Examination of different participant groups` quality of thinking and science process skills through sequential inquiry-based activities about electromagnetic waves

Abstract

İnsan topluluklarının geçmişte avcılık ve toplayıcılık yaptığı zamanlardan, başka bir gezegende hayat bulma arayışına girdiğimiz bugüne kadar, bilimsel düşünme, insanlığın yaşamını şekillendirmeyi sürdürmüştür. Hayatta kalmak başta olmak üzere, hayat koşullarını iyileştirmek, gündelik problemlere çözüm bulmak, yön bulmak, ticaret yapıp para kazanmak ve dahi güçlü olmak için, insanlar bilimsel düşünme becerilerini oluşturmaya, geliştirmeye ve kullanmaya devam etmişlerdir. Hal böyle iken, günümüzde eğitimin temel amaçlarından da biri olan beceri kazandırma, günlük hayatta karşılaştığımız problemlerin de giderek daha karmaşık hale gelmesi ile birlikte, artan bir öneme sahiptir. İnsan, doğası gereği sorgular ve merak eder. Bu, bilimsel düşünme için çok önemli bir zemin oluşturur. Eğitimcilerin görevi ise bu merak duygusunu güdülemek, öğrencileri daha fazla sorular sormaya teşvik etmektir. Bu bağlamda, mevcut çalışmada, kişilerin bilimsel düşünmeye ne kadar yakın oldukları, sorgulama temelli ardışık etkinlik uygulamaları ile araştırılmıştır. Söz konusu ardışık etkinlikler, son zamanlarda popüler olmaya başlayan fakat toplumun genel olarak bilgi sahibi olmadığı ve /veya kavram yanılgılarına sahip olduğu elektromanyetizma konusu çerçevesinde tasarlannmıştır. Araştırmada, 'Kişiler hiç bilmedikleri bir konuda dahi, bilimsel düşünme becerilerini kullanarak bilimsel sonuçlara ulaşabilir mi?' sorusuna yanıt aranmaya çalışılmıştır. Sorgulama temelli ardışık etkinliklerde, bilimsel düşünmeye zemin hazırladığı düşünülen merak duygusunu güdülemek adına beklenmedik olaylar, ikilemler yaratılmış, katılımcıların bilimsel düşünmeye ve sorgulamaya ne denli yakın oldukları araştırılmıştır. Tasarım tabanlı araştırma yöntemine sahip mevcut araştırmanın örneklemini, öğretme ve öğrenme süreçlerinde anahtar rolleri üstlendikleri düşünülen üç katılımcı grup, ortaokul öğrencileri, öğretmen adayları ve öğretmenler oluşturmaktadır. Çalışmaya, Anadolu'nun Batısı'nda yer alan devlet okullarında ve bazıları bilim sanat merkezlerinde öğrenim görmekte olan 77 ortaokul öğrencisi, yine aynı bölgedeki 69 öğretmen adayı 62 öğretmen katılmıştır (N=208). Çalışmanın verleri, tahmin, gözlem ve çıkarım bölümleri içeren 11 ardışık sorgulama temelli çalışma yaprağı ile, ayrıca, katılımcıların kendi bilimsel süreç becerilerine yönelik algılarını ölçen Likert tipi 11 madde içeren 'Bilimsel Süreç Becerilerim' ölçeği ile toplanmıştır. Katılımcılar, etkinlikten önce Bilimsel Süreç Becerilerim ölçeğini doldurmuşlar, ardından U şeklinde tasarlanmış öğrenme ortamlarında, ardışık sorgulama temelli gösteri etkinliklerini takip etmişlerdir. Katılımcıların ifadeleri, araştırmacı tarafından, alanyazından faydalanılarak geliştirilen, düşünmenin niteliklerini içeren rubrik ile irrasyonel, sezgisel ve bilimsel olarak kodlanmıştır. Verilerin analizi sırasında, grup içi ve gruplar arası karşılaştırmalarda Friedman ve One-Way Between Groups ANOVA testleri kullanılmıştır. Ayrıca, Pearson Korelasyon testi ile, katılımcıların bilimsel düşünme becerileri ile bilimsel süreçlerdeki becerilerine ilişkin algıları karşılaştırılmıştır.Araştırmanın bulguları, ardışık sorgulama temelli etkinliklerin, katılımcıları bilimsel düşünmeye yaklaştırmada yararlı olduğunu ortaya çıkarmıştır. Etkinlikler başlangıcında bilimsel düşünme becerileri irrasyonel ve sezgisel düzeyler arasında olan katılımcılar, etkinlik sonunda bilimsel düşünme düzeyine yaklaşmışlardır. Gruplar arası karşılaştırmalarda öğretmen adaylarının bilimsel düşünme becerilerinde diğer iki gruptan daha iyi performans gösterdiğini, öğretmenlerin ise ortaokul öğrencilerinden daha iyi performans gösterdiği ortaya çıkmıştır. Buna karşın, sahip oldukları bilimsel süreç becerileri ile ilgili algılarında, öğretmen adayları en düşük skorları elde etmiş, öğretmen ve ortaokul öğrencilerinin ise daha yüksek beklentilere sahip oldukları ortaya çıkmıştır. Bu iki durum, kişilerin algıları ve gerçek performansları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir korelasyon bulunmadığına işaret etmektedir. Araştırmanın bulguları ışığında, ardışık sorgulama temelli etkinlikler ile, kişilerin bilmediği konularda dahi bilimsel akıl yürütme ve düşünme süreçleri ile bilimsel sonuçlara ulaşması teşvik edilebileceği, ve söz konusu etkinliklerin, farklı bağlamlarda bilimsel düşünme ve süreç becerilerini geliştirmek amacıyla kullanılabileceği, tasarlanan rubriğin de bir kişinin düşünme şeklinin ne düzeyde bilimsele yakın olduğunu belirlemek amacıyla, yine farklı bağlamlarda kullanılabileceği düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Bilimsel düşünme becerileri, bilimsel süreç becerileri, düşünmenin nitelikleri, bilimsel sorgulama, elektromanyetizma, elektromanyetik dalga türleri, ortaokul öğrencileri, öğretmen adayları, öğretmenler.

From the times human communities were hunting and gathering to survive, to now in which we plunge into a quest for a life on another planet, scientific thinking has continued to shape the life of humanity. Primarily for surviving, improving living conditions, finding solutions to everyday problems, finding directions, making money and being powerful, humans have kept gaining, improving and using their scientific thinking skills. While this is the case, skill acquisition, which is one of the major aims of education, is increasing its importance even more as the problems we face in everyday life are becoming more and more complex. Humans intrinsically inquire and wonder. This forms an important basis for scientific thinking. It's educators' job to foster and boost this curiosity and encourage students to ask further questions. In this context, in the present study, with the use of sequential inquiry-based activities, it is investigated how close are participants to think in a scientific way. These sequential inquiry-based activities were designed in the framework of electromagnetism topic which has been very popular lately, but still societies somehow hold limited information and/or misconceptions. In the research, mainly the following question was tried to be answered; 'Can individuals reach the scientific conclusion using their scientific thinking skills even on an unfamiliar topic?'. In the sequential inquiry-based activities, discrepant events and contradicting events are utilized in the purpose of fostering participants' sense of curiosity which forms the basis of scientific thinking, and it is investigated how close are participants to scientific thinking and inquiry.The sampling of this design-based research is comprised of three participant groups, namely 77 middle school students continuing their education in public schools and science and art centers of Aegean region of Anatolia, 69 pre-service teachers and 62 in-service teachers from the same region (N=208). Data were gathered through 11 inquiry-based activity sheets involving prediction, observation and explanation sections regarding sequential inquiry-based activities, and through Science Process Skills Inventory involving Likert-type 11 items measuring participants' perceptions on their science process skill levels. Before the implementation of sequential inquiry-based activities, participants filled SPSI and after, they followed sequential inquiry-based activities in U-shaped learning environments. Statements of participants were coded by the researcher as irrational, intuitive and scientific thinking, with the use of rubric involving qualities of thinking which was developed by benefiting from literature. During the data analysis, Friedman Test was utilized for intergroup analyses and One-Way Between Groups ANOVA test is utilized for between group comparisons. Moreover, participants' scientific thinking and their perceptions on their science process skills were compared with the use of Pearson Correlation Test.The findings of the study revealed that sequential inquiry-based activities were fruitful in having participants get closer to scientific thinking. Participants having thinking skills between irrational and intuitive levels at the beginning, approached the level of scientific thinking by the end of the activities. In the comparisons between groups, it was found out that pre-service teachers performed better than the other two groups and in-service teachers showed better performance than middle school students. On the other hand, in the perceptions on possessed science process skills, pre-service teachers had the lowest scores, and in-service teachers and middle school students had higher expectations on their science process skills. These two conditions indicated that there was no statistically significant correlation between the perceptions and real performances of individuals. In the light of the findings of the study, it is claimed that with the use of such sequential inquiry-based activities, individuals can be encouraged to reach scientific conclusions with scientific reasoning and thinking even on the unknown concepts, that such activities are practicable on different contexts in the purpose of improving scientific thinking and science process skills and also it is thought that designed rubric is also apt to be used on different contexts to determine how close an individual to think in a scientific way.Keywords: Scientific thinking skills, science process skills, qualities of thinking, scientific inquiry, electromagnetism, types of electromagnetic waves, middle school students, pre-service teachers, in-service teachers.