Fen eğitiminde matematiksel modelleme etkinliklerinin geliştirilmesi ve fen bilgisi öğretmenlerinin ve öğretmen adaylarının matematiksel modelleme yeterliklerinin incelenmesi

Abstract

Fen eğitiminde matematiksel modelleme (MM) üzerine yapılan bu çalışmanın üç temel amacıvardır. Bu amaçlardan ilki fen eğitimi için matematiksel modelleme etkinlikleri(MME)geliştirmek, ikincisi fen bilgisi öğretmenlerinin (FBÖ) ve öğretmen adaylarının (FBÖA)matematiksel modelleme yeterliklerini(MMY) incelemek, üçüncüsü ise MM'yi deneyimleyenFBÖ ve FBÖA'nın MM'ye yönelik görüşlerini elde etmektir. İlk amaç doğrultusunda dörtakademisyen ve on iki FBÖA ile ikinci amaç doğrultusunda dört FBÖA ve sekiz FBÖ ileüçüncü amaç doğrultusunda dokuz FBÖ ve FBÖA ile nitel bir araştırma yürütülmüştür.Araştırmada tasarım tabanlı araştırma, durum çalışması ve olgu bilim desenleri kullanılmıştır.Doküman inceleme, görüşme ve gözlem teknikleri ile araştırmanın verileri elde edilmiştir. İkifizik, iki kimya ve iki biyoloji konusu üzerine tasarlanan altı video tabanlı MME, modeloluşturma prensiplerine (Lesh vd.,2000) uygunluk açısından Erbaş vd. (2013)' nin MMproblemi değerlendirme ölçütleri kullanılarak betimsel analize tabi tutulmuştur. MMY'nibelirlemek için Borromeo Ferri (2006)'nin MMY doğrultusunda Çakmak (2018)'ın revize ettiğialt yeterlikler gözetilerek betimsel analiz uygulanmıştır. MM'ye yönelik görüşleri elde etmekiçin ise içerik analizinden faydalanılmıştır. Elde edilen verilerin analizi sonucunda geliştirilenMME'nin altısının da 5 prensibe tamamen, 1 prensibe ise kısmen uygun olduğu tespit edilmiştir.MMY incelendiğinde ise süreç içerisinde katılımcıların MMY'nin geliştiği, en başarılı olduklarıMMY'nin anlama, en başarısız oldukları MMY'nin ise basitleştirme ve yapılandırma olduğugörülmüştür. Literatürün aksine matematiksel sonuçlardan gerçek sonuçlara ulaşmakta sorunyaşanmadığı tespit edilmiştir. Yeni mezun FBÖ ve deneyimli FBÖ'nin MMY eşit düzeyde iken,FBÖA'nın MMY'nin daha az olduğu görülmektedir. Süreçte en az biyoloji ve kimya, en çokfizik konularında yeterlik sergilenmiştir. Görüşmeler sonucunda, uygulama öncesi katılımcılarınMM bilgisine sahip olmadıkları, sonrasında ise MM'ye yönelik algılarının geliştiği ortayaçıkmıştır. Fene yönelik MM çalışmalarının artırılması, asgari lisans düzeyinde MM derslerininverilmesi ve hizmet içi eğitimlerle MM uygulamalarını deneyimlendirme çalışmalarınınyapılması önerilmektedir.

This study on the use of mathematical modeling (MM) in science education has three mainaims. The first of these aims is to develop mathematical modeling activities (MMA) for use inscience education, the second is to examine the mathematical modeling competencies (MMCs)of pre-service science teachers and teachers, and the third is to obtain the views of pre-servicescience teachers and teachers who have experienced MM. A qualitative research was conductedwith 4 academicians and 12 science teacher candidates in line with the first purpose, with 12science teacher candidates and teachers in line with the second purpose, and with 9 scienceteacher candidates and teachers in line with the third purpose. In the research, design-basedresearch, case study and phenomenology patterns were used. The data of the research wereobtained by document analysis methods, interview and observation techniques. 6 video-basedMMAs designed on 2 physics, 2 chemistry, and 2 biology topics were analyzed with descriptiveanalysis by means of Erbaş et al. (2013)'s evaluation criteria in accordance of principles ofModel Eliciting Activity (MEA) (Lesh et al.,2000). In order to determine MMCs, descriptiveanalysis was used by considering the competencies of Borromeo Ferri (2006) and subcompetencies revised by Çakmak (2018). Content analysis was used to obtain views on MM. Asa result of the analysis of the data obtained, it was determined that all six of the MMAs werefully compatible with 5 principles and partially compatible with 1 principle. As a result ofMMCs' examination, MMCs develop in the process, the most successful competence isunderstanding, and the most unsuccessful competence is simplification and structuring.Contrary to the literature, it has been determined that there is no problem in reaching real resultsfrom mathematical results. While it is seen that newly graduated science teachers andexperienced science teachers have an equal level of MMC, it is seen that science teachercandidates have less MMC. In the process, MMCs were performed in biology and chemistry atleast, and in physics at most. As a result of the interviews, it is concluded that the participantsdid not have MM knowledge before the application, and then their perceptions about MM wereformed. It is recommended to increase MEAs studies for science, to give MM courses atminimum undergraduate level.