Grade 10 Students’ Idea about the Direction of a Galvanometer’s Needle due to the Flow of Current in a Simple DC Circuit

Abstract

A galvanometer is always used to demonstrate the existence of (a conventional) current in a direct current (DC) circuit. The initial position of a galvanometer’s needle is at the center when no current is applied. The galvanometer’s needle could move either left or right from the center, labeled as negative and positive respectively, to indicate the direction of the current. However, during hands-on, researchers found students’ misconceptions of the circuit connection and the relation between the direction of the galvanometer’s needle and those of a current flow. Therefore, the aims of this study were to find 1) students’ ideas about the direction of the galvanometer’s needle in the two different circuit configurations and 2) students’ conceptions of a DC circuit connection and current flow in a simple DC circuit. The participants, 93 Grade 10 students, were asked to respond to the two two-tier questions; the needle’s direction of a galvanometer that connected in two different circuit connections with one resistor and one 9V battery. The first-tier responses presented students’ ideas about the direction of the galvanometer’s needle. The second-tier responses were students’ reasons to support their first-tier responses that was used to analyze students’ conceptions of a DC circuit connection and current flow. Results revealed that 1) almost all students were not able to identify the direction of the galvanometer’s needle in the simple DC circuits correctly 2) Most students believed the galvanometer’s needle did not move because of the wrong connection between the battery and galvanometer. Even though there was no broken part of the circuit, some students in this group gave the reason as the current cannot flow or there is no current as it happens when the circuit is open, and 3) some students had misconceptions about the resistor and current relation.

Keywords: Simple DC circuit, Electric Current, Galvanometer

ความคิดของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เกี่ยวกับทิศทางของเข็มของแกลแวนอมิเตอร์เนื่องจากการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย

บทคัดย่อ

แกลแวนอมิเตอร์มักถูกนำมาใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข็มของแกลแวนอมิเตอร์จะอยู่ตรงกลางซึ่งเป็นตำแหน่งเริ่มต้น เข็มของแกล-แวนอมิเตอร์สามารถเคลื่อนไปทางซ้ายหรือขวาจากตำแหน่งเริ่มต้น เพื่อระบุทิศทางของกระแสไฟฟ้าว่าเป็นค่าลบหรือค่าบวกตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการลงมือปฏิบัติ นักวิจัยพบว่านักเรียนบางคนสับสนกับการต่อวงจรและความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางของเข็มแกลแวนอมิเตอร์กับทิศการไหลของกระแส ดังนั้นจุดมุ่งหมายของการศึกษาครั้งนี้ คือ การค้นหา
1) ความคิดของนักเรียนเกี่ยวกับทิศทางของเข็มแกลแวนอ-มิเตอร์ในวงจรสองแบบที่มีการต่อวงจรแตกต่างกัน และ
2) มโนทัศน์ของนักเรียนเกี่ยวกับการต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ในวงจรกระแสตรงและกระแสไฟในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย ผู้เข้าร่วมการวิจัย คือ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 จำนวน 93 คน ข้อคำถามที่ใช้ในการเก็บข้อมูลเป็นชนิดสองระดับจำนวน 2 ข้อ โดยคำถาม คือ ทิศทางของเข็มแกลแวนอมิเตอร์ที่ต่ออยู่กับตัวต้านทานหนึ่งตัวและแบตเตอรี่ 9V หนึ่งก้อนในวงจรที่แตกต่างกัน 2 วงจร คำตอบในระดับแรกของคำถาม แสดงถึงแนวคิดของนักเรียนเกี่ยวกับทิศทางของเข็มแกล-แวนอมิเตอร์ในวงจรแบบต่าง ๆ คำตอบในระดับที่สองของคำถาม แสดงถึงเหตุผลของนักเรียนที่สนับสนุนคำตอบในระดับแรก ซึ่งผู้วิจัยใช้ในการวิเคราะห์แนวคิดของนักเรียนเกี่ยวกับการต่อวงจรไฟฟ้ากระแสตรง และการไหลของกระแสไฟฟ้า ผลการศึกษาพบว่า 1) นักศึกษาเกือบทั้งหมดไม่สามารถระบุทิศทางของเข็มแกล-แวนอมิเตอร์ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่ายได้อย่างถูกต้อง 2) นักเรียนส่วนใหญ่เชื่อว่าเข็มของแกลแวนอ-มิเตอร์ไม่เคลื่อนที่เนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างแบตเตอรี่กับแกลแวนอมิเตอร์ไม่ถูกต้อง ถึงแม้วงจรไฟฟ้าในข้อคำถามจะเป็นวงจรปิด
แต่นักศึกษาบางคนในกลุ่มนี้ก็ให้เหตุผลว่ากระแสไฟฟ้าไหลไม่ได้หรือไม่มีกระแส เหมือนที่เกิดขึ้นเมื่อวงจรเปิด และ
3) นักเรียนบางคนมีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างตัวต้านทานและกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร

คำสำคัญ: วงจรไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย, กระแสไฟฟ้า, แกลแวนอมิเตอร์