Fen bilimleri dersine yönelik arduıno temelli robotik kodlama etkinliklerinin geliştirilmesi ve değerlendirilmesi
Development and evaluation of arduino-based robotic coding activities for science course
Yazar: HASAN GÖKÇE
Danışman: PROF. DR. AHMET ŞAHİN
Erciyes Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Aday öğretmenler = Candidate teachers ; Arduino etkinlikleri = Arduino activities ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Fen bilgisi öğretimi = Science teaching ; Materyal tasarımı = Material design ; Robotik kodlama = Robotic coding

Özet:
Bu araştırmada, fen bilimleri dersine yönelik Arduino temelli robotik kodlama materyallerinin geliştirmesi ve değerlendirmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Arduino robotik setleriyle mBlock ve Arduino IDE programları ile kodlama yapılarak, fen bilimleri öğretim programı doğrultusunda robotik materyaller tasarlanmıştır. Bu araştırma; Arduino robotik seti, mBlock ve Arduino IDE kodlama programları hakkında teknik bilgilerin verilmesi, robotik kodlama etkinliklerinin gerçekleştirilmesi, öğretmen adaylarının gruplar halinde çalışarak robotik kodlama materyal tasarlamaları ve materyallerin sergilenmesi süreçlerini içermektedir. Bu araştırmada nitel araştırma yönteminin eylem araştırması deseni kullanılmıştır. Araştırmanın katılımcıları, İç Anadolu bölgesinde bulunan bir devlet üniversitesinde öğrenim gören üçüncü sınıf fen bilimleri öğretmen adaylarıdır (n=64). Araştırmanın uygulama süreci 2019-2020 eğitim-öğretim yılının güz döneminde gerçekleştirilmiştir. Araştırmada veri toplama aracı olarak; gözlem, yarı yapılandırılmış görüşme ve dokümanlar kullanılmıştır. Araştırma kapsamında geçerliğin sağlanmasına ilişkin görüşmelerin kayıt altına alınması, doğrudan alıntılara yer verilmesi, araştırmacı üçlemesi ve örüntü eşlemesi yapılması, akran değerlendirmesi yapılması gibi önlemler alınırken, güvenirliğin sağlanmasına ilişkin verilerin farklı yollarla kaydedilmesi, veri çeşitlemesi yapılması, kodlayıcılar arası uyumun hesaplanması gibi önlemler alınmıştır. Verilerin analizinde; "ÖBT", "Değerlendirme Testi" ve "Yarı Yapılandırılmış Görüşme" ile elde edilen veriler doğrultusunda kod, kategori ve tema belirlenmiştir. Gözlem formunun analizinde; elde edilen veriler yüzdelere indirgenmiştir. Materyal Değerlendirme Ölçeği'nin analizinde ise ölçekten elde edilen verilerin değerlendirmeci bazında ortalama puanları hesaplanmıştır. Araştırmanın bulguları kısmında tablolarda özetlenen veriler katılımcıların doğrudan alıntıları ile desteklenmiştir. Araştırmada ADDIE materyal tasarım modeline göre geliştirilen Arduino ile robotik kodlama materyallerinin fen derslerinde bütün konu alanlarına entegre edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca geliştirilen materyaller ile yapılacak etkinliklerin öğretmen adaylarının STEM, robotik kodlama hakkında bilgi sahibi olmalarını ve araştırma sorgulama becerisi kazanmalarını sağlayacağı sonucuna ulaşılmıştır. İlave olarak, Arduino temelli robotik kodlama etkinliklerinin fen bilimleri öğretmen adaylarının 21. yüzyıl becerilerini geliştireceği sonucuna da ulaşılmıştır. Son olarak, öğretmen adaylarının Arduino ile robotik kodlama etkinliklerini meslek hayatlarında kullanmak istedikleri sonuçlarına ulaşılmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda etkinliklere ilişkin ileri seviye eğitimlerin verilmesi, Arduino ile robotik kodlamaya ilişkin atölye ve kursların açılması, seçmeli ders olarak programa eklenmesi ve öğretmen adaylarına maddi destek verilmesi hususunda önerilere yer verilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Materyal Tasarımı, Robotik Kodlama, Arduino, mBlock, Arduino IDE, ADDIE materyal tasarım modeli

Abstract:
In this research, the purpose of the research is to develop and evaluate Arduino-based robotic coding materials for science lesson. For this purpose, robotic materials were designed in line with science education program by coding with Arduino robotic sets with mBlock and Arduino IDE programs. This research includes the processes of the Arduino robotic set, providing technical information about mBlock and Arduino IDE coding programs, performing robotic coding activities, designing robotic coding materials by working in groups of pre-service teachers and exhibiting the materials. In this study, the action research design of the qualitative research method was used. The participants of the study are third-year pre-service science teachers (n=64) studying at a state university in the Central Anatolia region. The implementation process of the research was carried out in the fall semester of the 2019-2020 academic year. As a data collection tool in the research; observation, semi-structured interview and documents were used. In the scope of the research, in order to ensure validity, measures were taken such as recording the interviews, including direct quotations, researcher triangulation and pattern matching, and peer evaluation, while measures were taken to ensure reliability, such as recording data in different ways, data diversity, and calculating the compatibility between encoders. In the analysis of data; code, category and theme were determined in line with the data obtained from the Pre-Knowledge Test, Evaluation Test and Semi-structured Interview. In the analysis of the observation form; The data obtained are reduced to percentages. In the analysis of the Material Evaluation Scale, the average scores of the data obtained from the scale were calculated on the basis of the evaluator. The data summarized in the tables in the findings part of the research were supported by the direct quotations of the participants. In the research, it was concluded that robotic coding materials with Arduino, which was developed according to the ADDIE material design model can be integrated into all subject areas in science lessons. In addition, it was concluded that the activities to be carried out with the developed materials will enable pre-service teachers to have knowledge about STEM, robotic coding and to gain research and inquiry skills. In addition, it was concluded that Arduino-based robotic coding activities will improve pre-service science teachers' 21st century skills. Finally, it was concluded that pre-service teachers want to use robotic coding activities with Arduino in their professional lives. In line with these results, suggestions were performed about providing advanced training on activities, opening workshops and courses on robotic coding with Arduino, adding them to the program as an elective course, and providing financial support to teacher candidates.
Keywords: Material Design, Robotic Coding, Arduino, mBlock, Arduino IDE, ADDIE material design model