Atom ve periyodik sistem ünitesindeki STEM uygulamalarının akademik başarı, bilimsel yaratıcılık ve bilimin doğasına yönelik düşünceler üzerine etkisi

Abstract

Bu çalışmanın amacı; fen ve kimya derslerinin en temel konularından biri olan atom ve periyodik sistem konusunda 5E öğrenme döngüsü modeline dayalı STEM uygulamalarının dokuzuncu sınıf öğrencilerinin akademik başarıları, bilimsel yaratıcılıkları ve bilimin doğası hakkındaki görüşleri üzerine etkisini ortaya koymaktır. Ayrıca, bu etkinlikler hakkında öğretmen ve öğrencilerin görüşlerini belirlemektir. İlave olarak, STEM eğitim yaklaşımı ile ilgili olarak etkinlik örnekleri ortaya koyarak araştırmacı ve öğretmenler açısından rehber bir çalışma ortaya koymak amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda araştırmanın nicel problem cümlesini `Kayseri ili Kocasinan ilçesindeki dokuzuncu sınıf öğrencilerinin `Atom ve Periyodik Sistem` konusundaki; akademik başarıları, bilimsel yaratıcılıkları ve bilimin doğası hakkındaki görüşleri üzerine STEM uygulamalarının etkisi nedir?` sorusu oluşturmaktadır. Nitel araştırma sorusu ise `Öğretmen ve öğrencilerin STEM uygulamaları konusundaki görüşleri nasıldır?` şeklindedir. Araştırmada, karma araştırma yönteminin bir deseni olan `iç içe desen` kullanılmıştır. Araştırma 2016-2017 eğitim-öğretim yılı birinci öğretim döneminde dokuzuncu sınıfta okuyan öğrencilerin ve onların öğretmenlerinin katılımı ile gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın nicel örneklemi, Kayseri ili, Kocasinan ilçesinde, rastgele olmayan örneklem yöntemi ile nitel çalışma grubu ise amaçlı örneklem kullanılarak belirlenmiştir. Örneklem, uygun görülen bir Anadolu Lisesinden dokuzuncu sınıflar arasından belirlenen, iki deney ve iki kontrol grubundan oluşan dört gruptan oluşmaktadır. Çalışmanın başlangıcında, dokuzuncu sınıf öğrencilerine araştırmacı tarafından hazırlanan `Atom ve Periyodik Sistem Akademik Başarı Testi`, `Bilimsel Yaratıcılık Testi` ve `Bilimin Doğası Üzerine Görüşler Anketi-Form C` ön test olarak uygulanmıştır. STEM eğitimi yaklaşımı temel alınarak atom ve periyodik sistem konusunda etkinlikler hazırlanmıştır. Konunun öğretiminde deney grubu öğrencilerine STEM temelli etkinlikler 16 ders saati olacak şekilde uygulanmıştır. Konunun öğretiminde kontrol grubu öğrencilerine ise, mevcut ortaöğretim kurumları kimya dersi öğretim programına dayalı öğretim yaklaşımı uygulanmıştır. Her iki öğretim stratejisi için de ders planları kazanımlar dikkate alınarak oluşturulmuştur. Çalışma sonunda deney ve kontrol grubunda bulunan öğrencilere `Atom ve Periyodik Sistem Akademik Başarı Testi`, `Bilimsel Yaratıcılık Testi` ve `Bilimin Doğası Hakkında Görüşler Anketi` son test olarak uygulanmıştır. Ayrıca sadece deney grubunda bulunan öğrenciler arasından seçilen bazı öğrencilerle de STEM temelli etkinlikler hakkında görüşlerini almak amacıyla yarı yapılandırılmış görüşme gerçekleştirilmiştir. Son olarak uygulamayı gerçekleştiren kimya öğretmeninin de STEM temelli ders etkinlikleri konusundaki düşüncelerini ortaya çıkarmak için yarı yapılandırılmış görüşme yapılmıştır. Nicel veri toplama araçlarından elde edilen ön test ve son test bulguları betimsel istatistik ve çıkarımsal istatistik kullanılarak analiz edilmiştir. Bu amaçla, her üç veri toplama aracının ön ve son test verilerinden elde edilen puanların deney ve kontrol grupları açısından normal dağılıp dağılmadığına bakılmıştır. Parametrik testlerin uygulanması için normal dağılım ve diğer gerekli varsayımlar karşılandıktan sonra, bağımlı değişken sayısı birden fazla olduğu için MANOVA veya MANCOVA'nın verilerin analizinde parametrik test olarak kullanılmasına karar verilmiş ve hangisinin kullanılacağına karar verebilmek için covariate analizleri yapılmıştır. Bağımsız örneklemler t testi ve korelasyon analizleri yorumlanarak bilimsel yaratıcılık ve bilimin doğası ön test puanlarının kovaryanta atılarak MANCOVA'nın kullanılmasına karar verilmiştir. MANCOVA varsayımları karşılanarak, sonuçları yorumlanmıştır. Nitel veri toplama araçlarından elde edilen veriler tema, kategori ve kodlar altında toplanmış ve içerik analizi yoluyla analiz edilmiştir. Yapılan uygulamalar sonrasında, gruplar arasında akademik başarı, bilimsel yaratıcılık ve bilimin doğası hakkındaki düşünceler açısından deney grubu lehine anlamlı bir fark olduğu tespit edilmiştir. Birleşik bağımlı değişken bakımından deney ve kontrol grupları arasında istatistiksel açıdan anlamlı bir fark bulunmuştur ve bu yüzden hipotez 1, 2 ve 3 reddedilmiştir. Nitel açıdan görüşme sonucunda öğrenciler STEM uygulamalarının onların anlamlı öğrenmelerini artırdığını vurgulamışlardır. Ayrıca, kimya öğretmeni, STEM temelli ders etkinlikleri ile ilgili öğrencilerden olumlu dönütler aldığını, etkinliklerin öğrencilerin derslere karşı ilgilerini ve motivasyonlarını arttırdığını ifade ederek, uygulama süreci ile ilgili olumlu ifadeler kullanmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, bazı öneriler yapılmıştır. Örneğin mevcut sınav sistemi ile ilgili soru yapıları STEM temelli etkinlikler ile uyumlu hale getirilmeli, öğrencileri sınıf içinde aktif durumda tutacak, onları düşünmeye yönlendirecek ders etkinlikleri planlanmalı ve derslerde bu tür etkinliklere sıklıkla yer verilmelidir.Anahtar Kelimeler: Yapılandırmacı Yaklaşım, 5E Öğrenme Döngüsü Modeli, STEM Eğitimi, Bilimin Doğası, Bilimsel Yaratıcılık, Atom ve Periyodik Sistem

The purpose of this study is to demonstrate whether there is a significant effect of the STEM implementations based on the 5E learning cycle model on ninth grate students' achievement in the atomic and periodic system that one of the most fundamental subjects of science and chemistry courses, their scientific creativty and their opinions about the nature of science. It is also to determine the views of teachers and students about these activities. In addition, it is aimed to present a guideline study to researchers and teachers by providing examples of activities related to the STEM implementations. In acordance with these purposes, the quantiative research problem of this study is as follows: `What is the effect of STEM implementations on ninth grade students' achievement in the atomic and periodic system, their scientifc creativty and their views of nature of science in Kocasinan district of Kayseri.` The qualitative research question is `How are the views of teachers and students on STEM implementations?` In the research, `nested pattern`, which is a pattern of mixed research method, was used. The study was conducted in the first academic year of the 2016-2017 academic year with the participation of ninth grade students and their teachers. The quantitative sample of the study was determined using the non-random sampling method in Kocasinan province, Kayseri and the qualitative study group was determined using the purposive sampling. The quantitative sampling was consisted of four groups including two experiments and two control groups, which were determined among the ninth grades from an Anatolian High School. At the beginning of the study, `Atomic and Periodic System Academic Achievement Test`, `Scientific Creativity Test` and `Views on Nature of Science Questionnaire-Form C` pre-tests were applied to the ninth grade students by the researcher. STEM based learning activities on the atomic and periodic system were prepared for the main study. STEM-based activities for the experimental group students were applied in a way that covers a period of 16 hours. For the control group, the teaching approach based on the ninth grade chemistry curriculum was applied. The lesson plans for both teaching strategies were formed considering the objectives of atom and periodic system. At the end of the study, Posttests which are `Atomic and Periodic System Academic Achievement Test`, `Scientific Creativity Test` and `Questionnaire on the Nature of Science` were applied to the all students. In addition, a semi-structured interview was conducted with some selected students from the experimental group to get their views on STEM-based activities. Finally, a semi-structured interview was conducted with the chemistry teacher who performed the application to reveal the perceptions of the STEM-based course activities. Pre-test and post-test data obtained from quantitative data collection tools were analyzed using descriptive statistics and inferential statistics. For this purpose, whether the scores obtained from the pre- and post-test data of all three quantitative data collection tools are normally distributed or not were examined in terms of the experimental and control groups. Since the number of dependent variables is more than one, the MANOVA or MANCOVA has been decided to be used as a parametric test in the analysis of the data and the covariate analysis has been made to decide which to use after the normal distribution and other necessary assumptions were met for the application of the parametric tests. For this purpose, independent samples t-test and correlation analyzes were interpreted and it was decided to use MANCOVA by taking covariant of scientific creativity and nature of science pre-test scores. MANCOVA assumptions were met and the results were interpreted. Data from qualitative data collection tools were collected under theme, category and code and analyzed by content analysis. It was determined that there was a significant difference in favor of the experimental group in terms of their academic achievement, scientific creativity, and their ideas about the nature of science after the implementation. A statistically significant difference was found between the experimental and control groups with respect to the combined dependent variable, and therefore hypotheses 1, 2 and 3 were rejected. As a result of the qualitative interviews, students have emphasized that STEM-based events enhanced their understanding. In addition, the chemistry teacher has used positive expressions about the application process by receiving positive feedbacks from students about STEM-based course activities and indicating that the activities increase students' curiosity and motivation. In line with the results obtained, some suggestions have been made. For instance, questions related to the current examination system should be aligned with STEM-based activities, should be planned the course activities to keep the students active in the classroom and to guide them to think, and included these activities in the lessons frequently.Keywords: Constructivist Approach, 5E Learning Cycle Model, STEM Education, Nature of Science, Scientific Creativity, Atomic and Periodic System