Nesnelerin interneti (IoT) destekli nano-STEM-GLASS etkinliklerinin tasarlanması ve uygulama sürecinin incelenmesi
Planning internet of things (IoT) aided nano-STEM-GLASS activities and studying the implementation process
Yazar: İSMAİL ATEŞ
Danışman: PROF. DR. MUSA ÜCE
Marmara Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Kimya Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Endüstri 4.0 = Industrial 4.0 ; FeTeMM = STEM ; Nanobilim = Nanoscience ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Nesnelerin interneti = Internet of things ; STEM eğitim yöntemi = STEM training method ; Ölçme-değerlendirme = Measurement and evaluation

Özet:
Günümüzde toplumun yaşam, çalışma ve ilişkilerini kökten değiştirebilme potansiyeline sahip Endüstri 4.0 devrimiyle birlikte eşi benzeri görülmemiş bir teknolojik ilerleme söz konusudur.   Bu teknolojik ilerleme bilginin üretilmesi, işlenmesi, depolanması, erişilmesi ve iletilmesi faaliyetlerinde topluma eşsiz fırsatlar sunmaktadır. Bu fırsatlar nesnelerin interneti (IoT), yapay zekâ, nano-biyo-info-cogno teknolojiler,  robotik, enerji depolama, özerk taşıtlar, yeni malzemeler, 3D yazıcılar ve kuantum bilgi işleme gibi teknolojilerdir. Nanoteknoloji ve nesnelerin interneti bu tez çalışmasında önemli bir içeriktir. STEM+ bütünleşik eğitim yaklaşımlarından biri olan STEM-GLASS ise bu iki içeriğin eğitimde uygulanmasında yardımcı olacak bir alternatif uygulamadır. Öğrencilerimizin erken dönemlerinde Endüstri 4.0 devriminin çok yönlü etkisinin farkında olmaları önemlidir.  Bu çalışmada kimya öğretim programında bulunan nanobilimsel konuların belirlenmesi ve STEM-GLASS bütünleşik eğitim yaklaşımıyla öğretiminin gerçekleştirilmesinin yanında nano seviyede deneysel bir çalışmanın IoT teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda 16 ders saatinde uygulanan bir etkinlik modülü hazırlanmıştır. Hazırlanan etkinliklerin uygulama süreci amaçlı örneklem yöntemlerinden biri olan ölçüt örneklem kullanılarak seçilen 2019-2020 eğitim öğretim yılında İstanbul'da bir fen lisesinde öğretim gören 10. sınıf seviyesindeki 12 öğrenciyle birlikte gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada karma araştırma yöntemi kullanılmıştır. Temel karma yöntem desenlerinden biri olan Birleştirme (Çeşitleme) Deseni ve bu temel desene ilave edilen Müdahale Deseni birlikte kullanılmıştır. Uygulamalar araştırmacı tarafından gerçekleştirilmiştir. Veri toplama aracı olarak çalışma öncesi ve sonrasında Nanoteknoloji Tutum Ölçeği, Açık Uçlu Nanobilim ve Nanoteknoloji-Endüstri 4.0 Formu, Bilimsel Süreç Becerileri Testi, STEM'e Yönelik Tutum Ölçeği, STEM Mesleklerine Yönelik Tutum Ölçeği, Nanobilim Kavramsal Anlama Testi kullanılmıştır. Bunun yanında hazırlanan öğrenci çalışma yaprakları, öğretime ilişkin ses ve video kayıtları, araştırma günlüğü ve öğrencilerle yapılan görüşmelerle de veriler toplanmıştır. Nicel verilerin analizinde SPSS 20 istatistik programı kullanılmıştır. Nitel verilerin analizinde ise tümevarım analizi ile temalar ve kodlar oluşturulmuştur. Katılımcıların NBT kavramsal anlamalarına, tutumuna, bilimsel süreç becerilerinin değişimine yönelik nicel veriler ve süreç boyunca elde edilen nitel veriler toplanarak analiz edilmiştir.  Öğrencilerin süreçteki gelişimleri belirlenerek değişim ortaya konulmaya çalışılmıştır. Uygulama etkinliklerinin NBT eğitiminde öğretimi gerçekleştirebileceği görülmüştür. Nano-STEM-GLASS etkinlikleri hem öğretim hem de tasarım boyutunda öğrencilere problem çözme, işbirliği, iletişim, yaratıcılık, estetik, eleştirel düşünme gibi becerileri ortaya çıkardığı ve geliştirdiği söylenebilir. Bunun yanında STEM entegrasyonun özellikle teknolojik boyutunda IoT kullanılarak kimya deneylerinin yapılabilirliğinin öğretimi gerçekleştirilmiştir. IoT başka kimya konularının öğretilmesinde ve deneylerin tasarlanmasında kullanılabilir. STEM-GLASS bütünleşik yaklaşımıyla IoT'nin nano sentez deneyinde kullanılması öğrenme ortamına katkı sağlamıştır. Çalışma sürecinde öğrencilerin araştırma, tartışma, yardımlaşma, problemleri fark edip çözüm bulma, hatalarını fark etme gibi becerilerin yanında sosyal ve duygusal olarak da geliştirdikleri gözlenmiştir. Çalışmalardan keyif aldıkları sonucuna ulaşılmıştır. Bu gibi öğrenme ortamlarının yaygınlaştırılması önerilebilir. Nanobilim, STEM, STEM+,  IoT çalışmalarının ve bunların hibritlerinin yapıldığı etkinlikler geliştirilebilir ve yaygınlaştırılabilir.

Abstract:
Today, there is an unprecedented technological progress with the Industry 4.0 revolution, which has the potential to radically change the life, work and relations of society. This technological progress offers society unique opportunities in the activities of producing, processing, storing, accessing and transmitting information. These opportunities are technologies such as the internet of things (IoT), artificial intelligence, robotics, autonomous vehicles, 3D printers, nano-bio-info-cogno technologies, new materials, energy storage and quantum information processing. Nanotechnology and the Internet of Things is an important content in this thesis. STEM-GLASS, which is one of the STEM+ integrated education approaches, is an alternative application that will help in the application of these two contents in education. It is important for our students to be aware of the multifaceted impact of the Industry 4.0 revolution in their early stages. In this study, it is aimed to determine the nanoscientific topics in the chemistry curriculum and to teach with STEM-GLASS integrated education approach, as well as to carry out an experimental study at the nano level using IoT technology. For this purpose, an activity module applied in 16 lesson hours was prepared. The implementation process of the prepared activities was carried out with 12 (6 girls, 6 boys) 10th grade students in a science high school in Istanbul, which was selected using criterion sampling, one of the purposeful sampling methods, in the 2019-2020 academic year. In this study, the Combination (Diversification) Pattern, which is one of the basic mixed method designs from mixed research methods, and the Intervention Design added to this basic design were used together. The applications were carried out by the researcher. Nanoscience and Nanotechnology Conceptual Understanding Questionnaire (NNCUQ), Attitude Scale for Nanotechnology, Science Process Skills Test for Secondary Students (SPS), Science, Attitude Scale for STEM, Technology, Engineering, and Mathematics Career Interest Survey (STEM-CIS), Nanoscience and Nanotechnology- Industry 4.0 Open-ended Questionnaires Form were used as data collection tools before and after the study. In addition, data were collected through student worksheets, audio and video recordings of teaching, research diary and interviews with students. SPSS 20 statistical program was used in the analysis of quantitative data. In the analysis of qualitative data, themes and codes were created with inductive analysis. Quantitative data on the participants' conceptual understanding of nanoscience and nanotechnology, their attitudes, and the change of scientific process skills, and qualitative data obtained throughout the process were collected and analyzed. The development of the students in the process was determined and the change was tried to be revealed. It has been seen that the application activities can realize the teaching in nanoscience and nanotechnology education. It can be said that nano-STEM-GLASS activities reveal and develop skills such as problem solving, cooperation, communication, creativity, aesthetics, and critical thinking in both teaching and design dimensions. In addition, the feasibility of chemistry experiments was taught using IoT, especially in the technological dimension of STEM integration. The IoT can be used to teach other chemistry topics and design experiments. The use of IoT in nano synthesis experiment with STEM-GLASS integrated approach contributed to the learning environment. During the study process, it was observed that the students developed social and emotional skills as well as researching, discussing, helping each other, recognizing problems and finding solutions, recognizing their mistakes. It was concluded that they enjoyed the work. It can be suggested that such learning environments should be disseminated. Activities in which nanoscience, STEM, STEM+, IoT studies and their hybrids are conducted can be developed and disseminated.