Robotik çalışmalarının STEM uygulaması olarak ortaokul fen laboratuvar uygulamalarına entegrasyonu
Integration of robotics studies as STEM into secondary school science laboratory practices
Yazar: BARIŞ ELBİR
Danışman: PROF. DR. ÖMER ÇAKIROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training

Özet:
Dünya'da robotik bilimi ile ilgili yapılmış çalışmalar incelendiğinde iki farklı yaklaşım karşımıza çıkmaktadır. Bunlardan ilki robotik bilimin öğrenilmesine imkân sağlayan robotik öğretimi, ikincisi ise mevcut müfredatın daha iyi öğrenilmesine hizmet eden eğitsel robotik uygulamalarıdır. Özellikle eğitsel robotik uygulamalarının eğitimde kullanımının avantaj ve dezavantajları merak konusudur. Bu noktadan hareketle bu çalışmanın amacı, klasik fen laboratuvarı malzemeleri ve teknoloji destekli blok tabanlı robotik malzemeleri ile yapılan STEM deney etkinliklerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesidir.
Araştırmada karma yöntemin sıralı açıklayıcı deseni kullanılmıştır. Nicel veriler için ön test ve son test kontrol gruplu yarı deneysel desen uygulanırken, nitel veriler için yarı yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Çalışma grubu, seçkisiz olmayan örnekleme yöntemlerinden amaçsal örnekleme yöntemiyle seçilmiş temel eğitim kademesi ortaokul 7. sınıf olan öğrencilerinden (N=96) oluşmaktadır. Çalışmada bir deney ve bir kontrol grubu olmak üzere toplam iki ayrı grup oluşturulmuştur. Deney etkinlikleri 2015-2016 eğitim öğretim yılı birinci döneminde toplamda üç ayda gerçekleştirilmiştir. Veri toplama araçları olarak, STEM Tutum Ölçeği, Fen Öğrenmeye Yönelik Motivasyon Ölçeği, Akademik Başarı Testi, Laboratuvar Etkinlikleri Değerlendirme Anketi ve Yarı Yapılandırılmış Görüşme Formu kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar öncesinde gerekli ön testler yapıldıktan sonra STEM deney etkinlikleri kontrol grubunda klasik fen laboratuvarı malzemeleriyle, deney grubunda ise teknoloji destekli blok tabanlı robotik setleriyle gerçekleştirilmiştir. Uygulama sonunda ise son testler, anketler ve görüşmeler yapılarak çalışma tamamlanmıştır. Elde edilen nitel veriler içerik analizi, nicel veriler ise SPSS paket programı kullanılarak betimsel ve çıkarımsal istatistikler (ANCOVA) ile analiz edildikten sonra ulaşılan bulgular ve sonuçlar sunulmuştur.
Araştırma sonucunda, hem klasik fen laboratuvarı malzemeleriyle hem de teknoloji destekli blok tabanlı robotik setleriyle yapılan STEM deney etkinlikleri öğrencilerin STEM'e yönelik tutum geliştirmesine olumlu katkılar sunduğu saptanmıştır. Fakat bu iki yöntemin STEM'e yönelik tutum oluşmasında birbirlerine göre üstünlüğünün olmadığı görülmüştür. Buna sebep olarak, her iki grupta malzeme odaklı olmayan mühendislik tasarım temelli etkinliklerin yapılması gösterilebilir. Diğer yandan teknoloji destekli blok tabanlı robotik setleriyle yapılan STEM etkinliklerinin öğrencilerin fen öğrenmeye yönelik motivasyonlarına ve akademik başarılarına etkisi, klasik fen laboratuvarı malzemeleriyle yapılan STEM deney etkinliklerine kıyasla daha fazla olduğu ortaya çıkmıştır. Bu durumun ortaya çıkmasına, blok tabanlı robot setleri kullanılarak yapılan STEM etkinliklerinde öğrencilerin daha fazla eğlenmeleri, malzemeleri daha teknolojik bulmaları sebebiyle ilgilerinin ve öğrenme isteklerinin yüksek olması, malzemelere karşı merak duyması, robotik laboratuvarında kendilerini daha rahat hissetmesi, her deneyde benzer malzemeler kullanması sebebiyle becerilerini geliştirme şansı bulması, daha önce zor olarak gördüğü bir alanı öğrenmesi sonucunda başarma hissi hissetmesiyle özgüven kazanması, robotik malzemelerinin kişisel tasarımlarını ve fikirlerini daha çok ön plana çıkarması neticesinde yaratıcılık ve hayal güçlerini daha çok geliştirmesi ve derinlemesine düşünme imkânı bulması sebep olmuş olabilir. Son olarak nitel verilerin bulguları nicel verilerin bulgularını destekler niteliktedir. Yapılan görüşmelerde öğrenciler robotik etkinlikleri sayesinde derse daha aktif katıldıklarını, daha çok motive olduklarını, kavramları daha iyi öğrendiklerini ve daha rahat çalışma alanı bulduklarını ifade etmiştir. Bu nedenle teknoloji destekli blok tabanlı robotik malzemeleriyle yapılan STEM deneylerinin eğitimin diğer kademelerinde de yaygınlaştırılarak kullanılmasının faydalı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
When the studies of robotics around the world are examined, two different approaches come up. The first of these is robotics teaching, which enables the learning of robotics, and the second is educational robotics practices that serve to better learn the respective curricula. The advantages and disadvantages of using educational robotics practices in education are particularly curious. From this point of view, the aim of this study is to compare STEM experiments designed with classical science laboratory materials and STEM experiments performed with technology-supported block-based robotic materials.
The sequential explanatory design of the mixed method was used in the study. While pre-test and post-test were applied for collecting quantitative data, interviews were carried out with the students after the experimental activities to collate qualitative data. The study group consists of students (N = 96) from the 7th grade of secondary school. These were selected using the purposeful sampling method which is one of the non-random of sampling methods. In the study, two separate groups, one experimental and one control group, were created. Experimental activities were carried out in three months in total of the first semester of the 2015-2016 academic year. Numerous data collection tools were employed including STEM Attitude Scale, Motivation Scale for Science Learning, Academic Achievement Test, Laboratory Activities Evaluation Questionnaire and semi-structured interview forms. After the necessary pre-tests were carried out before the experimental studies, STEM science experiments were carried out with classical science laboratory materials in the control group, whilst block-based robotic-assisted STEM science experiments were carried out in the experimental group. At the end of the experiments, the work was completed by making the necessary posttests and surveys. The findings and results obtained are presented after analyzing the qualitative data using content analysis and the quantitative data using descriptive and inferential statistics (ANCOVA). The SPSS package program was used for the latter.
As a result of the research, STEM experiment activities performed with both classical science laboratory equipment and technology-supported block-based robotic sets contributed positively to students' attitudes towards STEM.  İt indicated that neither method did not have an advantage over the other in forming an attitude towards STEM. As a reason, it can be argued that STEM science experiment activities performed with both robotic assisted and classical science laboratory materials tend to work favourably with engineering design. On the other hand, the effect of STEM activities with technology-supported block-based robotic sets on students' motivation for learning science and their academic achievement was found to be greater than STEM experimental activities performed with classical science laboratory materials. This is due to the fact that students have more fun in STEM activities using block-based robot sets. Their interest and desire to learn is high because they find the materials more technological, they are curious about the materials, they feel more comfortable in the robotics laboratory and they use similar materials in every experiment. Added to this, students were encourged by opportunities to take chances, they gained self-confidence as a result of learning a field that was percieved to be a difficult area before. They were also able to develop their own designs and ideas relatively easily when working with the robotic materials which resulted in the development of their creativity and imagination. Students found many opportunities to think deeply.
It was observed that STEM science experiments based on robotic activities performed in the experimental group were more effective than the other experiment in improving students' motivation for learning science. This situation can be demonstrated by students' carrying out robotic assisted experiment activities in a more motivated way, thereby adopting the science lesson more and finding the opportunity to transform the theoretical knowledge they learned in the course into practice. Looking at the academic achievement findings, it was concluded that both robotic assisted experiment activities and classical laboratory experiment activities were effective in increasing the academic success of the students. However, it was observed that the robotic assisted STEM science experiment activities performed in the experimental group were more effective in this regard compared to the other activities. Considering the students' views on laboratory experiments, it was discovered that most of the students in both the experimental and control groups had the opinion that robotic activities contributed more to their personal, cognitive and mental development. Finally, the findings of the qualitative data obtained support the findings of the quantitative data. In the interviews, students stated that thanks to robotic activities, they participated in the lesson more actively, they were more motivated, they learned the concepts better and they found a more comfortable working area.Therefore, it is thought that it will be beneficial to use STEM experiments with technology-supported block-based robotic materials by expanding them into the other grades of education.