Eğitsel robotik uygulamalar ve tasarım odaklı düşünme etkinliklerinin ortaokul 7. sınıf öğrencilerinin bilişsel esneklik, bilimsel süreç becerileri ve STEM tutumlarına etkisi
The effects of educational robotic applications and design  thinking activities on cognitive flexibility, scientific process skills and STEM attitudes of 7th grade secondary school students
Yazar: MEHMET KOCA
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TÜRKOĞLU ; PROF. DR. MUSTAFA KAHYAOĞLU
Fırat Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Bilişsel esneklik = Cognitive flexibility ; Bilişsel süreç = Cognitive processes ; Eğitsel robot = Educational robot ; FeTeMM = STEM ; Ortaokul öğrencileri = Secondary school students ; Tasarım odaklı düşünme = Design thinking ; Tutum ölçekleri = Attitude scales ; Tutumlar = Attitudes ; Ölçekler = Scales ; Öğrenci tutumu = Student attitude

Özet:
Bu çalışmanın amacı; eğitsel robotik uygulamalar ile tasarım odaklı düşünme etkinliklerinin ortaokul 7. sınıf öğrencilerinin bilişsel esneklik, bilimsel süreç becerileri ve STEM tutumlarına etkisini incelemektir. 
Araştırma kapsamında nitel ve nicel araştırma yöntemlerinin bir arada kullanıldığı karma araştırma yöntemi esas alınmıştır. Araştırmanın nicel boyutunda deneysel modellerden ön test- son test kontrol gruplu yarı deneysel desen kullanılmıştır. Araştırmanın nitel boyutu ise durum çalışması olarak desenlenmiştir. Araştırma 2021– 2022 eğitim öğretim yılında Malatya ili Battalgazi ilçesinde bulanan iki farklı ortaokulun 7. sınıf öğrencileri ile gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın nicel boyutuna ilişkin örneklem grubu uygun örnekleme yöntemine göre belirlenmiş 134 öğrenciden, nitel boyutuna ilişkin çalışma grubu ise ölçüt örnekleme yöntemine göre belirlenmiş 36 öğrenciden oluşmaktadır. Uygulamalar; biri kontrol grubu, ikisi deney grubu olmak üzere üç farklı grupla yaklaşık iki aylık sürede yürütülmüştür. Araştırma kapsamında; 7. sınıf fen bilimleri dersi kuvvet ve enerji ünitesinin öğretimi deney 1 grubuna eğitsel robotik uygulamalar, deney 2 grubuna tasarım odaklı düşünme etkinlikleri ve kontrol grubuna ise resmi programda belirtilen yöntem ve teknikler uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın nicel verileri bilişsel esneklik, bilimsel süreç becerileri ve STEM tutum ölçeği ile toplanırken nitel verileri yarı yapılandırılmış görüşme formu ve kelime ilişkilendirme testi ile toplanmıştır. Araştırmanın nicel boyutuna ilişkin toplanan verilerin analizinde SPSS 22 adlı istatistik programından yararlanılarak bağımlı (ilişkili) gruplar t-testi, tek yönlü kovaryans analizi (ANCOVA) ve çok değişkenli varyans analizi (MANOVA) kullanılmıştır. Araştırmanın nitel boyutuna ilişkin toplanan verilerin analizinde içerik analiz yöntemi ve kesme noktası tekniğiyle oluşturulmuş kavram ağları kullanılmıştır.
Araştırma sonucunda; eğitsel robotik uygulamaların bilişsel esneklik, bilimsel süreç becerileri ve STEM tutumlarını geliştirmede etkili olduğu, öğrencilerin kuvvet ve enerji konusunda bilişsel yapılarının zenginleştiği ve olumlu bir kavramsal değişim yaşadığı görülmüştür. Bu durumun görüşmelerle elde edilen nitel bulgularla desteklendiği; öğrencilerin büyük bir kısmı etkinlikleri beğendiklerini, uygulamaları günlük yaşamla ilişkilendirdiğini, derslerin eğlenceli geçtiğini, iş birlikçi gruplar halinde çalıştıklarını ve ilerde derslerinde robotik eğitim setlerinin kullanılmasını istediklerini belirtmiştir. Ayrıca öğrencilerin bazıları da çalışmaların başlangıcında uygulamaları karışık bulduğunu, kodlama kısmında zorlandıklarını ve grup içi tartışmaların yaşandığını ifade etmiştir. Tasarım odaklı düşünme etkinliklerine katılan öğrencilerin bilişsel esneklik ön test-son test puan ortalamaları arasında istatistiksel ve pratikte anlamlı bir farklılık bulunmamasına rağmen diğer tüm değişkenlerde olumlu etkisine ulaşılmıştır. Bu durumun görüşmelerle elde edilen nitel bulgularla desteklendiği; öğrenciler el becerilerinin geliştiğini, eğlenerek öğrendiklerini, empati kurduklarını, öz güven kazandıklarını, etkinliklerden fayda sağladıklarını ve ilerde derslerde tasarım odaklı düşünme etkinliklerinin devam etmesini istediklerini belirtmiştir. Ayrıca bazı öğrenciler prototip oluşturma aşamasında zorlandıklarını ve grup içi uyumsuzluk yaşadıklarını ifade etmiştir. 
Sonuç olarak her iki uygulama öğrenciler üzerinde benzer etkileri göstermesine rağmen eğitsel robotik uygulamaların bilişsel esneklik becerilerini arttırması ve diğer uygulamalara göre bilimsel süreç becerilerine katkısının anlamlı derecede yüksek olması bakımından daha etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Tüm bu sonuçlardan yola çıkarak her iki uygulamanın da tanıtılması, öğretilmesi, yaygınlaştırılması ve öğretim programları yapılırken bu tür çalışmaların dikkate alınması önerilerinde bulunulmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to examine the effects of educational robotic applications and design thinking activities on the cognitive flexibility, scientific process skills and STEM attitudes of 7th grade secondary school students.
Within the scope of the research, the mixed research method in which qualitative and quantitative research methods are used together was taken as basis. In the quantitative dimension of the study, a quasi-experimental design with pretest-posttest control group, which is one of the experimental models, was used. The qualitative dimension of the research was designed as a case study. The research was carried out with 7th grade students of two different secondary schools in the Battalgazi district of Malatya province in the 2021-2022 academic year. The sample group for the quantitative dimension of the research consists of 134 students determined according to the convenience sampling method, and the study group for the qualitative dimension consists of 36 students determined according to the criterion sampling method. The study was carried out with three different groups, one control group and two experimental groups, in a period of approximately two months. In the scope of the research; The teaching of the force energy unit of the 7th grade science course was carried out by applying educational robotic applications to the experimental 1 group, design thinking activities to the experimental 2 group, and the methods and techniques specified in the official program to the control group. While the quantitative data of the study were collected with cognitive flexibility, scientific process skills and STEM attitude scale, the qualitative data were collected with semi-structured interview form and word association test. The dependent (related) groups t-test, one-way analysis of covariance (ANCOVA) and multivariate analysis of variance (MANOVA) included in the statistical program SPSS 22 were used to analyze the collected data regarding the quantitative dimension of the study. In the analysis of the data collected regarding the qualitative dimension of the research, the content analysis method  and concept networks created with the cut off technique were used.
As a result of the research; It has been seen that educational robotic applications are effective in developing cognitive flexibility, scientific process skills and STEM attitudes, and it has been observed that students' cognitive structures about strength and energy have been enriched and they have experienced a positive conceptual change. This situation was supported by qualitative findings obtained through interviews. Most of the students stated that they liked the activities, they related the applications with daily life, the lessons were fun, they worked in collaborative groups, and they wanted robotics training sets to be used in their lessons in the future. In addition, some of the students stated that they found the applications confusing at the beginning of the studies, they had difficulties in the coding part and there were in-group discussions. Although there was no statistically and practically significant difference between the cognitive flexibility pre-test-post-test mean scores of the students participating in the design thinking activities, it had a positive effect on all other variables. This situation was supported by qualitative findings obtained through interviews. The students stated that their manual skills improved, they learned by having fun, they empathized, gained self-confidence, benefited from the activities, and they wanted the design thinking activities to continue in the future lessons. In addition, some students stated that they had difficulties in the prototyping phase and experienced incompatibility within the group. 
As a result, although both applications have similar effects on students, it has been concluded that educational robotic applications are more effective in terms of increasing cognitive flexibility skills and significantly higher contribution to scientific process skills than other applications. Based on all these results, suggestions were made to introduce, teach, and disseminate both applications and to take such studies into consideration while curricula are being prepared.