STEM etkinliklerinin fen bilgisi öğretmen adaylarının bilgi işlemsel, eleştirel, yaratıcı düşünme ve problem çözme becerilerine etkisi
The effect of STEM activities on science teachers' computer, critical, creative thinking and problem solving skills
Yazar: BUKET ERTUĞRUL AKYOL
Danışman: PROF. DR. UĞUR BÜYÜK
Erciyes Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / İlköğretim Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Aday öğretmenler = Candidate teachers ; Bilgi işlemsel düşünme = Computational thinking ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Fen bilgisi öğretimi = Science teaching ; Problem çözme becerisi = Problem solving ability ; STEM eğitim yöntemi = STEM training method ; Yaratıcı düşünce = Creative thinking ; Ölçekler = Scales

Özet:
STEM uygulamaları son yıllarda oldukça popüler hale gelmekte ve 21. yy becerilerini birçok açıdan kapsayan bir eğitim yaklaşımı olarak karşımıza çıkmaktadır. Fen bilimleri eğitiminde gerek eğitimcilere gerekse de öğrencilere çeşitli avantajlar sağlayan STEM eğitimi, özellikle eleştirel düşünme, bilgi işlemsel düşünme, yaratıcı düşünme ve problem çözme becerilerine olumlu katkılar sunmaktadır. Bu noktadan hareketle 21. yy becerileri dikkate alınarak hazırlanan bu çalışmada probleme dayalı öğrenme yöntemi kullanılarak oluşturulan STEM etkinliklerinin öğretmen adaylarının eleştirel düşünme, bilgi işlemsel düşünme, yaratıcı düşünme ve problem çözme becerilerine olan etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. 

Araştırmada nitel ve nicel yaklaşımlar bir arada kullanılmıştır. Çalışmanın nicel aşamasında deney kontrol gruplu ön test son test yarı deneysel desen kullanılmıştır. Bu kapsamda uygun örneklem ve amaçlı örneklem yöntemi (ölçüt örneklem) kullanılarak bir deney ve bir kontrol grubu oluşturulmuştur. Deney ve kontrol gruplarında 32 öğretmen adayı bulunmaktadır. Çalışmanın nitel aşamasında ise durum çalışması tercih edilmiştir. Nicel veri toplama araçları olarak araştırmacı tarafından geliştirilen "Bilgi İşlemsel Düşünme Ölçeği", Özgenel ve Çetin (2017) tarafından geliştirilen "Marmara Yaratıcı Düşünme Eğilimleri Ölçeği", Özgenel ve Çetin (2018) tarafından geliştirilen "Marmara Eleştirel Düşünme Eğilimleri Ölçeği" ve Serin (2006) tarafından geliştirilen "Problem Çözme Envanteri" kullanılmıştır. Nitel veri toplama araçları olarak Doğanay (2018) tarafından geliştirilen "Gözlem Formu, Çalışma Yaprakları (Senaryolar) ve Çalışma Yaprakları Değerlendirme Formu" ve yine araştırmacı tarafından geliştirilen "Yarı Yapılandırılmış Görüşme Formu ve Odak Grup görüşme Formu" kullanılmıştır.  

Deney grubunda bulunan öğretmen adayları ile robotik ve kodlama temelli STEM etkinlikleri, kontrol grubunda bulunan öğretmen adayları ile basit malzemelerle yapılan STEM etkinlikleri gerçekleştirilmiştir. Uygulamalar deney grubunda 12 hafta, kontrol grubunda ise 8 hafta sürmüştür. Uygulamalardan önce her iki gruba nicel veri toplama araçları ön test olarak uygulanmıştır. Uygulamalardan sonra her iki gruba nicel veri toplama araçları son test olarak uygulanmıştır. Daha sonra deney grubunda bulunan öğretmen adayları ile yarı yapılandırılmış görüşme yapılmıştır. Son olarak da deney ve kontrol grubunda bulunan öğretmen adayları ile odak grup görüşmesi yapılmıştır. 

Araştırma sonucunda elde edilen bulgular nicel ve nitel veri analizine tabi tutulmuştur. Bu kapsamda betimleyici ve çıkarımsal istatistik yöntemleri kullanılmıştır. Nicel verilerin analizinde SPSS 23.0 ve LISREL 9.2 paket programlarından yararlanılmıştır. Nitel veri analizinde ise içerik analizi yapılmış ve öğretmen adaylarının görüşleri tema ve alt kodlara ayrılmıştır. 

Araştırma sonucunda hem basit malzemeler kullanılarak yapılan STEM etkinliklerinin hem de robotik ve kodlama temelli STEM etkinliklerinin öğretmen adaylarının eleştirel düşünme, bilgi işlemsel düşünme, yaratıcı düşünme ve problem çözme becerilerine olumlu yönde etki ettiği görülmüştür. Ancak robotik ve kodlama temelli STEM etkinliklerinin bu süreçte basit malzemelerle yapılan etkinliklere göre daha fazla olumlu katkı sağladığı ve öğretmen adaylarının gelişimlerini daha çok desteklediği belirlenmiştir. Yarı yapılandırılmış görüşmeler ve odak grup görüşmesi sonuçları incelendiğinde öğretmen adaylarının nicel araştırma sonuçlarını destekler nitelikte görüşlerde bulunduğu ve robotik-kodlama temelli STEM etkinliklerinin bu süreçte oldukça etkili olduğu ifade edilmiştir. Yapılan bu çalışmanın ilgili alanda görev yapan kurum, kuruluş ve diğer tüm paydaşlara STEM eğitimi hakkında yol gösterici nitelikte olması ümit edilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Probleme Dayalı Öğrenme, Robotik ve Kodlama ile STEM, Basit Malzemelerle STEM, Bilgi İşlemsel Düşünme, Eleştirel/Yaratıcı Düşünme, Problem Çözme Becerisi

Abstract:
STEM applications have become very popular in recent years and are seen as an educational approach that covers 21st century skills in many aspects. STEM education, which provides various advantages to both educators and students in science education, makes positive contributions especially to critical thinking, computational thinking, creative thinking and problem solving skills. From this point of view, in this study which is prepared by taking 21st century skills into consideration, it is aimed to investigate the effect of STEM activities created by using problem-based learning method on teacher candidates' critical thinking, computational thinking, creative thinking and problem solving skills.

Qualitative and quantitative approaches were used together in the research. In the quantitative stage of the study, pre-test post-test quasi-experimental design with experimental control group was used. In this context, an experimental and a control group was formed by using appropriate sampling and purposive sampling method. There are 32 pre-service teachers in the experimental and control groups. In the qualitative phase of the study, case study was preferred. Computational Thinking Scale developed by the researcher as quantitative data collection tools, Marmara Creative Thinking Trends Scale developed by Özgenel and Çetin (2017), Marmara Critical Thinking Trends Scale developed by Özgenel and Çetin (2018) and Problem Solving Inventory developed by Serin (2006) used. The qualitative data collection tools were the Observation Form developed by Doğanay (2018), Worksheets (Scenarios) and Worksheets Assessment Form, and the Semi-Structured Interview Form and Focus Group interview form developed by the researcher.

Robotic and coding based STEM activities were conducted with prospective teachers in the experimental group and STEM activities with simple materials were conducted with prospective teachers in the control group. The treatments lasted 12 weeks in the experimental group and 8 weeks in the control group. Before the application, quantitative data collection tools were applied to both groups as a pre-test. After the applications, quantitative data collection tools were applied to both groups as posttest. Afterwards, semi-structured interviews were conducted with prospective teachers in the experimental group. Finally, focus group interviews were conducted with prospective teachers in the experimental and control groups.

The findings of the research were subjected to quantitative and qualitative data analysis. In this context, descriptive and inferential statistical methods were used. SPSS 23.0 and LISREL 9.2 software were used to analyze the quantitative data. In qualitative data analysis, content analysis was conducted and the opinions of prospective teachers were divided into themes and subcodes.

As a result of the research, it was seen that both STEM activities using simple materials and robotic and coding based STEM activities had a positive effect on prospective teachers' critical thinking, computational thinking, creative thinking and problem solving skills. However, it was determined that STEM activities based on robotics and coding had more positive contribution to this process than simple activities and contributed more to the development of prospective teachers.

When the results of semi-structured interviews and focus group interviews were examined, it was stated that pre-service teachers provided opinions in support of quantitative research results and STEM activities based on robotics and coding were very effective in this process. It is hoped that this study will guide the institutions, organizations and all other stakeholders working in the related field about STEM education.

Keywords: Problem Based Learning, STEM with Robotics and Coding, STEM with Simple Materials, Computational Thinking, Critical/Creative Thinking, Problem Solving Skills