Students’ Understanding of Velocity-Time Graphs and the Sources of Conceptual Difficulties/Učeničko i studentsko razumijevanje grafova vremenske promjene brzine i izvori konceptualnih poteškoća

Abstract

Abstract

We investigated the students' ability to translate the velocity-time graph into a real physical situation and the possible sources of conceptual difficulties. The study involved the sample of n=324 high-school/university students, and physics teachers in Croatia. The students were presented the original non-traditional open-ended graph problem. Their written answers were classified and used to form a closed-ended prediction questionnaire for teachers. Comparing the teachers’ expectations with the actual students' responses, we found out that teachers significantly overestimate students' understanding. Our results also show that the observed difficulties are common in all groups of participants and that they do not depend significantly on the educational level and curriculum. We also found that the physics textbooks are also potential sources of difficulties, giving unfinished or incomplete statements regarding the sign of physical quantities in kinematic expressions. We feel that non-traditional graph problems of this kind could help teachers in establishing an active learning process in the classroom to become aware of students' way of thinking and to overcome the difficulties.

Key words: conceptual understanding; curriculum; graphical representation; physics textbooks; students' problem solving

---

Sažetak

Ispitivali smo učeničke i studentske sposobnosti prevođenja grafičkog prikaza vremenske promjene brzine u realnu fizikalnu situaciju i moguće izvore konceptualnih poteškoća. Istraživanjem je obuhvaćen uzorak od n = 324 srednjoškolska učenika, studenta fizike i srednjoškolska nastavnika fizike iz Republike Hrvatske. Učenicima i studentima zadali smoo originalan netradicionalni grafički problem s pitanjima otvorenog tipa. Njihove pisane odgovore smo klasificirali i na temelju odgovora sastavili upitnik predviđanja zatvorenog tipa za nastavnike. Uspoređujući odgovore koje nastavnici unaprijed očekuju od učenika sa stvarnim odgovorima učenika uočili smo da nastavnici značajno precjenjuju učeničko razumijevanje. Naši rezultati također pokazuju da su opažene poteškoće zajedničke za sve skupine ispitanika i da ne ovise u značajnijoj mjeri o stupnju obrazovanja i kurikulu. Ustanovili smo da hrvatski udžbenici također predstavljaju mogući izvor poteškoća jer sadrže nedorečene i necjelovite tvrdnje koje se odnose na predznake fizičkih veličina u kinematičkim jednadžbama. Smatramo da netradicionalni grafički problemi tog tipa potiču aktivan proces učenja i nastavnicima omogućuju prilagodbu učeničkom načinu razmišljanja s ciljem svladavanja opaženih poteškoća. 

Ključne riječi: grafički prikaz; konceptualno razumijevanje; kurikul, učeničko/studentsko rješavanje problema; udžbenici iz fizike