Özel yetenekli öğrencilerin yaratıcı problem çözme becerilerinin değerlendirilmesine yönelik derin öğrenme tabanlı oyunun geliştirilmesi
Development of a deep learning-based game for assessing gifted students' creative problem-solving skills
Yazar: NURAN HOŞ ERCİN
Danışman: PROF. DR. TUNCAY ÖZSEVGEÇ
Trabzon Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training

Özet:
Bu çalışmanın amacı bilim sanat merkezinde öğrenim gören özel yetenekli öğrencilerin fen eğitiminde yaratıcı problem çözme becerilerinin fen bilimleri alanında geliştirilen derin öğrenme merkezli eğitici bilgisayar oyunu yoluyla değerlendirilmesidir. Çalışmada tasarım tabanlı araştırma yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın örneklemini Ankara ili Keçiören ilçesindeki Hezarfen Ahmet Çelebi Bilim ve Sanat Merkezinde bireysel yeteneklerini fark ettirme ve özel yetenekleri geliştirme programında eğitim alan 10-13 yaş aralığındaki 110 öğrenci oluşturmaktadır. Özel yetenekli öğrencilerin yaratıcı problem çözme basamaklarında karşılaştıkları zorlukları saptamak amacıyla veri toplama aracı olarak "Yaratıcı Problem Çözme Dereceli Puanlama Anahtarı" rubriği kullanılmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilen eğitsel dijital oyunda, okyanus ekosistemindeki canlıların verilen problem durumlarına göre yaşatılması esas alınmıştır Çalışmanın bir diğer veri toplama aracı eğitsel dijital oyundan elde edilen log dosyalarıdır. Alan yazındaki farklı derin öğrenme modelleri incelenmiş uzman görüşü alınarak araştırma için geliştirilen eğitsel dijital oyunu oynayan öğrencilerin kategorilerini tahmin etmek için uygun modelin "Uzun Kısa Süreli Bellek" olduğuna karar verilmiştir. Sınıf içi etkinliklerle elde edilen veriler frekans tabloları ile analiz edilmiştir.
Çalışmadan elde edilen bulgulara göre erkek öğrencilerin yaratıcı problem çözme sürecinde problemin tanımlanması ve veri toplanılması basamağında daha fazla zorlandığı görülmüştür. Oyun hakkında bilgilerin verildiği tanıtım videosunun izlenmemesi başarıyı olumsuz etkilemektedir. Oyun problemin çözümü için ideal süreyi içermesine rağmen öğrencilerin büyük bir kısmının veri toplama aşamasını etkili bir şekilde kullanmadıkları görülmüştür. Iraksak ve yakınsak düşünme basamaklarında sorun yaşayan öğrencilerin diğer yaratıcı problem çözme basamaklarına göre daha az olduğu görülmüştür. Oyunda türlerin seçimi ve gereksiz türlerin seçilmesi açısından cinsiyetler arasında farklılıklar görülmüştür. Bireysel yeteneklerini fark ettirme grubundaki kız öğrencilerin oyunun ileri seviyelerinde erkek öğrencilere göre daha başarılı olduğu görülmüştür. Özel yetenekleri geliştirme grubunda öğrenciler arasında oyunun seviyesi ile başarı durumları arasında belirgin bir fark görülmemiştir. Yaratıcı problem çözme becerilerinin değerlendirilmesinde derin öğrenme tabanlı oyun ile %68 oranında kabul edilebilir düzeyde başarı elde etmiştir. Bu durum özel yetenekli öğrencilerin yaratıcı problem çözme basamaklarını gizil bir şekilde değerlendirmede sınıf içi etkinliklerinin yerine kullanılabileceği şeklinde yorumlanmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to assess the creative problem-solving skills of gifted students receiving science education at a Science and Art Center through an educational computer game developed using a deep learning approach within the field of science. A design-based research method has been adopted in the study. The sample consists of 110 students, aged 10 to 13, who are enrolled in the "Program for Recognising Individual Talents and Developing Special Abilities" at the Hezarfen Ahmet Çelebi Science and Art Center, located in the Keçiören district of Ankara. To discern the challenges encountered by these gifted students throughout the stages of creative problem solving, the "Creative Problem-Solving Grading Key" was employed as the primary data collection instrument.  In the educational digital game developed for the study, the primary goal is to ensure the survival of organisms within an ocean ecosystem, based on specific problem situations.  An additional data source used in this study comprises the log files generated by the educational game. Following a review of various deep learning models in the literature and expert consultation, it was concluded that the most suitable model for predicting the categories of students playing the educational digital game developed for this research is the "Long Short-Term Memory (LSTM)" model.The data obtained through classroom activities were analyzed with frequency tables.
Based on the findings of the study, it was observed that male students encountered greater difficulties in the stages of problem identification and data collection during the creative problem-solving process.  Failure to watch the introductory video, which provided essential information about the game, negatively impacted their performance. Although the game was designed with an optimal time frame for problem-solving, a significant portion of the students did not effectively utilize the data collection phase.  Students experiencing issues with divergent and convergent thinking stages are comparatively fewer than other creative problem-solving stages. Differences were noted between genders in terms of species selection and the unnecessary selection of species within the game. Female students in the "Talent Recognition" group outperformed male students in the more advanced levels of the game.  However, in the "Talent Development" group, no significant differences were observed between students regarding the level of the game and their success rates. In assessing creative problem-solving skills, the deep learning-based game achieved an acceptable success rate of 68%. This suggests that the game could serve as a substitute for in-class activities in the stealth assessment of creative problem-solving stages in gifted students.