Diagnostik fen testlerinin dikkat, yanıtlama süresi ve başarı düzeylerinin beyin dalgalarına göre incelenmesi
Investigation of the attention, achievement and response time of diagnostic sciencetests according to brain waves
Yazar: RECEP AKYEL
Danışman: PROF. DR. SUAT TÜRKOGUZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training

Özet:
Bu çalışmanın amacı, bilgisayar ortamında yapılan çoktan seçmeli kimya testi ile iki aşamalı kimya tanı testinde öğrencilerin dikkat düzeyleri, yanıtlama süreleri ile yanıtlama performanslarının incelenerek analiz edilmesidir. Bu kapsamda çoktan seçmeli ve iki aşamalı tanı testleri süresince öğğrencilerin NeuroSky MindWave beyin sensörüyle ölçülen dikkat verileri, yanıtlama performansları ve yanıtlama sürelerinin kullanılması düşünülmüştür. Bu çalışmada veriler korelasyonel ve nedensel araştırma yöntemine dayalı olarak toplanmıştır. Çalışmanın katılımcıları 2021-2022 eğitim öğretim yılının güz ve bahar yarıyılında bir devlet üniversitesinin fen bilgisi öğretmenliğinin birinci sınıf (n: 71) ve üçüncü sınıf (n: 65) öğrencileridir. Çalışmada çoktan seçmeli kimya testini (ÇSKT) alan öğrencilerle İki Aşamalı Kimya Tanı Testini (İAKTT) alan öğrencilerin NeuroSky MindWave Beyin sensörüne dayalı olarak ürettiği dikkat sinyallerine ilişkin tepe değerleri, yanıtlama performansları ile test yanıtlama süreleri incelenmiştir. Ayrıca bu araştırmada, NeuroSky MindWave ve Tobii EyeTracker cihazları ile ölçülen dikkat dalga tepe değerleri ile yanıtlama süreleri arasındaki ilişkiye de bakılmıştır. Araştırma, ön ve esas uygulama olmak üzere iki farklı aşamada yürütülmüştür. Öğrencilerin yanıtlama süresi, yanıtlama performansı ve Neurosky MindWave dikkat düzeyi arasındaki karşılaştırmalarda parametrik olmayan analiz yöntemlerinden Mann-Whitney U ve Wilcoxon Testinden yararlanılmıştır. NeuroSky MindWave ve Tobii EyeTracker cihazlarıyla toplanan veriler, bu iki cihazın İAKTT ve ÇSKT uygulamalarında ölçülen dikkat dalga tepe değer sayı ortalamalarının benzer olduğunu ve istatistiksel olarak anlamlı bir fark olmadığını göstermiştir. İAKTT'nin I. aşamasında ölçülen dikkat dalga tepe değerlerinin II. aşamaya kıyasla daha yüksek olduğu ve bu durumun hem NeuroSky MindWave hem de EyeTracker cihazları için geçerli olduğu belirlenmiştir. İAKTT'nin I. aşamasındaki bilgilerin II. aşamasında ipucu sunması ve öğrencilerin bir rahatlama deneyimlemesi, dikkat ve odak tepe değerlerinin İAKTT'nin II. aşamasında düşüş göstermesinin olası bir nedeni olarak gösterilmiştir. Yanıtlama sürelerinin İAKKT'nin I. ve II. aşamalarında farklılık gösterdiği, genellikle I. aşamasında yanıtlama süresinin daha uzun olduğu belirlenmiştir. Öğrencilerin İAKTT'nin I. aşamasına aşina olmalarının, II. aşamasındaki performanslarını etkilediği ve daha kısa sürede yanıt verme eğiliminde oldukları görülmüştür. İAKTT'nin I. ve II. aşamalarında, NeuroSky MindWave ile ölçülen dikkat dalga tepe değerleri ve yanıtlama süreleri arasında genellikle orta ile yüksek arası değişen pozitif bir ilişki bulunmuştur. Tobii EyeTracker ile ölçümlerde ise, ilişki genellikle orta ile düşük arası değişen bir pozitif ilişki olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, yanıtlama süreleri ve yanıtlama performansları arasındaki ilişkiye bakıldığında, İAKTT'nin I. aşamasında belirgin bir ilişki bulunamazken; İAKTT'nin II. aşamasında ise, orta düzeyde bir pozitif ilişki bulunmuştur. Fakat bu ilişki, NeuroSky MindWave cihazının kullanıldığı ölçümlerde rastlanmamıştır. İAKTT'nin I. ve II. aşamalarında yapılan ölçümlerde, dikkat dalga tepe değerlerinin ve yanıtlama performansının arasında genellikle orta düzeyde bir ilişki bulunmuştur. Fakat bu ilişki, NeuroSky MindWave cihazının ölçümlerinde rastlanmamıştır. Tobii EyeTracker cihazının ölçümlerinde ise, ön ve esas uygulamalarda yanıtlama performansı ile bir ilişki belirlenememiştir. Ancak, yanıtlama süreleri ve dikkat arasında belirgin bir pozitif ilişki olduğu görülmüştür. Yanıtlama süreleri ile ilgili olarak, esas uygulamada İAKTT'nin I. ve II. aşamalarında ölçülen yanıtlama süreleri arasında iyi ile yüksek düzeyde değişen bir pozitif ilişki bulunurken, ön uygulamada bu ilişki saptanamamıştır. Ayrıca, esas uygulamada NeuroSky MindWave cihazının dikkat dalga tepe değerleri arasında iyi düzeyde değişen bir pozitif bir ilişki bulunmuştur. Ancak, Tobii EyeTracker'ın ölçümlerinde, ön ve esas uygulamada anlamlı bir ilişki bulunamamıştır. 
Bu çalışmada, öğrencilerin genel teknoloji kullanımına, online sınav tecrübelerine ve NeuroSky MindWave cihazının kullanımına yönelik olarak düşünceleri yarı yapılandırılmış görüşmelerle incelenmiştir. Görüşme sonuçlarına göre öğrencilerin iletişim teknolojilerine alışık olmasına rağmen, Microsoft Office gibi belirli programlarda zorlandığı anlaşılmış, internetin yaygınlaşması ile çevrimiçi Yüksek Öğretim Kurumlarına Giriş Deneme Sınavlarına katılımlarından ve Covid 19 pandemisinde uzaktan öğretim uygulamalarından dolayı çevrimiçi sınavlara alışık oldukları görülmüş, NeuroSky cihazına yönelik olarak öğrencilerin büyük çoğunluğunun olumlu tutumlara sahip olduğu ortaya çıkmıştır.

Abstract:
This study aimed to analyze the attention levels, response times, and response performances of students in a multiple-choice chemistry test and a two-tier diagnostic chemistry test conducted on a computer. In this context, it was planned to use the attention data measured with the NeuroSky MindWave brain sensor during multiple-choice and two-tier diagnostic tests, their response performances, and their response times. In this study, the data were collected based on correlational and causal research methods. The participants of the study are first-grade (n: 71) and third-grade (n: 65) pre-service science teachers of a state university in the fall and spring semesters of the 2021-2022 academic year. In this study, the peak values of attention signals produced based on the NeuroSky MindWave Brain sensor by students who took the Multiple Choice Chemistry Test (MCT) and the Two-Tier Chemistry Diagnostic Test (TCDT), their response performances, and test response times were examined. Additionally, the relationship between the peak values of attention waves measured with NeuroSky MindWave and Tobii EyeTracker devices and response times were also investigated in this study. The study was conducted in two different stages: preliminary and main application. Non-parametric analysis methods Mann-Whitney U and Wilcoxon Test were used in comparisons between response time, response performance, and NeuroSky Mindwave attention level of students. The data collected with NeuroSky MindWave and Tobii EyeTracker devices showed that the average numbers of attention wave peak values measured in TCDT and MCT applications of these two devices were similar and there was no statistically significant difference. It was determined that the attention wave peak values collected in the 1st-tier of TCDT were higher compared to the 2nd-tier, and this situation was valid for both NeuroSky MindWave and EyeTracker devices. The fact that the information in the 1st-tier of TCDT provides a hint in the 2nd-tier and the students experience relaxation, was shown as a possible reason for the attention and focus peak values to decrease in the 2nd-tier of TCDT. It was found that the response times differed in 1st and 2nd-tiers of TCDT, usually with a longer response time in the 1st-tier. It was observed that the students being familiar with the 1st-tier of TCDT affected their performances in the 2nd-tier and they tended to respond in a shorter time. In the 1st and 2nd-tiers of TCDT, a positive relationship varying between medium and high was generally found between the attention wave peak values measured with NeuroSky MindWave and response times. In measurements with Tobii EyeTracker, the relationship was generally identified as a positive relationship varying between medium and low. Furthermore, when the relationship between response times and response performances was examined, a clear relationship was not found in the 1st-tier of TCDT; in the 2nd-tier of TCDT, a medium level positive relationship was found. However, this relationship was not encountered in measurements using the NeuroSky MindWave device. In the measurements made in the 1st and 2nd-tiers of TCDT, a generally medium level relationship was found between the attention wave peak values and response performance. However, this relationship was not found in measurements using the NeuroSky MindWave device. In measurements with the Tobii EyeTracker device, no relationship could be identified with the response performance in preliminary and main applications. However, a clear positive relationship was observed between response times and attention. Regarding response times in the main application, a positive relationship varying between good and high was found between response times measured in the 1st and 2nd-tiers of TCDT, while this relationship was not detected in the preliminary application. Additionally, in the main application, a good level of positive relationship was found between the attention wave peak values of the NeuroSky MindWave device.  However, in the measurements of Tobii EyeTracker, no significant relationship was found in the preliminary and main application.
In this study, the opinions on general technology usage, online exam experiences, and the usage of the NeuroSky MindWave device of students were examined with semi-structured interviews. According to the results of the interviews, although the students are familiar with communication technologies, it was understood that they struggled with certain programs such as Microsoft Office, it was seen that they are familiar with online exams due to their participation in online Higher Education Institutions Entrance Mock Exams with the spread of the internet and due to distance education applications during the Covid 19 pandemic, and it was revealed that the majority of the students have positive attitudes towards the NeuroSky Mindwave device.