STEM eğitimi kapsamında astronomi etkinliklerinin geliştirilmesi ve değerlendirilmesi

Abstract

STEM eğitiminin temel hedefi, sürdürülebilir ekonomik kalkınmanın desteklenmesi için bireylere 21. yüzyılın gereksinimleri doğrultusunda bilgi ve beceri kazandırmaktır. STEM alanlarında nitelikli iş gücünü oluşturma potansiyeline sahip olan özel yetenekli bireylerin eğitimi, ekonomik kalkınmanın desteklenmesi adına oldukça önemlidir. Ayrıca, STEM eğitiminin sürdürülebilir şekilde gerçekleştirilmesinde öğretmenlerin eğitimi kritik bir role sahiptir. Mevcut araştırma, özel yetenekli bireylerin ve öğretmen adaylarının eğitimi bağlamında astronomiye yönelik STEM eğitimi etkinliklerinin geliştirilmesini ve değerlendirilmesini konu almaktadır. Bu bağlamda araştırmada Bilim ve Sanat Merkezi öğrencilerinin ve Fen Bilgisi Öğretmen adaylarının katılımıyla gerçekleştirilen astronomi temelli STEM eğitiminin katılımcı (astronomi bilgi, STEM tutum, STEM ilgi, STEM yaklaşımı, STEM eğitiminin niteliklerini yansıtma) ve etkinlik (etkinliklerin STEM eğitimine uygunluğu ve ürünlerin nitelikleri) boyutlarında bütünsel ve çok boyutlu olarak değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Araştırmada nitel ve nicel yaklaşımların birlikte yer aldığı karma yöntem desenlerinden gömülü desen kullanılmıştır. Nicel aşamada, iki farklı çalışma grubu üzerinde uygulanan deneysel bir işlemin, çalışma grupları üzerinde oluşturduğu etkiyi belirlemek amacıyla ön test, son test ve kalıcılık testlerinin yer aldığı zayıf deneysel desen modelinden yararlanılmıştır. Araştırmanın nitel aşamasında ise durum çalışması kullanılmıştır. Araştırmanın çalışma grubunu, kolay ulaşılabilir örnekleme yöntemi ile seçilen 2016-2017 eğitim-öğretim yılında Türkiye'nin batısında bir eğitim fakültesinde öğrenim görmekte olan 67 Fen Bilgisi Öğretmenliği 3. sınıf öğrencisi ve bir Bilim ve Sanat Merkezine (BİLSEM) devam eden 23 özel yetenekli ortaokul öğrencisi oluşturmaktadır. Astronomi başarı testi, STEM tutum ölçeği ve STEM semantik ölçeği ön test, son test ve kalıcılık testi olarak çalışma gruplarına uygulanmıştır. Bu ölçme araçları katılımcıların astronomi başarı, STEM tutum ve STEM ilgi düzeylerini belirlemek amacıyla kullanılmıştır. STEM eğitimi etkinliklerinin katılımcı gruplarının STEM yaklaşımlarına etkisini belirlemek amacıyla ise uygulama öncesine ve sonrasında katılımcı gruplarından seçilen toplam 12 öğrenci (6 Bilim ve Sanat Merkezi öğrencisi ve 6 Fen Bilgisi Öğretmen adayı) ile yarı yapılandırılmış görüşmeler gerçekleştirilmiştir. Etkinliklerde katılımcıların STEM eğitiminin niteliklerini nasıl yansıttıklarını doğrudan ve derinlemesine inceleyebilmek için ise araştırmacı gözlemlerinden yararlanılmıştır. Etkinliklerin STEM eğitiminin doğasına uygunluğunun değerlendirilmesi amacıyla araştırmacı tarafından geliştirilen etkinlik değerlendirme formu kullanılmıştır. Son olarak, STEM eğitiminin ürün odaklı yapısına uygun şekilde katılımcı ürünlerini değerlendirmek amacıyla araştırmacı tarafından geliştirilen özgün ürün değerlendirme formlarından faydalanılmıştır. Araştırmadan elde edilen nicel verilerin grup içi karşılaştırmalarında Friedman testi ve Wilcoxon işaret sıralaması testi, gruplar arası karşılaştırmalarında ise Mann-Whitney U testinden yararlanılmıştır. Araştırmadan elde edilen nitel verilerin analizi için ise betimsel analiz tekniği kullanılmıştır.Araştırma sonuçları, STEM eğitimi kapsamında geliştirilen astronomi etkinliklerinin Bilim ve Sanat Merkezi öğrencilerinin ve Fen Bilgisi Öğretmen adaylarının astronomi bilgilerini, STEM alanlarına yönelik tutumlarını ve ilgilerini desteklediği ve bu bilgi, tutum ve ilgilerin kalıcılığına katkı sağladığını göstermiştir. Ayrıca uygulanan etkinliklerin katılımcı gruplarının STEM yaklaşımlarının gelişmesini ve/veya değişmesini desteklediği, uygulama sürecinde ise katılımcıların STEM eğitimi programlarında bulunması gereken ve bilimsel sorgulamanın temelini oluşturan fen ve mühendislik uygulamalarını tekrarlı olarak yansıttıkları sonuçlarına ulaşılmıştır. Buna ek olarak geliştirilen astronomi etkinliklerinin STEM eğitiminin doğasını yansıtan etkinlikler olduğu ve katılımcı gruplarının tasarladıkları ürünlerin çoğunlukla bilimsel bilgi temelinde üretilen STEM ürünleri oldukları sonuçları araştırmanın diğer sonuçlarıdır. Gruplar arası karşılaştırmalardan elde edilen sonuçlar, astronomiye yönelik ön test başarı karşılaştırması dışındaki tüm ön test, son test ve kalıcılık testi karşılaştırmalarında Bilim ve Sanat Merkezi öğrencilerinin daha yüksek düzeyde astronomi başarısına, STEM alanlarına yönelik tutuma ve STEM alanlarına yönelik ilgiye sahip olduklarını göstermiştir. Ayrıca, iki çalışma grubunun STEM yaklaşımlarının özellikle uygulama sonrasında benzer olduğu ve bu yaklaşımların STEM'in doğasına daha yakın olduğu sonucuna ulaşılmıştır. İki çalışma grubunun tasarımları için özellikle ürüne özgü temel niteliklerin değerlendirildiği betimleme teması bağlamında, Bilim ve Sanat Merkezi öğrencilerinin ürünlerinin Fen Bilgisi Öğretmen adaylarının ürünlerinden daha nitelikli olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, uygulama sürecinde Bilim ve Sanat Merkezi öğrencilerinin Fen Bilgisi Öğretmen adaylarından daha yüksek performans gösterdiklerini ortaya koymuştur. Bu araştırma sonuçları temelinde STEM eğitiminin Türkiye'de uygulanabilirliğine ilişkin önerilerde bulunulmuştur.

The major aim of STEM education is to upskill individuals with knowledge and skills in accordance with 21st century needs in order for supporting sustainable economic development. In regards, education of gifted individuals as potential qualified workforces in STEM fields is considerably important. Additionally, teacher education is also crucial to sustain STEM education. This study concerns developing and evaluating STEM education activities in astronomy within the concept of gifted students' and pre-service teachers' education. Therefore, it is aimed to holistically and multidimensionally evaluate participatory (astronomy knowledge, STEM attitude, STEM interest, STEM approach, reflection of STEM education qualities) and activity (appropriateness of activities for STEM education and qualities of artifacts) dimensions of astronomy based STEM education conducted with Science and Art Center students and Pre-Service Science Teachers' involvement.The study was conducted through embedded/ design of mixed method designs in which qualitative and quantitative approaches are joint. In the quantitative part of the study, pre-experimental design including pre test, post test, and retention test was applied to determine effects of an experimental procedure on study groups. In the qualitative part of the study, case study was conducted. The study group was formed through convenience sampling method and consisted of 67 junior year Pre-Service Science Teachers studying in a Faculty of Education and 23 gifted middle school students attending a Science and Art Center (SAC) in West of Turkey in 2016-2017 academic year. Astronomy achievement test, STEM attitude scale, and STEM semantic scale were implemented to study groups as pre-test, post-test, and retention test to determine astronomy knowledge, STEM attitude, and STEM interest levels of participants respectively. In order to evaluate effects of STEM education activities on study groups' STEM approaches, pre and post semi-structured interviews were performed with 12 students selected from study groups (6 Science and Art Center students and 6 Pre-Service Science Teachers). Additionally, the researcher's observations were benefited to directly and profoundly examine how participants reflect qualities of STEM education in activities. Activity evaluation and authentic artifact evaluation forms developed by the researcher were utilized in order for evaluating appropriateness of activities to the nature of STEM education and participants' artifacts regarding artifact-based structure of STEM education. In the analysis of quantitative data, Friedman test, Wilcoxon signed rank test, and Mann-Whitney U test were applied in and between groups comparisons. In the analysis of qualitative data, descriptive analysis was performed.The results indicated that astronomy activities developed within the context of STEM education supported astronomy knowledge, attitudes and interest towards STEM fields, and contributed the retention of these knowledge, attitude and interests of participants. Additionally, it was found that activities supported to development and/or changing of participants' STEM approaches and that participants repeatedly reflected science and engineering practices during the implementation which are needed to be in STEM education curriculum and are basis of scientific inquiry. As additional results of the study, developed astronomy activities were appropriate for the nature of STEM education and the artifacts of participants were mostly STEM artifacts designed through scientific knowledge context. According to the results of between groups comparisons, it was found that Science and Art Center students had higher scores in pre tests, post tests and retention tests in terms of astronomy achievement, attitudes and interests towards STEM fields only apart from pre-test scores of astronomy achievement test. Both groups had similar STEM approaches especially at the end of the implementation and these approaches were more approximate to the nature of STEM. Regarding the evaluation of artifacts, Science and Art Center students' artifacts were found to be more qualified in the context of description theme. These results indicated that Science and Art Center students demonstrated higher performance than Pre-Service Science Teachers during implementation process. The recommendations about practicability of STEM education in Turkey were presented in the light of all research results.