Jurnal internasional pengetahuan biologi

Jurnal internasional pengetahuan biologi

Vol. 2, Isu 1, Mei 2012

Aliran energy melalui ekosistem :

Dalam layanan konsepsi guru sekolah dasar dan menengah

Abstrak :

Penelitian deskriptif ini menyelidiki 53 dalam pelayanan guru sekolah dasar dan menengah pemahaman konsep dasar tentang aliran energy melalui ekosistem dapat diterapkan dalam mengajar. Sebuah instrument pilihan ganda menilai konsep IPA  berbasis standart (seperti kebutuhan penting dari tanaman, fotosistesis, respirasi, seleksi alam dan aliran energy melalui ekosistem) dengan konsepsi non-ilmiah tertanam sebagai pilihan jebakan yang digunakan dalam penelitian ini. Temuan dari lima tugas mengenai aliran energy melalui ekosistem menunjukkan bahwa guru sampel mengalami kesulitan konseptual dengan kunci konsep aliran energi berbasis standar. khususnya mengenai sumber energi asli untuk ekosistem hutan, dekomposer sebagai daur ulang nutrisi daripada daur ulang energi, dan membedakan antara konsumen primer dan sekunder. Temuan mendukung kebutuhan untuk pengembangan profesional mengenai aliran energi melalui ekosistem bagi guru tersebut untuk mengatasi konsepsi non-ilmiah mereka. Selain itu, rekomendasi yang diberikan untuk memperkuat pendidikan guru pra-layanan.

Pengenalan :

Meningkatkan prestasi siswa dalam sains telah menjadi tujuan untuk upaya reformasi ilmu selama dua dekade terakhir. Sayangnya, hasil dari tahun 2005 dan 2009 National Assessment of Educational Progress (NAEP) (Grigg, Lauko, & Brockway, 2006; Pusat Nasional untuk Statistik Pendidikan, NCES, 2011) menunjukkan bahwa kurang dari 33% dari 4 dan siswa kelas 8, dan hanya 21% dari siswa kelas dua belas di Amerika Serikat, mencetak pada atau di atas "kemampuan" dalam ilmu. Kemahiran adalah tingkat di mana siswa menunjukkan dasar yang kuat keterampilan penalaran dan pengetahuan konten yang diperlukan untuk menjadi sukses dalam ilmu pada tingkat kelas tertentu.

Mengingat kebanyakan studi tentang konsepsi non-ilmiah K-12 siswa dalam ilmu fisika (lihat basis data kesalahpahaman), tidaklah mengherankan bahwa hasil dari tiga penilaian tingkat kelas NAEP diidentifikasi ilmu fisika sebagai daerah kelemahan bagi siswa. Kemahiran dalam konsep ilmu kehidupan, khususnya yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem (Grigg et al., 2006) juga telah menjadi kelemahan pada penilaian NAEP. Lebih khusus, 59% dari siswa kelas 8 dan 49% dari siswa kelas 12 yang disurvei tidak dapat mengidentifikasi konsumen utama dalam web makanan, dan 61% dari siswa kelas 8 tidak dapat mengidentifikasi peran ganggang hijau dalam ekosistem kolam (Grigg et al., 2006). Hasil ini sangat mengganggu, mengingat Standar Nasional Pendidikan Sains (Susenas) (National Research Council [NRC], 1996) memperkenalkan konsep-konsep ini dalam kelas SD atas (kelas 5-8).

Transformasi energi cahaya menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis dimulai rantai transfer energi dari tanaman untuk konsumen dan konsumen ke konsumen (yaitu, konsumen primer, konsumen sekunder, dekomposer) seluruh ekosistem hutan. Transfer energi dari tanaman (produsen) ke konsumen adalah proses fundamental yang mendukung produktivitas tanaman dan kehidupan binatang di seluruh ekosistem di seluruh dunia, dan merupakan konsep penting dalam memahami interaksi antara organisme dalam ekosistem. Pemahaman siswa tentang rantai perpindahan energi ini, dari titik ini ke depan disebut sebagai aliran energi melalui ekosistem, adalah penting untuk memahami banyak konsep ilmu kehidupan dan ditegaskan sebagai konsep ilmu hidup yang penting di saat dokumen standar pendidikan sains (Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Sains [AAAS], 1993; NRC, 1996; NRC, 2012), dan pusat banyak eksplorasi saat ini sumber energi alternatif potensial di dunia kita.

Bertambahnya penelitian menyelidiki pemahaman siswa tentang konsep-konsep tentang aliran energi melalui ekosistem telah mengungkapkan konsepsi non-ilmiah tertentu siswa sering mengadakan dimulai di tingkat sekolah dasar dan terus berlanjut sampai tingkat perguruan tinggi (Adeniyi, 1985; Leach, Driver, Scott, & kayu-Robinson, 1996; Webb & Boltt, 1990; Gotwals & Singer, 2009). Lebih mengganggu, penelitian ini mengungkapkan bahwa para guru pra-layanan menunjukkan konsepsi yang sama non-ilmiah (Atwood & Atwood, 1996; McDermott, 1991; Osborne & Freyberg, 1985; Trundle, Atwood, & Christopher, 2002; Yip, 1998). Kelanjutan dari prestasi siswa rendah dalam ilmu sebagaimana terungkap dalam hasil terbaru NAEP (NCES, 2011) dan siswa kesulitan perguruan tinggi telah menunjukkan dengan konsep yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem menunjukkan kemungkinan kuat bahwa in-service guru sekolah dasar dan menengah juga mungkin mengalami kesulitan dengan konsep-konsep berbasis standar mereka diharapkan untuk mengajar.

Program pengembangan profesional dapat menjadi pendekatan yang efektif untuk membantu dalam layanan guru meningkatkan pengetahuan konten ilmu siswa (Supovitz & Turner, 2000). Namun, dalam rangka untuk mengembangkan program-program yang efektif, penting untuk mengidentifikasi spesifik konsep berbasis standar yang menyulitkan bagi guru (Loucks-Horsley, Stiles, & Howson, 1996). Dengan demikian, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui beberapa kelompok Central Appalachian pemahaman konsep dasar tentang aliran energi melalui ekosistem dalam layanan guru sekolah dasar dan menengah '. Hasil dari penelitian ini dapat membantu menginformasikan program pengembangan profesional ilmu kehidupan bagi guru sekolah dasar dan menengah di wilayah ini dan sekitarnya.

literatur
Aliran energi melalui Ekosistem: Ilmu Standar Isi dan konseptual Memahami

Konsep penting tentang aliran energi melalui ekosistem diuraikan dalam K-8 Susenas (NRC, 1996) untuk ilmu kehidupan. Menurut standar ini, siswa SD (kelas K-4) harus mengembangkan pemahaman tentang keterkaitan antara faktor biotik dan abiotik dalam lingkungan. Selain itu, siswa SD harus dapat menjelaskan hubungan antara makan kelompok organisme, seperti produsen dan konsumen, dan mengembangkan kemampuan untuk memprediksi secara akurat bagaimana perubahan dalam satu populasi dapat mempengaruhi populasi lain dalam ekosistem.

Di kelas-kelas sekolah menengah (kelas 5-8) yang Susenas (NRC, 1996) menegaskan bahwa siswa harus dapat mengidentifikasi sinar matahari sebagai sumber utama energi bagi sebagian besar ekosistem di Bumi, dan mengembangkan pemahaman umum tentang bagaimana tanaman mengkonversi energi cahaya dari matahari menjadi energi kimia selama fotosintesis. Selanjutnya, siswa sekolah menengah harus mengembangkan pemahaman tentang bagaimana energi kimia ini dipindahkan dari satu organisme ke organisme lain dalam rantai makanan dan jaring makanan. Siswa pada tingkat ini juga harus memahami hubungan antara berbagai populasi dalam suatu ekosistem, faktor biotik dan abiotik yang membatasi populasi dalam suatu ekosistem, dan bagaimana daya dukung ekosistem mempengaruhi ukuran dan dinamika populasi di dalamnya.

Penelitian telah menunjukkan, bagaimanapun, bahwa siswa SD (usia 5-11) perjuangan dengan konsep-konsep penting tentang aliran energi melalui ekosistem dijelaskan dalam Susenas (NRC, 1996) (Abell & Roth, 1995; Lin & Hu, 2003; Leach et al ., 1996; Ӧzkan, Tekkaya, & Geban, 2004). Misalnya, Leach et al. menemukan bahwa siswa (usia 5-16), yang mereka dinilai melalui wawancara individu dan tugas tertulis, tampaknya memahami beberapa konsep aliran energi dasar, seperti hubungan predator-mangsa antara dua organisme tertentu, tetapi mereka mengalami kesulitan mentransfer konsep ini ke pandangan yang lebih global hubungan predator-mangsa antara dua populasi dalam suatu ekosistem. Selain itu, Abell dan Roth menemukan bahwa banyak dari siswa kelas lima mereka mempelajari pikir piramida makanan diwakili kebutuhan ruang organisme daripada tingkat trofik dan hubungan energi antara populasi.

Tambahan studi telah mengungkapkan bahwa siswa sekolah menengah juga memiliki masalah dengan konsep yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem. Misalnya, Adeniyi (1985) melaporkan bahwa siswa Nigeria (usia 13-15) ia diwawancarai tidak bisa mendefinisikan ekosistem atau habitat dan sering digunakan ekosistem syarat dan populasi secara bergantian. Beberapa penelitian lain telah menemukan bahwa siswa pada tingkat ini cenderung memiliki kesulitan menjelaskan hubungan antara populasi digambarkan dalam diagram jaringan makanan dan menelusuri pengaruh perubahan populasi bersama beberapa jalur dalam web makanan (Lin & Hu, 2003;. Leach et al, 1996;. Ӧzkan et al, 2004). Misalnya, Galegos, Jerezano, dan Flores (1994) menemukan bahwa anak-anak (usia 10-12) mengalami kesulitan menggunakan jaring makanan untuk melacak aliran energi melalui tingkat trofik dan cenderung berfokus pada interaksi antara populasi dalam satu rantai makanan dalam web makanan daripada berfokus pada jalur lain yang mungkin di web makanan. Selain itu, Leach et al. menemukan bahwa 5-16 year-olds lebih mampu melacak efek dari perubahan populasi dalam jaringan makanan melalui tingkat trofik daripada di arah sebaliknya. Leach et al. juga menemukan bahwa siswa pada tingkat ini mengalami kesulitan membedakan antara bersepeda materi dan aliran energi melalui ekosistem.

Kesulitan konseptual yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem tidak terbatas pada siswa di kelas sekolah dasar dan menengah. Penelitian telah menunjukkan bahwa siswa di sekolah dan perguruan tinggi juga menunjukkan kesulitan dengan konsep ini (Anderson, Sheldon, & Dubay, 1990; Boyes & Stanisstreet, 1991; Webb & Boltt, 1990). Misalnya, Ozay dan Oztas (2003) siswa SMA menemukan bahwa sampel mereka tidak mengakui tanaman sebagai penghasil energi kimia, yang ditransfer dari organisme dengan organisme seluruh ekosistem. Selain itu, Webb dan Boltt menemukan bahwa mayoritas pelajar dan mahasiswa yang tinggi mereka mempelajari bisa memprediksi efek kemungkinan pada satu organisme dalam rantai makanan ketika organisme kedua telah dihapus, tetapi mereka tidak bisa berhasil memprediksi efek pada seluruh makanan web jika salah satu populasi dihilangkan.

Secara keseluruhan, studi penelitian yang dibahas di atas mengenai kesulitan K-12 dan mahasiswa 'dengan konsep-konsep yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem menunjukkan kemungkinan bahwa dalam layanan guru sekolah dasar dan menengah juga mungkin mengalami kesulitan konseptual yang sama. Meskipun beberapa penelitian menunjukkan dukungan untuk premis ini (Mak, Yip, & Chung, 1999; Yip, 1998), penelitian tentang AS di-service pemahaman guru sekolah dasar dan menengah 'terbatas mengenai aliran energi melalui ekosistem. Misalnya, Mak et al. menemukan bahwa dalam layanan guru sekolah menengah Cina mereka disurvei diadakan konsepsi non-ilmiah tentang standar berbasis konsep biologi; Namun, informasi spesifik mengenai aliran energi melalui ekosistem tidak disediakan. Demikian pula, GESS-Newsome dan Lederman (1993) menemukan bahwa pre-service guru biologi SMA dengan gelar sarjana di bidang biologi atau bidang terkait diadakan ide terfragmentasi tentang konsep biologi utama mereka diharapkan untuk mengajar.

Secara keseluruhan, studi penelitian yang dibahas di atas mengenai kesulitan K-12 dan mahasiswa 'dengan konsep-konsep yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem menunjukkan kemungkinan bahwa dalam layanan guru sekolah dasar dan menengah juga mungkin mengalami kesulitan konseptual yang sama. Meskipun beberapa penelitian menunjukkan dukungan untuk premis ini (Mak, Yip, & Chung, 1999; Yip, 1998), penelitian tentang AS dalam layanan pemahaman guru sekolah dasar dan menengah 'terbatas mengenai aliran energi melalui ekosistem. Misalnya, Mak et al. menemukan bahwa in-service guru sekolah menengah Cina mereka disurvei diadakan konsepsi non-ilmiah tentang standar berbasis konsep biologi; Namun, informasi spesifik mengenai aliran energi melalui ekosistem tidak disediakan. Demikian pula, GESS-Newsome dan Lederman (1993) menemukan bahwa pre-service guru biologi SMA dengan gelar sarjana di bidang biologi atau bidang terkait diadakan ide terfragmentasi tentang konsep biologi utama mereka diharapkan untuk mengajar.

Subjek Permasalahan Pengetahuan  Guru dan Belajar Mahasiswa

Agar guru membantu siswa secara efektif membangun pemahaman ilmiah aliran energi melalui ekosistem, itu adalah premis logis yang guru harus memiliki pemahaman yang kuat tentang konsep-konsep. Shulman (1987) mencatat bahwa pengetahuan materi pelajaran guru merupakan komponen integral dari pengetahuan pedagogis konten (PCK) dan komponen penting dari pengajaran yang efektif. Penelitian saat ini dalam PCK (Hashweh, 2005) terus menggarisbawahi 'pengetahuan mata pelajaran sebagai komponen kunci dari guru guru pengetahuan konten pedagogi untuk ilmu mengajar. Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa pengetahuan materi pelajaran guru memainkan peran kunci dalam menentukan konten apa yang diajarkan, bagaimana mengajar, dan apa strategi yang dipilih oleh guru untuk mengajar konten ke siswa (Grossman, Wilson, & Shulman, 1989 pedagogis; Grossman , 1995; Leinhardt & Smith, 1985; Thompson, 1984; Wilson, Shulman, & Richert, 1987). Temuan dari penelitian lain juga menunjukkan bahwa pengetahuan subyek memainkan peran penting dalam tingkat pertanyaan guru berpose untuk siswa (Carlsen, 1991); dalam pembangunan kegiatan pembelajaran mereka mengembangkan untuk siswa (Smith & Neale, 1989); dan dalam kemampuan mereka untuk mengembangkan penjelasan baru dalam menanggapi pertanyaan-pertanyaan siswa (Smith & Neale, 1989). Begle (1972) dan Hunkler (1968) juga menyarankan bahwa ada hubungan langsung antara 'kedalaman pengetahuan materi pelajaran dan siswa guru kedalaman pemahaman konseptual.

Penelitian juga menunjukkan bahwa kurangnya pengetahuan guru subjek negatif mempengaruhi belajar siswa dan sering mengakibatkan membatasi konten guru mengajar. Secara khusus, beberapa studi telah menemukan bahwa guru cenderung mengajarkan konten yang mereka lebih akrab dan menghindari konten pengajaran yang mereka kurang familiar (Carlsen, 1991, Smith & Neale, 1989). Jadi, tidak mengherankan bahwa para peneliti telah menemukan bahwa guru dengan latar belakang ilmu yang buruk dapat berdampak negatif pemahaman siswa mereka dari konsep ilmu (GESS-Newsome & Lederman, 1995; Johnson, 1998; Nott & Wellington, 1996).

Mengingat penekanan Susenas (NRC, 1996) tempat pada pemahaman aliran energi melalui ekosistem, sangat penting bahwa guru memiliki pemahaman ilmiah mendalam tentang konsep-konsep kunci menangani topik ini. Program pengembangan kualitas profesional yang membahas konsep langsung terhubung ke standar guru diharapkan untuk mengajar, konsepsi alternatif alamat guru, menawarkan kesempatan bagi guru untuk aktif mengembangkan pemahaman mereka, mendukung pengembangan masyarakat belajar, dan mencakup pertemuan dengan guru menindaklanjuti seluruh tahun telah efektif dalam meningkatkan pemahaman ilmiah K-8 guru dan pedagogi (Garet, Porter, Desimone, Birman, & Yoon, 2001; Supovitz & Turner, 2000). Mengidentifikasi spesifik pengalaman kesulitan konseptual guru merupakan prasyarat untuk pengembangan instruksi pembangunan yang tepat profesional.

Dengan pemikiran ini, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi kesulitan konseptual sampel Selatan-timur sekolah dasar dan menengah di-service guru pengalaman dengan konsep yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem. Pertanyaan yang dipandu penelitian ini adalah: konsep Apa AS di-service guru sekolah dasar dan menengah Selatan-Timur memiliki sekitar ide-ide dasar mengenai aliran energi melalui ekosistem? Data yang dikumpulkan dari studi ini dapat membantu menginformasikan perkembangan program pengembangan profesional dalam ilmu kehidupan untuk guru sekolah dasar dan menengah di wilayahtersebut.

Metode
Peserta

Peserta dalam penelitian ini termasuk 53 guru sekolah dasar dan menengah dipilih sendiri di-service diminta dari 51 distrik sekolah pedesaan di wilayah Selatan-timur Amerika Serikat. Para peserta yang terdaftar dalam salah satu dari empat satu minggu lembaga ilmu kehidupan selama musim panas 2006. Guru berkisar pengalaman dari tahun pertama pemula untuk veteran dengan lebih dari 20 tahun pengalaman. Dua-pertiga dari guru mengajar kelas SD tiga sampai lima, dengan sebagian besar guru ini mengajar nilai empat dan lima. Guru tingkat menengah diajarkan di kelas enam sampai delapan, dengan mengajar mayoritas kelas tujuh. Kabupaten sekolah diwakili dalam penelitian ini diklasifikasikan sebagai desa oleh Pusat Nasional untuk Statistik Pendidikan, dan dengan lebih dari 50% dari populasi siswa disajikan menerima makan siang gratis atau dikurangi. Semua guru, banyak dari mereka mendapatkan sertifikasi mengajar generalis untuk tingkat SD, telah disertifikasi untuk mengajar dalam tingkat kelas mereka, dan mayoritas guru adalah perempuan.

Satu minggu saat musim panas lembaga dari bagian matematika dan ilmu pengetahuan kemitraan proyek besar yang melibatkan 51 sekolah kabupaten dan 9 lembaga pendidikan tinggi di kawasan ini, dengan dukungan dari National Science Foundation. Salah satu tujuan utama dari proyek ini adalah untuk meningkatkan pengetahuan konten K-12 guru matematika dan ilmu pengetahuan. Untuk tujuan ini, lembaga di mana peserta studi yang terdaftar difokuskan pada standar berbasis konsep ilmu kehidupan dibahas di kelas 4-7. Sebuah panel guru sains dan pendidik guru sains dari daerah yang diidentifikasi aliran energi melalui ekosistem, selain topik ilmu kehidupan lainnya, seperti sangat mengganggu bagi siswa.

Kelas 4-7 merupakan tahun penting untuk penilaian akuntabilitas ilmu negara di distrik sekolah dilibatkan dalam penelitian dan sangat menarik untuk guru, pendidik sains, dan administrator di luar wilayah ini yang peduli tentang meningkatkan prestasi siswa dalam ilmu. Atas dasar-guru dalam layanan (nilai 4-5) merupakan mayoritas peserta. Terbatasnya jumlah guru sekolah menengah yang berpartisipasi dalam studi ini tidak memungkinkan untuk membedakan antara guru sekolah dasar dan menengah 'tanggapan tanpa membahayakan peserta anonimitas. Oleh karena itu, tanggapan guru disajikan sebagai satu kelompok dan tidak digambarkan lebih lanjut untuk kelompok-kelompok sekolah dasar dan menengah, masing-masing.

Penilaian instrument

Lima tugas pilihan paksa yang berfungsi sebagai sumber data untuk penelitian ini adalah bagian dari instrumen 20-item yang digunakan untuk survei pemahaman guru berbasis standar topik IPA. Instrumen itu selaras dengan Susenas (NRC, 1996) dalam ilmu kehidupan untuk kelas K-8 dan standar isi ilmu negara diwakili di wilayah Selatan-Timur. Instrumen ditujukan empat konsep umum dalam IPA : fotosintesis dan respirasi, aliran energi dalam suatu ekosistem, faktor keturunan dan seleksi alam, dan desain eksperimental. Hanya hasil untuk tugas-tugas menangani aliran energi melalui ekosistem dibahas dalam makalah ini.

Sekelompok pendidik ilmu pengetahuan dan ahli biologi dibangun tugas untuk empat topik utama yang tercantum di atas. Tugas dimodelkan setelah tugas termasuk dalam Inventarisasi konseptual Seleksi Alam (CINS) (Anderson, Fisher, & Norman, 2002) dan Diagnostik Guru Penilaian Matematika dan Ilmu (DTAMS) (Tretter, Moore, Brown, Saderholm, Kemp, & Bush, 2005), dan selaras dengan Standar Pendidikan Sains Nasional (NRC, 1996). Umumnya dipegang konsepsi non-ilmiah seperti yang diidentifikasi dalam literatur penelitian (Simpson & Arnold, 1982; Eisen & Stavy, 1988; Munson, 1991; Munson 1994; Ozay & Oztas, 2003) yang tertanam dalam pilihan jebakan. Panel lain pendidik ilmu pengetahuan dan ahli biologi Ulasan tugas untuk konten dan validitas wajah. Sebuah uji coba diberikan kepada sekelompok tingkat dasar dan menengah dalam layanan guru yang berpartisipasi dalam lembaga guru ilmu kehidupan yang sama tahun sebelumnya. Analisis hasil uji coba menghasilkan tingkat diandalkan konsistensi internal dengan koefisien alpha dari 0,77. Format-pilihan dipaksa dipilih untuk menyesuaikan diri dengan keterbatasan waktu yang ada selama lembaga tersebut. Instrumen penilaian selesai anonim untuk mengurangi kecemasan guru tentang dampak negatif potensial dari hasil tes yang buruk.

Analisis data

Frekuensi dan persentase dihitung untuk tanggapan terhadap setiap lima  tugas penilaian. Respon yang benar mencerminkan pemahaman ilmiah, sedangkan tanggapan yang salah membantu mengidentifikasi pemahaman non-ilmiah. Frekuensi respon yang salah juga menunjukkan sejauh mana guru sampel diadakan konsepsi non-ilmiah tertentu. Frekuensi respon butir yang dibagi lagi menjadi tiga sub kelompok kinerja tergantung pada bagaimana responden dilakukan pada seluruh instrumen. Responden mencetak gol di tiga teratas di seluruh instrumen ditempatkan di subkelompok kinerja tinggi, responden mencetak gol di arah tengah di seluruh instrumen ditempatkan dalam kinerja subkelompok tengah, dan responden mencetak gol di sepertiga bagian bawah pada seluruh instrumen ditempatkan di subkelompok kinerja rendah. Frekuensi subkelompok yang hanya seharusnya telah tertutup memeriksa hasil untuk seluruh sampel yang digunakan untuk mengidentifikasi prevalensi konsepsi non-ilmiah dalam setiap subkelompok dan seluruh subkelompok.

Hasil

Hasil dari tugas 5 pilihan dipaksa mengenai aliran energi melalui ekosistem dibahas dalam bagian ini. Lebih khusus, tugas-tugas ini difokuskan pada sinar matahari sebagai sumber energi utama dalam suatu ekosistem, peran dekomposer dalam ekosistem, tingkat tropik dalam rantai makanan dan hubungan energi antara tingkat trofik, dan hubungan antara makan organisme dalam rantai makanan. Pada bagian ini tabel ringkasan disediakan untuk setiap tugas yang menunjukkan distribusi frekuensi untuk setiap pilihan (AE), dengan jawaban yang benar diidentifikasi dalam huruf tebal. Seperti yang ditunjukkan, respon untuk setiap tugas yang dibagi lagi menjadi tiga subkelompok, berdasarkan bagaimana guru dilakukan pada seluruh instrumen penilaian. Pertama tiga baris di setiap tabel ringkasan merupakan tanggapan dari tinggi, menengah, dan subkelompok kinerja rendah, masing-masing. Baris keempat menunjukkan total frekuensi untuk setiap opsi, dan baris kelima menunjukkan frekuensi dinyatakan sebagai persentase.

Tugas 1 menilai pemahaman matahari sebagai sumber utama energi (pilihan D) untuk ekosistem hutan. Sementara beberapa ekosistem di Bumi, seperti di sekitar ventilasi laut dalam, tidak memerlukan sinar matahari sebagai sumber energi, matahari adalah sumber asli dari energi untuk sebagian besar ekosistem di Bumi. Hutan dipilih untuk tugas ini karena ia berpikir bahwa guru di wilayah tersebut kemungkinan akan akrab dengan ekosistem ini. Hasil dari tugas ini adalah menggembirakan. Seperti Tabel 1 menunjukkan, 48 dari 53 guru (90,6%) dalam sampel diidentifikasi matahari sebagai sumber energi asli untuk ekosistem hutan. Opsi A, tanaman hijau, adalah jebakan yang paling populer untuk subkelompok kinerja menengah dan rendah. Guru memilih opsi A mungkin telah disalah artikan batang untuk pertanyaan ini dan mengidentifikasi sumber asli dari makanan untuk ekosistem daripada energi, karena makanan adalah bagian dari batang dalam tugas ini. Atau, guru memilih opsi A juga mungkin memiliki pemahaman parsial sumber energi primer untuk ekosistem ini, karena tanaman mengubah sinar matahari menjadi energi kimia, yang merupakan bentuk energi yang dapat digunakan untuk ekosistem.

Buku pelajaran sekolah dan kurikulum mengenai aliran energi melalui ekosistem telah dikritik karena mengandung disederhanakan atau menyesatkan ide, serta kesalahan, yang dapat berkontribusi pada pengembangan konsep non-ilmiah siswa (Barrass, 1984; Gritzner & Basca, 2003). Ini mungkin benar, terutama dalam kasus matahari sebagai sumber energi utama dalam suatu ekosistem. Sebuah tinjauan diagram jaring makanan digambarkan dalam populer K-12 buku teks ilmu di wilayah Central Appalachian mengungkapkan bahwa angka menggambarkan jaring makanan biasanya tidak termasuk matahari dan, dengan demikian, mempromosikan konsepsi non-ilmiah bahwa tanaman adalah sumber energi primer untuk terestrial ekosistem.

Tabel 1. Respon Frekuensi oleh Kinerja Subkelompok untuk Tugas 1, Sumber Energi asli dalam Ekosistem Hutan

Tugas 1. Apa sumber energi asli untuk semua jaring makanan di hutan?
A. tanaman hijau
B. konsumen
C. pengurai
D. sinar matahari
E. nutrisi tanah

Jenis							Pilihan jawaban
A			B		C		D		E		omit		Total
Tinggi	0	0		0		17		0		0		17
sedang	1	0		0		18		0		0		19
rendah	3	0		1		13		0		0		17
Jumlah f	4	0		1		48		0		0		53
Jumlah %	7.5	0		1.9		90.6		0		0		100

Boyes dan Stanisstreet (1991) juga menemukan bahwa tahun pertama mahasiswa memahami bahwa tanaman mendapatkan energi dari matahari, tetapi mereka juga berpikir bahwa tanah, udara, air, dan hewan yang sumber tambahan energi dalam ekosistem. Demikian juga, Krall, Lott, dan Wymer (2009) menemukan bahwa, selain matahari, guru tingkat dasar dan menengah dari wilayah Central Appalachian juga mengidentifikasi tanah dan air sebagai sumber energi tambahan untuk ekosistem. Format-pilihan memaksa digunakan dalam penelitian ini membatasi kemampuan untuk menentukan apakah guru yang memilih opsi A juga berpikir ada sumber energi lainnya dalam ekosistem hutan selain sinar matahari. Penelitian tambahan diperlukan untuk menyelidiki kemungkinan ini.

           

Tugas 2 (Tabel 2) berfokus pada peran pengurai mulai di ekosistem. Secara khusus, tugas menilai sampel apakah guru pahami pengurai menjadi daur ulang nutrisi, tetapi tidak energi, dalam suatu ekosistem. Tanggapan menunjukkan bahwa guru memiliki lebih banyak kesulitan dengan Task 2 dari Tugas 1. Secara khusus, hanya 28 dari 53 guru (52,8%) menunjukkan pemahaman yang benar bahwa pengurai, seperti jamur dan bakteri, adalah daur ulang nutrisi dalam ekosistem. Heterotrophs ini memecah bahan organik menjadi senyawa anorganik bahwa tanaman kemudian menyerap nutrisi sebagai untuk mendukung proses kehidupan. Namun, hanya 5 dari 17 guru (29,4%) dalam subkelompok kinerja tinggi, 9 dari 19 guru di subkelompok kinerja tengah (47,4%), dan 9 dari 17 guru (52,9%) dalam kinerja subkelompok rendah menunjukkan pemahaman bahwa pengurai energi daur ulang (opsi C), daripada nutrisi. Respon ini menunjukkan bahwa banyak guru dalam sampel telah mengembangkan hanya pemahaman parsial peran dekomposer mulai dalam sebuah ekosistem dan itu juga banyak guru di semua tiga subkelompok mengalami kesulitan membedakan antara daur ulang nutrisi dan aliran searah energi dalam suatu ekosistem.

Tabel 2. Respon Frekuensi oleh Kinerja Subkelompok untuk Tugas 2, Pengurai di Hara daur ulang dalam Ekosistem

Tugas 2. Organisme diklasifikasikan sebagai pengurai biologis
A. membuat makanan sendiri melalui fotosintesis bagi konsumen.
B. memecah bahan organik menjadi komponen yang lebih sederhana untuk digunakan oleh            tanaman hijau.
C. mendaur ulang energi dari benda mati kembali ke ekosistem untuk digunakan oleh tanaman           hijau.
D. menyediakan oksigen kepada konsumen.
E. menyediakan karbon dioksida untuk konsumen.

Jenis							Pilihan jawaban
A			B		C		D		E		omit		Total
Tinggi	0	12		5		0		0		0		17
sedang	0	10		5		0		0		0		19
rendah	1	6		9		1		0		0		17
Jumlah f	1	28		23		1		0		0		53
Jumlah %	1.9	52.8		43.4		1.9		0		0		100

Guru dalam penelitian ini muncul untuk mengakui bahwa pengurai memecah bahan mati menjadi komponen kimia sederhana. Ada kemungkinan bahwa para guru bingung memilih opsi C energi dengan nutrisi, seperti yang sering terjadi dengan siswa sekolah menengah (Leach et al., 1996). Apapun, pemilihan opsi C menunjukkan guru tersebut tidak memiliki pemahaman yang mendalam tentang siklus nutrisi dibandingkan aliran energi dalam ekosistem.

Temuan ini juga menunjukkan bahwa guru dalam penelitian ini telah mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang peran pengurai dalam suatu ekosistem dari sekelompok siswa kelas tujuh diperiksa dalam penelitian sebelumnya. Secara khusus, siswa kelas empat yang Demetriou, Korfiatis, & Konstantinou (2009) dinilai menunjukkan kesulitan mengidentifikasi hubungan meliputi trofik pengurai. Selanjutnya, Smith dan Anderson (1986) menemukan bahwa siswa kelas tujuh mereka yang dinilai dianggap organisme mati hanya membusuk dan gagal untuk mengenali bahwa pengurai memecah nutrisi, dalam bentuk senyawa anorganik, dari organisme mati dan kembali senyawa ini kembali ke tanah untuk digunakan oleh tanaman.

Tugas 3 (Tabel 3) membatasi konsep aliran energi dalam suatu ekosistem dengan konsep tingkat SD disederhanakan aliran energi melalui rantai makanan. Dalam tugas ini, peserta diharapkan untuk mengenali tanaman sebagai produsen energi kimia untuk rantai makanan ini. Mereka juga diharapkan untuk memahami bahwa beberapa dari energi kimia di setiap tingkat trofik diubah menjadi bentuk energi lain, seperti energi panas, yang tidak dapat diakses untuk organisme dalam ekosistem. Dengan demikian, tidak semua energi di satu tingkat trofik ditransfer ke tingkat trofik berikutnya.

Sebuah tinjauan hasil untuk tugas ini mengungkapkan bahwa 32 dari 53 guru dalam sampel (60,4%) memilih respon yang benar, pilihan C. Namun, distribusi bimodal untuk dua pilihan jebakan paling populer, A dan D, menunjukkan bahwa 18,9% guru sampel menunjukkan konsepsi non-ilmiah umum tentang aliran energi dalam suatu ekosistem. Secara khusus, 4 dari 19 (21,1%) dan 6 dari 17 (35,3%) guru di tengah-tengah dan kinerja rendah subkelompok, masing-masing, memilih jebakan mendukung gagasan non-ilmiah bahwa tanah merupakan sumber energi bagi organisme dalam ekosistem. Selain itu, 4 dari 19 (20,4%) dan 2 dari 17 (11,8%) dari para guru di subkelompok menengah dan rendah, masing-masing, memilih jebakan konsisten dengan konsepsi non-ilmiah bahwa semua energi dari satu tingkat trofik adalah diteruskan ke tingkat yang lebih tinggi. Meskipun, pilihan jawaban mencakup panjang dan pendek pilihan, pilihan C, D, dan E yang sengaja dibuat lebih lama untuk mengurangi peserta dari memilih pilihan jawaban yang lebih panjang. Pilihan peserta dari semua lima pilihan menunjukkan berbagai jawaban panjang pilihan tidak masalah dalam seleksi pilihan jawaban.

Tabel 3. Respon Frekuensi oleh Kinerja bagian jenis untuk Tugas 3, Energi dalam Rantai Makanan

Tugas 3. Pertimbangkan rantai makanan berikut: Rumput, jangkrik, katak, ular
Manakah dari berikut ini yang benar?
A. Energi untuk rantai makanan berasal dari tanah.
B. Ada mungkin lebih dari ular katak dalam komunitas ini.
C. Ada lebih banyak energi tersedia untuk katak dalam bentuk jangkrik daripada yang tersedia untuk ular dalam bentuk katak.
D. Semua energi di jangkrik yang dimakan oleh katak diubah menjadi energi dalam bentuk daging katak.
E. Berbeda dengan organisme hewan dalam rantai makanan, rumput tidak tergantung pada sumber energi untuk bertahan hidup.

Jenis							Pilihan jawaban
A			B		C		D		E		omit		Total
Tinggi	1	0		15		1		0		0		17
sedang	4	0		11		4		0		0		19
rendah	6	1		6		2		2		0		17
Jumlah f	11	1		32		7		2		0		53
Jumlah %	20.8	1.9		60.4		13.2		3.8		0		100.1

Catatan: Total persentase tidak sama 100 karena pembulatan jawaban Data opsi

            Sebaliknya, Adeniyi (1985) menemukan bahwa hanya sebagian kecil (7,7%) dari siswa usia 13- 15 tahun menunjukkan gagasan non-ilmiah ini. Meskipun hanya beberapa guru dalam penelitian ini memilih opsi non-ilmiah ini, tanggapan mereka menunjukkan kemungkinan bahwa mereka mengajar konsepsi non-ilmiah bahwa tanah dan organisme lain yang, selain matahari, ialah produsen energi untuk ekosistem.

            Tugas 4 (Tabel 4) menilai pemahaman guru tentang terminologi yang digunakan untuk menggambarkan tingkat trofik dalam rantai makanan. Hanya 31 dari 53 guru (58,5%) dalam penelitian ini dengan benar mengidentifikasi ikan kembung baik sebagai karnivora dan konsumen sekunder (opsi B). Distribusi bimodal ditampilkan untuk pilihan C dan D menunjukkan bahwa guru dalam subkelompok kinerja menengah dan rendah memiliki kesulitan dengan peran larva dalam rantai makanan ini. Secara khusus, 5 dari 19 guru (26,3%) dalam kinerja subkelompok menengah dan 7 dari 17 guru (41,2%) dalam subkelompok kinerja rendah diidentifikasi ikan kembung sebagai konsumen primer (pilihan C dan D). Pemilihan dua pilihan menyiratkan bahwa guru-guru ini mungkin dianggap sebagai larva produsen dalam rantai makanan ini. Ini adalah kasus di Adeniyi (1985) studi mahasiswa Nigeria (usia 13-14). Secara khusus, Adeniyi menemukan bahwa siswa pada tingkat ini diidentifikasi tanaman, kupu-kupu, dan organisme kecil lainnya sebagai produsen karena mereka melayani sebagai sumber makanan bagi organisme lain dalam ekosistem.

Tabel 4. Respon Frekuensi oleh Kinerja jenis kelompok untuk Tugas 4, trofik Tingkat dalam Rantai Makanan

Tugas 4. Dalam rantai makanan di bawah ini, ikan kembung adalah (n) _______ dan (n) ________.
lumut→ larva → mikan kembung → hiu,
A. autotroph, konsumen
A. karnivora, konsumen sekunder
C. herbivora, konsumen primer
D. karnivora, konsumen primer
E. herbivora, konsumen sekunder

Jenis							Pilihan jawaban
A			B		C		D		E		omit		Total
Tinggi	0	14		0		2		1		0		17
sedang	1	11		3		2		2		0		19
rendah	2	6		4		3		2		0		17
Jumlah f	3	31		7		7		5		0		53
Jumlah %	5.7	58.5		13.2		13.2		9.4		0		100

Hasil dari penelitian ini menunjukkan beberapa guru di jenis kelompok berkinerja menengah dan rendah mungkin berbagi notasi non-ilmiah ini. Pilihan responden opsi D, yang menunjukkan karnivora dapat menjadi konsumen utama, lebih mendukung kesimpulan ini.

Tugas 5 (Tabel 5) memperluas konsep sederhana dari rantai makanan dengan konsep yang lebih kompleks dari rantai makanan, khususnya mempertimbangkan efek peningkatan tajam dalam satu populasi akan memiliki pada populasi lain dalam ekosistem. Para guru dalam sampel dilakukan cukup baik pada tugas ini, dengan 38 dari 53 guru (71,7%) dengan benar memilih opsi A. Pemilihan opsi ini menunjukkan pemahaman ilmiah bahwa peningkatan populasi konsumen primer tertentu akan mengakibatkan peningkatan populasi konsumen sekunder yang memangsa mereka. Perhatikan bahwa semua responden dalam jenis kelompok kinerja tinggi benar memilih opsi A. Sebagai perbandingan, hanya 12 dari 19 guru (63,2%) dan 9 dari 17 (52,9%) guru di tengah-tengah dan kinerja rendah subkelompok, masing-masing, karena pilihan ini.

Tabel 5. Respon Frekuensi oleh Kinerja Jenis kelompok untuk Tugas 5, Hubungan antara Organisme dalam Rantai Makanan

Tugas 5. Jika jumlah kerang meningkat tajam selama beberapa tahun, hasil yang paling mungkin meningkat?
A. peningkatan jumlah kepiting.
B. peningkatan jumlah ikan.
C. peningkatan jumlah fitoplankton.
D. penurunan jumlah burung camar.
E. penurunan jumlah lobster.

Jenis							Pilihan jawaban
A			B		C		D		E		omit		Total
Tinggi	17	0		0		0		0		0		17
sedang	12	1		4		2		0		0		19
rendah	9	1		4		1		2		0		17
Jumlah f	38	2		8		3		2		0		53
Jumlah %	71.7	3.8		15.1		5.7		3.8		0		100.1

Hal ini mengganggu untuk dicatat bahwa opsi C adalah gangguan yang paling umum. Opsi ini dipilih oleh 4 dari 19 guru (21,1%) dalam kinerja jenis kelompok 4 dari 17 guru (23,5%) dalam kinerja jenis kelompok rendah. Guru memilih opsi C hanya mungkin lempaui pertanyaan, bahwa peningkatan penalaran populasi fitoplankton akan memulai kenaikan populasi kerang.

Temuan dari Task 5 untuk kelompok ini guru mirip dengan hasil dari studi pemahaman siswa sekolah menengah 'aliran energi melalui ekosistem. Secara khusus, Leach et al. (1996) dan energik, Griffiths, dan Okebukola (1995) mencatat bahwa banyak siswa sekolah menengah disalahartikan arah panah di diagram jaringan makanan dan mengalami lebih banyak kesulitan melacak efek turun melalui tingkat trofik (misalnya, dari konsumen tersier ke produsen) dari atas melalui tingkat tropik. Selanjutnya, Barman dkk. menemukan bahwa siswa sering mengembangkan gagasan non-ilmiah sederhana bahwa perubahan dalam satu populasi hanya akan mempengaruhi organisme sepanjang satu jalur dari jaring makanan yang secara langsung terkait dengan spesies yang, seperti dalam hubungan tunggsl predator-mangsa. Demikian pula, siswa berusia 11 tahun itu Hogan (2000) dinilai cenderung berfokus pada efek lokal dari pada diperpanjang dalam jaring makanan.

Mengingat hasil dari studi-studi sebelumnya, orang mungkin berpikir bahwa in-service guru akan mengidentifikasi aliran energi melalui ekosistem sebagai konsep yang sulit bagi siswa untuk memahami. Namun, dalam survei diberikan kepada 100 guru yang mengajar bumi, kehidupan, dan ilmu fisik, kebanyakan guru dianggap jaring makanan relatif mudah bagi siswa untuk memahami (Finlay, Stewart, & Yarroch, 1982). Temuan yang tidak konsisten dengan temuan dari Task 5 dalam penelitian ini atau dari studi sebelumnya telah dibahas sebelumnya (Barman et al, 1995;.. Leach et al, 1996; Hogan, 2000).

Singkatnya, dari 265 dibahas jawaban yang benar pada lima tugas, 177 (66,8%) respon yang benar dipilih. Sebuah perbandingan tinggi, menengah, dan rendah jenis kelompok kinerja mengungkapkan kesenjangan dalam pemahaman konten, terutama di tengah dan kelompok kinerja rendah. Secara khusus, kinerja jenis kelompok tengah yang dipilih 62 dari kemungkinan 95 jawaban yang benar (65,3%), sedangkan kinerja jenis kelompok rendah karena hanya 40 dari kemungkinan 85 (47%) respon yang benar. Perbedaan ini menunjukkan kinerja jenis kelompok tinggi positif mencontek kinerja seluruh sampel dan masker pemahaman jauh lebih lemah dari para guru di jenis kelompok menengah dan rendah.

Daerah tertentu dari keprihatinan bagi guru dalam penelitian ini termasuk membedakan antara daur ulang nutrisi dan aliran energi searah dalam ekosistem, dan memahami peran pengurai dalam suatu ekosistem. Guru juga menunjukkan pemahaman terbatas hubungan antar organisme dalam rantai makanan dan jaring makanan dan aliran energi dari satu tingkat trofik ke yang lain. Mengidentifikasi tanah, dari pada matahari, sebagai sumber energi untuk ekosistem hutan adalah konsep lain merepotkan untuk guru dalam sampel. Konsep-konsep ini sangat penting untuk aliran energi dalam ekosistem dan blok bangunan penting untuk studi lebih lanjut dalam ilmu kehidupan.

Kesimpulan dan Implikasi

Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa sebagian besar sampel guru tidak memiliki pemahaman yang memadai kunci konsep ilmu pengetahuan berbasis standar mengenai aliran energi melalui ekosistem yang mereka cukup dapat diharapkan untuk mengajar. Selanjutnya, tanggapan guru sering mencerminkan konsepsi yang sama non-ilmiah tentang aliran energi melalui ekosistem bahwa siswa sekolah dasar dan menengah telah ditunjukkan dalam studi penelitian sebelumnya (Adeniyi, 1985; Leach et al, 1996;. Smith & Anderson, 1986; Hogan 2000; Gotwals & Singer, 2009). Temuan dari penelitian ini menjadi perhatian besar mengingat tanggung jawab K-8 guru dalam membantu siswa mereka mengembangkan pemahaman ilmiah yang kuat dari konsep-konsep ini.

Selain itu, hasil dari 2005 dan 2009 NAEP (Grigg et al, 2006;. NCES 2011 2011) menunjukkan bahwa prestasi siswa dalam ilmu di tingkat sekolah dasar dan menengah tetap jauh mengecewakan dan telah menunjukkan sedikit perubahan pada tingkat mahir dan canggih selama dekade terakhir. Kemampuan siswa miskin menunjukkan pada 2005 NAEP aliran energi melalui ekosistem mengenai menunjukkan kemungkinan bahwa guru sekolah dasar dan menengah di luar wilayah Appalachian pusat juga berjuang dengan konsep-konsep ini. Penelitian tambahan diperlukan untuk mengidentifikasi besarnya kegunaan ini konsepsi non-ilmiah di kalangan in-service guru sekolah dasar dan menengah di kawasan ini dan sekitarnya.

Penelitian ini juga menambah pertumbuhan badan penelitian tentang sebelum layanan dan dalam layanan pemahaman guru sekolah dasar dan menengah 'konsep ilmu kehidupan. Berdasarkan temuan dari penelitian ini dan penelitian lain yang dibahas sebelumnya di koran (GESS-Newsome & Lederman, 1993;. Mak et al, 1994; Yip, 1998), penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengkarakterisasi pemahaman guru sekolah dasar dan menengah ' energi mengalir melalui sebuah ekosistem. Secara khusus, penelitian tambahan diperlukan untuk memperjelas pemahaman guru tentang: (1) sumber energi untuk rantai makanan; (2) identifikasi konsumen, produsen dan hubungan timbal balik antara organisme dalam ekosistem; (3) aliran energi melalui ekosistem di tingkat organisme dan populasi; dan (4) siklus hara dalam ekosistem. Studi masa depan juga harus menggunakan wawancara individu untuk membantu memberikan deskripsi yang lebih lengkap dari kerangka kerja konseptual guru untuk topik penting. Data yang dikumpulkan dari studi tersebut dapat membantu menginformasikan perbaikan dibutuhkan dalam sebelum layanan dan dalam layanan program persiapan guru di wilayah ini dan sekitarnya.

Pengembangan pengetahuan konten ilmu guru adalah masalah yang kompleks. Dasar dan menengah persiapan program guru sekolah dirancang untuk membantu guru membangun fondasi yang kuat dari konsep mereka diharapkan untuk mengajar. Namun, seperti Grossman et al. (1989) dan Grossman (1995) menegaskan, guru perlu terus mengembangkan pemahaman konten lama mereka setelah mereka selesai dari program persiapan guru. Pengembangan profesional berkualitas dapat membantu guru lebih meningkatkan pemahaman mereka tentang konsep-konsep penting yang berkaitan dengan aliran energi melalui ekosistem. Temuan dari penelitian ini memberitahu pemilihan kegiatan yang digunakan dalam kehidupan musim panas institut guru ilmu pengetahuan dan dipandu pengembangan kursus biologi berbasis inquiry untuk guru pra-layanan yang diujicobakan selama tahun 2007-2008 sekolah. Data yang dianalisis untuk mengevaluasi keberhasilan program ini di penulisan makalah ini dan mudah-mudahan dapat digunakan untuk meningkatkan masa depan program persiapan guru dan pengembangan profesional berkualitas bagi guru pada tingkat ini.