Fen bilimleri öğretmenlerinin biyoteknolojiye ilişkin laboratuvar deneyimlerine yenilikçi öğretim yaklaşımlarının etkisi

Abstract

Gen teknolojileri, DNA testi ve klonlama gibi biyoteknolojik gelişmeler toplum üzerinde önemli etki oluşturmaktadır ancak bu yenilikler ürünlerin risk, etik ve kullanışlılığına ilişkin birçok tartışmaya da yol açmaktadır. Bireylerin bilinçli kararlar alabilmeleri için biyoteknolojiye yönelik bilgi ve farkındalıklarının geliştirilmesi gerekir. Bu durumda, biyoteknolojinin fen bilimleri öğretmenleri tarafından bilinmesi ve uygulanabilmesi, daha bilinçli nesillerin yetiştirilmesini sağlar. Yukarıda belirtilen hususlar göz önünde bulundurularak, bu çalışmada yenilikçi öğretim yaklaşımlarını (araştırma-sorgulama, problem çözme, proje, argümantasyon ve web tabanlı-disiplinlerarası öğrenme yaklaşımları) temel alan laboratuvar etkinliklerinin değerlendirilmesine odaklanılmıştır. Bu değerlendirme fen bilimleri öğretmenlerinin biyoteknolojik bilgi ve farkındalıklarını incelemek için tasarlanmıştır. Araştırmacı tarafından geliştirilen laboratuvar etkinlikleri, yenilikçi öğretim yaklaşımları yoluyla biyoteknoloji öğretimini desteklemenin yanı sıra laboratuvar deneyimlerini de geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu amaçla, fen bilimleri öğretmenleri ile Biyoteknoloji Eğitim Uygulamaları adı altında bir hizmeti-içi eğitim gerçekleştirilmiştir. Eğitim kapsamında öğretmenlerin biyoteknoloji laboratuvarı cihaz-ekipmanları hakkında bilgilendirme ve pratiği, genomik DNA izolasyonu, polimeraz zincir reaksiyonu tekniği, elektroforezin uygulanması ve filogenetik ağaç oluşturmada web tabanlı algoritmaların kullanımı gibi laboratuvar teknik becerilerini içeren beş farklı etkinlik uygulanmıştır. Her bir etkinlik biyoteknolojinin farklı uygulama alanlarındaki gerçek dünya sorunlarına odaklanmaktadır. Etkinliklerin uygulamasında, fen bilimleri öğretmenlerinin konuya ilişkin bilgileri grup içi/sınıf içi tartışmalar yoluyla etkinleştirildikten sonra fen bilimleri öğretmenlerinden yenilikçi öğretim yaklaşımlarını temel alan araştırma tasarımlarını gerçekleştirmeleri istenmiştir. Daha sonra araştırma tasarımına uygun laboratuvar uygulamalarını tamamlayan öğretmenler elde ettikleri sonuçlara ilişkin değerlendirmelerde bulunarak, sonuçlarını sınıf içerisinde diğer gruplar ile paylaşmışlardır. Çalışmada karma araştırma modellerinden biri olan iç-içe (gömülü) desen kullanılmıştır. İç-içe desenin, nicel kısmı deneme öncesi modellerden tek grup ön test- son test modeli, nitel kısmı ise durum çalışması olarak desenlenmiştir. Çalışma grubu belirlenirken amaçlı örnekleme yöntemi kullanılmıştır. Çalışma grubunu, ortaokullarda görev yapmakta olan Fen Bilimleri öğretmenleri (n=17) oluşturmaktadır. Veriler, Biyoteknoloji Farkındalık Anketi, Biyoteknoloji Değerlendirme Soruları, Laboratuvar Öz Değerlendirme Formu, etkinlik çalışma yaprakları ve gözlem notları ile toplanmıştır. Biyoteknoloji Farkındalık Anketi ve Biyoteknoloji Değerlendirme Soruları, biyoteknoloji eğitim uygulamaları öncesinde ve sonrasında ön test-son test olarak uygulanmıştır. Laboratuvar öz değerlendirme formu, öğretmenler tarafından her bir etkinlik tamamlandıktan sonra doldurulmuştur. Etkinlik çalışma yaprakları ise her bir etkinlik için yenilikçi öğretim yaklaşımlarını temel alınarak hazırlanmış ve öğretmenler tarafından etkinlik görevlerini tamamlarken kullanılmıştır. Fen bilimleri öğretmenlerinin laboratuvar teknik becerilerine ilişkin araştırmacı görüşleri, etkinlikler süresince gözlem notları şeklinde alınmıştır. Nicel verilerin analizinde parametrik olmayan test analizleri (Wilcoxon, Mann-Whitney U, Kruskal-Wallis) ve etkinliklerin etki büyüklüğünü belirlemek amacıyla örneklem büyüklüğünden bağımsız olarak kullanılan Cohen's d sayısı hesaplanmıştır. Nitel veriler, içerik analizi ve betimsel analiz ile rubrikler kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, Biyoteknoloji Eğitim Uygulamaları kapsamında uygulanan etkinliklerin, fen bilimleri öğretmenlerinin biyoteknoloji bilgi (p<0.05, Cohen's d> 0.8) ve farkındalıklarında (p<0.05, Cohen's d> 0.5) anlamlı bir farklılık oluşturduğunu göstermektedir. Çalışma yapraklarının değerlendirilmesi sonucunda laboratuvar deneyimleri; hazırbulunuşluk, araştırma tasarımı, laboratuvar uygulaması ve değerlendirme olmak üzere dört kategoride toplanmıştır. Ayrıca etkinliklerinin, fen bilimleri öğretmenlerinin yenilikçi öğretim yaklaşımlarını uygulamasında ve laboratuvar deneyimlerinin geliştirilmesinde etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Fen bilimleri öğretmenleri, her bir etkinliği eğlendirici ve öğretici bulduklarını ve alan bilgilerine yeni katkılar sağladığını belirtmişlerdir. Sonuç olarak, biyoteknoloji konularının öğretiminde yenilikçi öğretim yaklaşımları ile zenginleştirilmiş laboratuvar etkinliklerinin kullanılması faydalı olacaktır. Bu sebeple fen bilimleri öğretmenlerine biyoteknoloji öğretimine yönelik çeşitli hizmet içi eğitim, seminer vb. düzenlenmeli ve hem öğretmenlerin hem öğrencilerin laboratuvar pratikleri geliştirilmelidir. Son olarak, laboratuvara dayalı ve yenilikçi öğrenme yaklaşımlarının entegrasyonuna olanak sağlayan etkinliklerin fen bilimleri öğretmen eğitimi sürecine dahil edilmesi ve ilgili fen bilimleri öğretim programlarında yer verilmesi önerilmektedir. Anahtar kelimeler: Biyoteknoloji, yenilikçi öğretim yaklaşımları, laboratuvar deneyimleri, fen bilimleri öğretmenleri, fen bilimleri eğitimi

Biotechnological developments, such as gene technologies, DNA testing and cloning, exert important effects on society, but they also give rise to many debates on the risks, ethical underpinnings and usefulness of the products underlain by these innovations. Thus, the biotechnological knowledge and awareness of individuals should be cultivated for them to make informed decisions. In the case of science teachers, understanding and applying biotechnology enable them to mould more biotechnology-conscious generations. With consideration for the above-mentioned issues, the current study focused an evaluation of laboratory activities prepared on the basis of innovative teaching approaches (research-inquiry, problem solving, project initiation, argumentation and Web-based interdisciplinary learning approaches). The evaluation was designed to examine the biotechnological knowledge and awareness of science teachers. The laboratory activities developed by the researcher aim to improve the laboratory experiences, as well as support the teaching of biotechnology through innovative teaching approaches. For this purpose, an in-service training course called 'Biotechnology Education Practices' was conducted with the participation of science teachers. Within the context of this training, five different activities were implemented, namely, the development of laboratory technical skills, such as information gathering and practices related to laboratory equipment, genomic DNA isolation, the technique polymerase chain reaction, the implementation of electrophoresis and the use of Web-based algorithms in the construction of phylogenetic trees. Each activity focused on real-world problems that are associated with different areas where biotechnology is applied. In the implementation of the activities, once the science teachers activated their knowledge of the topic through within-group/whole-class discussions, they were asked to produce research designs based on innovative teaching approaches. The teachers who completed their laboratory applications in compliance with their research designs were then instructed to share their results with other groups in the class. This study employed the embedded design, one of the mixed research designs. The quantitative part of the embedded design was designed according to the single group pretest-posttest model and the quantitative part was designed as a case study. In the selection of the study group, the purposive sampling method was used. The study group of the current research is comprised of science teachers (n=17) working in state-administered middle schools. Data were collected by using the Biotechnology Awareness Questionnaire, Biotechnology Assessment Questions, a Laboratory Self-evaluation Form, worksheets and observation notes. The Biotechnology Awareness Questionnaire and the Biotechnology Assessment Questions were used before and after the training as pre-test and post-test. The Laboratory Self-evaluation Form was filled by the teachers after the completion of each activity. Worksheets for each activity were developed on the basis of innovative instructional approaches and were used by the teachers as they completed their tasks. The researcher's observations about the technical laboratory skills of the participants were written as observation notes during the activities. Non-parametric tests (Wilcoxon, Mann-Whitney U, Kruskal-Wallis) were conducted to analyse the quantitative data and determine the effect size of the activities. Cohen's d, which is used as independently of sample size, was calculated. Content analysis and descriptive statistics and rubrics were used to examine the qualitative data. Results showed that the activities conducted within the context of the Biotechnology Training Practices have led to a significant difference in the science teachers' biotechnology knowledge (p<0.05, Cohen's d> 0.8) and awareness (p<0.05, Cohen's d> 0.5). The assessment of the worksheets, enabled the classification of laboratory experiences into four categories: readiness, research design, laboratory application and evaluation. In addition, it was concluded that these activities were found to be effective on the science teachers' applying innovative teaching approaches and the development of their laboratory experiences. The science teachers stated that they found each activity enjoyable and instructive and that these contributed to their subject area knowledge. As a conclusion, it can be argued that the use of laboratory activities reinforced with innovative teaching approaches in the teaching of biotechnology subjects will be highly useful. Accordingly, various seminars, in-service training programmes and other similar initiatives should be organised for science teachers, and the laboratory practices of both teachers and students should be enhanced. Finally, this research strongly suggests incorporating laboratory-based activities for integration of innovative teaching approaches into training programmes for the pre-service science teacher. Keywords: Biotechnology, innovative teaching approaches, laboratory experience, science teachers, science education