallel verhoog, word die weerstand verhoog. | Wanopvatting: Parallelbaan. |
Regina | B | Stroom vloei die weg van die minste weerstand en meer stroom gaan deur die lampie, dus meer helderheid. | Wanopvatting: Konstante stroombron. |
Vertaling deur die navorser.
Keuse D impliseer die wanopvatting oor die konstante stroombron. Hiervolgens sal veranderings aan resistors in ’n parallelbaan slegs ’n herverdeling van die ‘vorige’ stroom meebring. Die implikasie is dat die totale stroom eerder as die spanning oor elke tak as konstant beskou word. Drie onderwysers het D gekies, maar nie een van die drie gee ’n verduideliking wat hierdie keuse regverdig nie. Twee van die verduidelikings dui daarop dat onderwysers die wanopvatting oor die parallelbaan verwag. As voorbeeld verduidelik Quinten:
Die empiriese model is in een geval aangedui. Thembi het A gekies, met ’n verduideliking:
Twee van die onderwysers het hul keuses verduidelik op ’n wyse wat aandui dat hulle die wanopvatting oor die konstante stroombron verwag, hoewel hulle keuse (B) nie met hierdie wanopvatting strook nie. Regina verduidelik soos volg:
Antwoorde op al die vrae in die onderhoude is deeglik bestudeer. Die bespreking word egter hier beperk tot antwoorde wat lig werp op die navorsingsprobleem. Gevolglik word antwoorde bespreek wat verband hou met onderwysers se insig in leerlinge se probleme en wanopvattings, asook hoe hulle hierdie insig integreer met hulle antwoorde oor die onderrig van elektrisiteit.
Drie van die onderwysers het spontaan na parallelbane verwys, en die rol van weerstand as ’n probleem vir leerlinge genoem. Martha verduidelik:
Die ander onderwysers noem uiteenlopende kwessies waarmee leerlinge sukkel, wat nie verband hou met serie- en parallelskakelings nie. Een verwys bv. na wat ‘werklik’ binne-in geleiers gebeur, ’n ander beskryf die wanopvatting van botsende strome. Hierdie ‘irrelevante’ antwoorde verleen geloofwaardigheid aan die resultate deur te toon dat onderwysers tydens die onderhoude nie gelei is om serie- en parallelskakeling as ’n probleem vir leerlinge uit te sonder nie.
Drie van die onderwysers kontrasteer die twee skakelings, twee gebruik analogieë om te verduidelik, een noem demonstrasies, en een verwys na bedrading van ’n huis. Thembi en Quinten beklemtoon potensiaal en stroomverdeling in serie- en parallelbane respektiewelik. Thembi verduidelik soos volg:
Hierdie twee onderwysers toon dus insig dat verdeling van potensiaalverskil en stroom respektiewelik belangrik is in serie- en parallelskakelings. Hulle noem egter nie die ewe belangrike konstantheid van stroom in serieskakelings en konstantheid van potensiaalverskil oor parallelskakelings nie. Dié konstantes is juis die sleutel tot foute wat in die vraelys ondersoek is.
Slegs een van die onderwysers Owen verwys na die konstantheid van potensiaalverskil oor parallel geskakelde weerstand en hy noem dit ook as ’n oorsaak van foute by vraag 2 in die vraelys. Soos Thembi en Quinten noem hy egter ook nie die belangrikheid van konstantheid van stroom in ’n seriebaan nie, en beskryf dit ook nie as ’n oorsaak van foute by vraag 1 in die vraelys nie.
Drie onderwysers beklemtoon dat die potensiaalverskil die oorsaak van die stroom is, twee verwys na die konsepte ‘vloei’ en ‘energie’, een verwys slegs na stroom, een onderwyser gebruik ’n analogie, en een gebruik Ohm se wet. Owen betrek ook serie- en parallelskakelings by die verduideliking van stroom, maar nie by potensiaalverskil nie:
’n Sintese van die analise van antwoorde op die vraelys en onderhoude lei tot twee algemene gevolgtrekkings.
Dit blyk dat onderwysers bewus is van eenvoudige wanopvattings en die foutiewe aanwendings van f-prims by leerlinge. In die vraelys skryf onderwysers leerders se foute meestal toe aan ’n gebrek aan kennis of foutiewe toepassing van kennis, terwyl foutiewe analise minder dikwels aangevoer word.
By vraag 1 gee vyf van die onderwysers verduidelikings wat impliseer dat leerlinge se foute voortspruit uit ’n gebrek aan begrip van die rol wat weerstand in ’n stroombaan speel. In hierdie gevalle beskou hulle die leerders se foute as f-prims, deurdat weerstand as agent eerder as opponent van stroom beskou word. Voorts dink een van die onderwysers dat leerlinge selfs op ’n laer peil dink, deur bloot van woordassosiasie gebruik maak, sonder om die probleem in terme van die fisiese hoeveelhede te vertolk. Slegs twee van die onderwysers (Tembi en Philip) toon insig in foute op ’n hoër vlak, wat spruit uit die wanopvatting oor plaaslike en opeenvolgende redenasie. Hier besef onderwysers dat hoewel leerders verstaan dat weerstand stroom teenwerk, hulle die probleem verkeerd analiseer in terme van ’n stel opeenvolgende gebeure i.p.v. as ’n stabiele toestand met ’n konstante stroom regdeur die baan. Hierdie twee onderwysers se siening van die probleem stem dus ooreen met die wanopvatting van opeenvolgende gebeure.
Foute op ’n lae vlak, nl. ’n gebrek aan begrip, word deur vier van die onderwysers verwag in die tweede vraag: Drie onderwysers beskryf die parallelbaan-wanopvatting en een beskryf die empiriese model. Hierdie onderwysers verwag dus dat leerlinge die rol van resistors in ’n parallelstroombaan nie begryp nie. Slegs twee onderwysers (Philip en Regina) verwag foute op ’n hoër kognitiewe vlak, deurdat hulle die wanopvatting oor konstante stroombron beskryf. Hiervolgens sou leerders die probleem wel analiseer, en die rol van resistors insien, maar die deurslaggewende invloed van die konstante potensiaalverskil oor die parallelle resistors word nie raakgesien nie.
Die geneigdheid van onderwysers om ’n lae vlak van kennis en begrip by leerlinge te verwag suggereer die moontlikheid dat swak basiese kennis en begrip van elektriese stroombane wel by ’n groot groep van Suid-Afrikaanse leerlinge voorkom. Hierdie moontlikheid is in ooreenstemming met ’n bevinding van Nkopane
Dit is opvallend in die vraelys, by vraag 2, dat sommige onderwysers se verduidelikings nie logies skakel met die verwagte fout wat hulle aandui nie. Dit suggereer dat onderwysers wel bewus is van wanopvattings, maar soms nie insien tot watter foutiewe antwoord ’n spesifieke wanopvatting sou lei nie. Gevolglik is dit te verwagte dat konstruktivistiese leer ingeperk sal wees in hierdie klaskamers. Om ’n wanopvatting reg te stel of uit te wis, vereis immers dat die oorspronklike fout ontdek moet word alvorens die leerling tot nuwe insig kan kom.
Hoewel die vraelys aandui dat onderwysers wel insig in sommige wanopvattings oor serie- en parallelbane toon, is hulle nie bedag op hierdie foute tydens die onderhoud wanneer hulle antwoord hoedat hulle hierdie skakelings aan leerlinge verduidelik nie. Hulle toon ook nie insig dat die genoemde wanopvattings by vraag 1 verband hou met swak begrip van konstante stroom regdeur ’n seriebaan nie. By vraag 2 toon hulle ook nie insig dat die genoemde wanopvattings verband hou met swak begrip van konstante potensiaalverskil in parallelbane nie. Slegs Owen verwys na die konstantheid van potensiaalverskil oor parallelle resistors as ’n probleem tydens die onderhoud en assosieer dit ook met foute in die vraelys. Dit blyk dus oor die algemeen dat die onderwysers se insig in leerlinge se foute meesal oppervlakkig en gefragmenteerd is, en dat hulle nie bedag is op leerlinge se wanopvattings tydens onderrig nie. Hierdie gevolgtrekkings stem ooreen met bevindings van Gunstone, Mulhall en McKittrick (2009) dat onderwysers selde tydens onderrig op leerlinge se begrip fokus.
Die gevolgtrekkings van die studie dui op geleentheid vir verdere navorsing. Eerstens, watter ooreenstemming bestaan tussen die werklike wanopvattings van Suid-Afrikaanse leerders, en die insig wat onderwysers hierin openbaar? Tweedens, tot welke mate spreek onderwysers leerders se wanopvattings aan tydens onderrig? Derdens kan ’n kwantitatiewe studie onderneem word om vas te stel tot watter mate onderwysers self die bekende wanopvattings oor elektrisiteit koester.
Die gevolgtrekkings van hierdie studie behoort nie veralgemeen te word nie, omdat dit ’n gevallestudie is. Dit is ook belangrik om daarop te let dat dié studie nie uitsluitsel gee oor die moontlikheid dat onderwysers self ook sommige wanopvattings koester nie. Hoe dit ook al sy, deur wanopvattings in onderwysersopleiding aan te roer, sal toekomstige onderwysers sowel as leerlinge baat. Onderwysstudente behoort eerstens deeglik ingelig te wees oor wanopvattings. Verder behoort hulle die vaardigheid aan te leer om spesifieke begrippe en prosesse in die wetenskaplike model met gepaardgaande insig in wanopvattings te integreer sodat wanopvattings reggestel kan word tydens onderrig.
Die outeur bedank studente mnre. P.E. Sehole en S.L. Sibanyoni, asook mev. M.A. Moolman wat die data-insameling vir die studie behartig het.
Die outeur verklaar hiermee dat sy geen finansiële of persoonlike verbintenisse het wat haar nadelig of voordelig beïnvloed het in die skryf van hierdie artikel nie.
Suppose your learners were given the following item in a test:
The correct answer is B. Please answer the following questions:
1.1 Which one of the incorrect answers A, C, D or E do you think your learners are most likely to choose?
1.2 Why do you think they are likely to choose this answer?
Suppose your learners were given the following item in a test:
The correct answer is E. Please answer the following questions:
2.1 Which one of the incorrect answers A, B, C, or D do you think your learners are most likely to choose?
2.2 Why do you think they are likely to choose this answer?