Beşinci sınıf fen bilimleri dersi ünitelerinin bütünleşik STEM eğitimi yaklaşımı ile tasarlanması, uygulanması ve değerlendirilmesi

Abstract

Günümüz dünyasında insanoğlunun yüzleşmek zorunda kaldığı sorunlar giderek karmaşık hale gelmiştir. Bu karmaşık sorunların çözülebilmesi disiplinler arası bilgi ve becerilerin yanı sıra 21.yüzyıl becerilerine de sahip bireyler gerektirmektedir. Bu becerilere sahip bireyleri yetiştirmek için STEM eğitiminin çözüm olabileceği düşünülmektedir. Bu doğrultuda ülkemizde 2018 yılından itibaren uygulanmaya başlayan fen bilimleri dersi öğretim programına mühendislik uygulamaları dahil edilmiş olmasına rağmen öğretmenlerin bu uygulamaları nasıl gerçekleştirebileceklerine ilişkin yetkinlikleri sınırlıdır. Bu doğrultuda araştırmanın problem cümlesi “Ortaokul beşinci sınıf fen bilimleri dersi üniteleri bütünleşik STEM eğitimi yaklaşımıyla nasıl tasarlanır, uygulanır ve değerlendirilir?” olarak belirlenmiştir. Tasarım tabanlı araştırma yöntemiyle desenlenen bu çalışma, nitel ve nicel yöntemlerin kullanılarak mevcut fen bilimleri dersi ünitelerinin bütünleşik STEM eğitimi yaklaşımıyla tasarlanması, uygulanması ve değerlendirilmesine ilişkin tasarım ilkelerini belirlemeyi amaçlamaktadır. Aynı zamanda bu ilkeler doğrultusunda geliştirilen öğrenme modüllerinin öğrencilerin öğrenme deneyimlerini, eleştirel düşünme beceri düzeylerini, bilimsel sorgulama hakkındaki görüşlerini ve STEM mesleklerine olan ilgilerini nasıl etkilediğini ortaya çıkarmayı hedeflemiştir. Araştırma 2018- 2019 eğitim öğretim yılında Antalya ilinde bir devlet ortaokulunda öğrenimlerini sürdüren 22 beşinci sınıf öğrencisiyle yürütülmüştür. Araştırma, öğrenme modüllerinin geliştirilmesi için yol gösterici olacak bütünleşik STEM eğitimi tasarım ilkelerinin belirlenmesi amacıyla alanyazın taraması yapılarak uzman görüşlerinin alındığı hazırlık aşaması, hazırlık aşamasında geliştirilen öğrenme modüllerinin uygulanmasını kapsayan prototip oluşturma aşaması ve tüm sürecin bütüncül bir yaklaşımla değerlendirilmesini kapsayan değerlendirme ve yansıtma aşaması olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Araştırmacının aynı zamanda uygulayıcı olduğu bu çalışmada nitel veriler öğrenci yansımaları, yarı yapılandırılmış görüşmeler, alan notları, bilimsel sorgulamaya yönelik görüş anketi ve araştırmacı tarafından geliştirilen mühendislik tasarım süreci değerlendirme rubriği ile toplanmıştır. Elde edilen nitel verilerin analizi, betimsel analiz ile eşzamanlı yürütülen içerik analizi yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın nicel verilerinin toplanması araştırmacı tarafından fen bilimleri dersi içeriği kullanılarak geliştirilen iki aşamalı çoktan seçmeli eleştirel düşünme becerileri başarı testleri, STEM mesleklerine yönelik ilgi ölçeği ile gerçekleştirilmiştir. Nicel verilerin analizinde Wilcoxon işaretli sıralar testi uygulanmıştır. Elde edilen bulgular bütünleşik STEM eğitimi yaklaşımı ile tasarlanan modüller ile uygulanan derslerin, öğrencilerin içerik bilgisini ve eleştirel düşünme becerilerini arttırdığı, bilimsel sorgulamaya ilişkin görüşlerini ve öğrencilerin STEM mesleklerine ilişkin ilgilerini pozitif yönde etkilediğini göstermiştir. Bununla birlikte çalışmada bütünleşik STEM eğitimi yaklaşımıyla ilgili olarak geliştirilen tasarım ilkelerinin ve çerçevesinin mevcut fen bilimleri dersi ünitelerinin bütünleşik STEM ünitelerine dönüştürmede etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

In today's world, the problems that human beings have to face have become increasingly complex. Solving these complex problems requires individuals with 21st-century skills, besides their interdisciplinary knowledge and skills. To educate individuals with these skills, STEM education is thought to be a remedy. Accordingly, although engineering applications are included in the science curriculum, which has been implemented since 2018 in Turkey, the teachers' competency are limited in terms of how to apply science and engineering applications. Thus, the problem statement of the research is determined as "How are the secondary school fifth-grade science course units designed, implemented and evaluated with integrated STEM education approach and what are the design principles for the process?" This study that was designed with a design-based research method, aims to determine the design principles regarding the design, implementation and evaluation of existing science course units with an integrated STEM education approach using qualitative and quantitative methods. It also aims to reveal how learning modules are developed in line with these principles affect students' learning experiences, critical thinking skills, their views on scientific inquiry and their interest in STEM professions. The research was carried out with 22 fifth grade students who continued their education in a public secondary school in the province of Antalya in the 2018- 2019 academic year. The study consists of three parts which are the preliminary research phase including the development of research learning modules based on the literature review in order to determine the design principles of integrated STEM education, the prototyping phase including the implementation of learning modules developed in preliminary phase and the assessment/reflective phase including the evaluation of the whole process with an integrated approach. In this study, in which the researcher is also a practitioner, qualitative data were carried out by students’ reflections, semi-structured interviews, field notes, the questionnaire for scientific inquiry, and the analysis of the data obtained from the engineering design process evaluation rubric developed by the researcher. The analysis of obtained qualitative data was carried out with the descriptive analysis and content analysis methods simultaneuosly. Quantitative data were collected using two-tier multiple-choice critical thinking skills tests based on the content of science course developed by the researcher and the scale of interest in STEM career was usesd. Analysis of obtained quantitative data was carried out with Wilcoxson signed-rank test. The findings indicated that the lessons applied with the modules designed with an integrated STEM education approach increased the students' content knowledge and critical thinking skills, positively affected their views on scientific inquiry, and their STEM career interest. Additionally, in this study, it was concluded that the design principles and framework developed in relation to the integrated STEM education approach are useful in converting existing science course units into integrated STEM units.