Modellemeden FeTeMM'e: Öğretim uygulamalarının fen bilimleri öğretmen adaylarının üst düzey bilimsel düşünme becerilerine ve alternatif yaklaşımlara dayalı bilimin doğası anlayışlarına etkisi
From modelling to stem: The effects of instructional practices on higher order scientific thinking skills and nature of science understandings based on alternative approaches of pre-service science teachers
Yazar: AYŞE BÜBER KILINÇ
Danışman: PROF. DR. GÜL ÜNAL ÇOBAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / İlköğretim Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Aday öğretmenler = Candidate teachers ; Analitik düşünme becerileri = Analytical thinking skills ; Bilimin doğası = Nature of science ; Bilimsel düşünce = Scientific thought ; Bilişsel modelleme = Cognitive modeling ; Eleştirel düşünce = Critical thinking ; FeTeMM = STEM ; Kavramsal model = Conceptual model ; Sosyobilimsel konular = Soscioscientific issues ; Üst düzey düşünme = Higher order thinking

Özet:
Bu araştırmada, günümüzde giderek popülerleşen ve farklı anlayışlar temeline oturtulmaya çalışılan FeTeMM (Fen, Teknoloji, Matematik, Mühendislik) uygulamalarının salt vitrinde görünen "ürün" özelliğiyle değil, kendi özgün teknolojilerini tasarlayıp üretme yolunda matematik ve fen bilgilerini mühendislik bilgisiyle birleştiren bireyler yetiştirmede işin mutfağında yer alan "modelleme" sürecine dikkat çekmek hedeflenmiştir. Araştırmanın amacı, fen/bilim uygulamalarının özünü oluşturan modelleme süreciyle basit ve ucuz malzemelerle etkinlik üreten sınıf ortamlarının insanlığın istek ve ihtiyaçlarını karşılayacak teknolojiyi üreten ve kullanan sınıf ortamlarına nasıl dönüştürülebileceğinin örneği olan 'Modellemeden FeTeMM'e öğretim uygulamalarının' fen bilimleri öğretmen adaylarının üst düzey bilimsel düşünme becerileri ve alternatif yaklaşımlara dayalı bilimin doğası anlayışları üzerindeki etkisini belirlemektir. 
Bu amaç doğrultusunda araştırmada nicel ve nitel veri toplama süreçlerinden oluşan deneysel aşama içerisinde nitel verilerin toplandığı iç içe karma desen kullanılmıştır. 2018-2019 öğretim yılının bahar döneminde 14 hafta boyunca gerçekleştirilen araştırmanın çalışma grubunu Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesinde 3. sınıfta öğrenim görmekte olan 68 fen bilimleri öğretmen adayı oluşturmaktadır. Bölümdeki 3. sınıflardan başarı ortalaması birbirine en yakın üç sınıf belirlenerek, rastgele olarak deney-1, deney-2 ve kontrol grubu olarak atanmıştır. Deney grubu-1'de yer alan öğretmen adaylarına modellemeden FeTeMM'e öğretim uygulamaları, deney grubu-2'de yer alan öğretmen adayları FeTeMM öğretim uygulamaları ve kontrol grubunda yer alan öğretmen adaylarına Fen Bilimleri Öğretmenliği Lisans Programında basit ve ucuz malzeme ile yapımı önerilen araştırma-sorgulamaya dayalı öğrenme etkinlikleri uygulanmıştır. Araştırmada ön test ve son test olarak Üst Düzey Bilimsel Düşünme Becerileri Testi (ÜDBDBT) ve Alternatif Yaklaşımlara Dayalı Bilimin Doğası Açık Uçlu Soruları (AYDBDAUS) kullanılırken, süreç içerisinde deney gruplarıyla yarı yapılandırılmış odak grup görüşmeleri gerçekleştirilmiştir. Öğretmen adaylarının ÜDBDBT'ne verdikleri yanıtlar analitik dereceli puanlama anahtarıyla, AYDBDAUS'a verdikleri yanıtlar ise holistik dereceli puanlama anahtarıyla değerlendirildikten sonra sayısallaştırılan veriler bilgisayar ortamına aktarılmış ve istatistik programları kullanılarak analiz edilmiştir. Aynı zamanda öğretmen adaylarının AYDBDAUS'a verdikleri yanıtlar ve deney grupları ile süreç içerisinde gerçekleştirilen odak grup görüşmelerinden elde edilen veriler içerik analizi tekniklerinden kategorisel analiz ile analiz edilmiştir. 
Araştırmadan elde edilen sonuçlara göre gerçekleştirilen deneysel uygulamaları deney gruplarında yer alan öğretmen adaylarının üst düzey bilimsel düşünme becerilerini geliştirmiştir ve modellemeden FeTeMM'e öğretim uygulamalarının yapıldığı deney grubu-1'de yer alan öğretmen adaylarının karar verme, problem çözme, bilimsel süreç ve üstbilişsel beceriler açısından deney grubu-2'ye kıyasla anlamlı şekilde farklılık göstermiştir. Öğretmen adaylarının alternatif yaklaşımlara dayalı bilimin doğası anlayışları karşılaştırıldığında ise tüm gruplarda gerçekleştirilen uygulamaların öğretmen adaylarının alternatif yaklaşımlara dayalı bilimin doğası anlayışlarını geliştirmede olumlu bir etkiye sahip olduğunu ancak Modellemeden FeTeMM'e Öğretim Uygulamalarına katılan öğretmen adaylarının diğer uygulamalara katılan öğretmen adaylarına kıyasla puanlarının anlamlı olarak farklılaştığı bulunmuştur. Yarı yapılandırılmış odak grup görüşmelerinin sonucunda deney gruplarında yer alan öğretmen adayları gerçekleştirilen etkinliklerin kendilerini özgün fikir arayışı, problem çözme, ayrıntılı düşünme, teorik bilgi çalışma vb. konularda olumlu etkilediğini, bilimin sosyal-kurumsal yönleri hakkında farkındalıklarını arttırdığını, modelleme uygulamalarının prototip geliştirme sürecini kolaylaştırdığını belirtmişlerdir. Elde edilen sonuçlar alan yazında yer alan benzer çalışmalar ile karşılaştırılmış ve öğretim sürecine, öğretmen mesleki gelişimlerine ve ileride yapılacak çalışmalara yönelik öneriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Modelleme, FeTeMM, düşünme becerileri, bilimin doğası

Abstract:
In this research, it is aimed to draw attention to STEM (Science, Technology, Mathematics, Engineering) practices which are increasingly popular nowadays and based on different insights not only as "product" feature that appears only in showcase but also to the "modeling" process which is at the center of the STEM practices to train individuals who combine mathematics and science knowledge with engineering knowledge in designing and producing their own unique technologies. From modeling to STEM instructional practices demonstrate how classroom environments that produce activities using simple and inexpensive materials can be transformed into classroom environments that use and produce technology that meets the demands and needs of humanity through the modeling process that is at the heart of science applications. Therefore, the aim of this research is to examine the effects of 'from modeling to STEM instructional practices' on higher-order scientific thinking skills and nature of science understandings based on alternative approaches of pre-service science teachers. 
This research used embedded mixed design in which qualitative data was collected within a quasi-experimental design consisting of quantitative and qualitative data collection processes. The study group of the study, which was conducted for 14 weeks in the spring semester of 2018-2019 academic year, consists of 68 pre-service science teachers (PSSTs) in the 3rd year at Dokuz Eylul University, Buca Faculty of Education. Three different classes of PSSTs were assigned to different groups: experimental group-1 (EG-1: modeling-based STEM education), experimental group-2 (EG-2: STEM education) and control group (CG: curriculum practices) randomly. Higher-order scientific thinking skills test and nature of science understandings based on alternative approaches open-ended questions were used as pre- and post-tests and semi-structured focus group discussions were conducted with experimental groups three times in the research process. After the responses of the PSSTs to the thinking skill test were evaluated by using analytical rubric and the answers to nature of science understandings open-ended questions with the holistic rubric, the data were transferred to the computer environment and analyzed using statistical programs. At the same time, the responses of the teacher candidates to nature of science understanding questionnaire and the data obtained from the semi-structured focus group interviews conducted with one group of each experimental groups after every activity were analyzed with categorical analysis, one of the content analysis techniques. 
The results obtained from the research show that the pre-service teachers in the experimental groups developed their higher-order scientific thinking skills and the pre-service teachers in the experimental group-1 in which they performed from modeling to STEM instructional practices significantly differed from experimental group-2 in terms of decision-making, problem solving, scientific process and metacognitive skills. When the pre-service teachers nature of science' understandings based on alternative approaches were compared, it was found that the practices implemented in all groups had a positive effect on the pre-service teachers' the nature of science understandings based on alternative approaches however the experimental group-1's differed significantly compared to the pre-service teachers who participated in other practices. As a result of the semi-structured focus group interviews, the pre-service teachers in the experimental groups stated that the activities carried out positively affected them in the research for original ideas, problem solving, detailed thinking, theoretical knowledge, increased their awareness of the social-institutional aspects of science, and stated modeling practices facilitated the development process of prototypes. Finally, the obtained results were compared with previous studies in the literature and implications about the instruction process, teacher professional development and future studies were presented.

Keywords: Modeling, STEM, thinking skills, nature of science