Fen eğitiminde matematiksel modelleme etkinliklerinin geliştirilmesi ve fen bilgisi öğretmenlerinin ve öğretmen adaylarının matematiksel modelleme yeterliklerinin incelenmesi
Developing mathematical modeling activities in science education and investigating mathematical modeling competencies of science teachers and teacher candidates
Yazar: ADEM KENAN
Danışman: PROF. DR. RECEP POLAT
Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Aday öğretmenler = Candidate teachers ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling

Özet:
Fen eğitiminde matematiksel modelleme (MM) üzerine yapılan bu çalışmanın üç temel amacı
vardır. 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 deneyimleyen
FBÖ ve FBÖA'nın MM'ye yönelik görüşlerini elde etmektir. İlk amaç doğrultusunda dört
akademisyen ve on iki FBÖA ile ikinci amaç doğrultusunda dört FBÖA ve sekiz FBÖ ile
üçüncü 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. İki
fizik, iki kimya ve iki biyoloji konusu üzerine tasarlanan altı video tabanlı MME, model
oluşturma prensiplerine (Lesh vd.,2000) uygunluk açısından Erbaş vd. (2013)' nin MM
problemi değerlendirme ölçütleri kullanılarak betimsel analize tabi tutulmuştur. MMY'ni
belirlemek için Borromeo Ferri (2006)'nin MMY doğrultusunda Çakmak (2018)'ın revize ettiği
alt yeterlikler gözetilerek betimsel analiz uygulanmıştır. MM'ye yönelik görüşleri elde etmek
için ise içerik analizinden faydalanılmıştır. Elde edilen verilerin analizi sonucunda geliştirilen
MME'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 oldukları
MMY'nin anlama, en başarısız oldukları MMY'nin ise basitleştirme ve yapılandırma olduğu
görülmüştür. Literatürün aksine matematiksel sonuçlardan gerçek sonuçlara ulaşmakta sorun
yaşanmadığı 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 çok
fizik konularında yeterlik sergilenmiştir. Görüşmeler sonucunda, uygulama öncesi katılımcıların
MM bilgisine sahip olmadıkları, sonrasında ise MM'ye yönelik algılarının geliştiği ortaya
çıkmıştır. Fene yönelik MM çalışmalarının artırılması, asgari lisans düzeyinde MM derslerinin
verilmesi ve hizmet içi eğitimlerle MM uygulamalarını deneyimlendirme çalışmalarının
yapılması önerilmektedir.

Abstract:
This study on the use of mathematical modeling (MM) in science education has three main
aims. The first of these aims is to develop mathematical modeling activities (MMA) for use in
science 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-service
science teachers and teachers who have experienced MM. A qualitative research was conducted
with 4 academicians and 12 science teacher candidates in line with the first purpose, with 12
science teacher candidates and teachers in line with the second purpose, and with 9 science
teacher candidates and teachers in line with the third purpose. In the research, design-based
research, case study and phenomenology patterns were used. The data of the research were
obtained by document analysis methods, interview and observation techniques. 6 video-based
MMAs designed on 2 physics, 2 chemistry, and 2 biology topics were analyzed with descriptive
analysis by means of Erbaş et al. (2013)'s evaluation criteria in accordance of principles of
Model Eliciting Activity (MEA) (Lesh et al.,2000). In order to determine MMCs, descriptive
analysis 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. As
a result of the analysis of the data obtained, it was determined that all six of the MMAs were
fully compatible with 5 principles and partially compatible with 1 principle. As a result of
MMCs' examination, MMCs develop in the process, the most successful competence is
understanding, 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 results
from mathematical results. While it is seen that newly graduated science teachers and
experienced science teachers have an equal level of MMC, it is seen that science teacher
candidates have less MMC. In the process, MMCs were performed in biology and chemistry at
least, and in physics at most. As a result of the interviews, it is concluded that the participants
did not have MM knowledge before the application, and then their perceptions about MM were
formed. It is recommended to increase MEAs studies for science, to give MM courses at
minimum undergraduate level.