Eğitsel amaçlı chatbotların fen eğitiminde kullanılmasının ortaokul öğrencilerinin akademik başarıları fen dersine yönelik ilgileri ve bilişüstü becerileri üzerindeki rolü
The role of educational chatbots in science education on middle school students' academic achievement interest in science subjects and metacognitive skills
Yazar: TANER YILMAZ
Danışman: PROF. DR. İLBİLGE DÖKME
Gazi Üniversitesi / Eğitim Bilimleri 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 araştırmanın amacı, ortaokul beşinci sınıf "Güneş, Dünya ve Ay" ünitesi için özel olarak tasarlanmış "Bilgecan bot" adlı kural tabanlı eğitsel amaçlı bir chatbotun okul dışı ortamlarda kullanılmasının öğrencilerin akademik başarıları, fen dersine yönelik ilgileri ve bilişüstü becerileri üzerindeki rolünü belirlemek ve öğrencilerin chatbotlara dair görüşlerini ortaya koymaktır. Araştırma 2022-2023 eğitim-öğretim dönemi birinci yarı yılında Yozgat ili Çekerek ilçe merkezinde bulunan Millî Eğitim Bakanlığı'na bağlı bir devlet ortaokulunda beşinci sınıfta öğrenim gören 52 öğrenci ile 7 haftada yürütülmüştür. Çalışma grubunu oluşturan öğrenciler deney (5/B-N=26) ve kontrol (5/A-N=26) grubu olmak üzere deneysel işlem koşullarına seçkisiz olarak atanmıştır. Araştırmada hem nicel hem nitel verilerin avantajlarını bir arada kullanmak üzere karma yöntem araştırması desenlerinden açıklayıcı sıralı desen tercih edilmiştir. Araştırmanın nicel kısmında ön test-son test kontrol gruplu yarı deneysel deseni; nitel kısmında ise fenomonoloji deseni benimsenmiştir. Araştırmanın nicel verilerini toplarken akademik başarı testi (ABT), fen bilimleri ilgi ölçeği (FBİÖ) ve bilişüstü ölçeğinden (BÜÖ), nitel veriler için ise eğitsel amaçlı chatbotlara yönelik yarı yapılandırılmış görüşme formundan (EACB YYGF), deney grubu öğrencilerinin Bilgecan bot ile yaptıkları diyaloglarından ve kontrol grubu öğrencilerinin dersini yürüten öğretmen dönütlerinden faydalanılmıştır.  Nicel veri toplama araçları deney ve kontrol gruplarına asıl uygulamaya başlamadan önce ön test olarak uygulanmıştır. Dersler her iki grupta okulda görev yapan iki farklı fen bilimleri öğretmeni tarafından Fen Bilimleri dersine ait ünitelendirilmiş yıllık plana göre hazırlanmış ortak bir ders planı kapsamında yürütülmüştür. Altı haftalık deneysel işlem dönem boyunca, her bir dersin sonunda öğretmenler tarafından hem deney grubuna hem de kontrol grubuna aynı içerikli ev ödevleri verilmiştir. Deney grubu öğrencileri, bu ödevleri Bilgecan botu kullanarak yaparken; kontrol grubu öğrencileri ise ders kitaplarından yararlanarak ödevlerini tamamlamışlardır. Bu uygulamalar, öğrencilerin haftalık okul ders programında belirlenmiş olan Fen Bilimleri ders saatleri göz önünde bulundurularak okul dışı zamanlarda gerçekleştirilmiştir.  Uygulama sonunda nicel veri toplama araçları deney ve kontrol gruplarına son test olarak uygulanmıştır.  Araştırmanın nitel verilerini toplamak için öncelikle EACB YYGF kullanılarak deney grubu öğrencilerinin Bilgecan bota yönelik görüşleri belirlenmiştir. Ayrıca deney grubu öğrencilerinin chatbot kullanma davranışları hakkında daha fazla bilgi elde etmek amacıyla Bilgecan bot ile yaptıkları diyaloglar incelenip analiz edilmiştir. Kontrol grubuna ilişkin nitel veriler, öğrencilerin ders kitabını kullanarak ev ödevlerini yaparken yaşadıkları zorlukları tespit etmek amacıyla, dersi veren öğretmenden alınan dönütlerle toplanmıştır. Nicel verilerin analiz sürecinde betimsel ve çıkarımsal istatistik yöntemleri kullanılmıştır. Betimsel istatistik sürecinde verilere ait çarpıklık-basıklık kat sayıları, histogram grafikleri ve Shapiro-Wilk sonuçları test edilmiş olup verilerin normal dağılım gösterdiği sonucuna ulaşılmıştır. Çıkarımsal istatistik sürecinde ise MANCOVA analizi yapılmıştır Nitel verilerin analizi, içerik, betimsel ve tematik analiz yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın nicel bulgularına göre deney ve kontrol grubu arasında öğrencilerin fen konularındaki akademik başarıları ve fen dersine yönelik ilgileri açısından deney grubu lehine manidar düzeyde bir fark olduğu, bilişüstü beceriler açısından ise manidar düzeyde bir fark olmadığı ve grupların birbirine benzer olduğu tespit edilmiştir. Araştırmanın nitel bulgularına göre ise EACB YYGF'den elde edilen öğrencilerin chatbotlarla ilgili görüşleri; chatbotu ilk kez deneyimledikleri, kullanırken kendilerini rahat hissettikleri, verilen cevapları yeterli ve eğlenceli buldukları, ayrıca chatbotun soru sorma becerilerine ve fen dersine olan ilgilerine katkıda bulunduğu şeklinde olmuştur. Deney grubu öğrencilerinin Bilgecan bot ile yaptıkları diyalogların analizlerinden elde edilen bulgulara göre ise öğrencilerin Bilgecan botu çoğunlukla ev ödevlerinde yer alan soruların cevaplarını almak için kullandıkları, amaç dışı soru sormadıkları ve daha çok bilgi edinme ve akademik destek almaya yönelik davranış sergiledikleri sonucuna ulaşılmıştır. Kontrol grubundan elde edilen bulgulara göre ise öğrencilerin ders kitabında yer alan soyut konu ve kavramları anlamakta zorlandıkları, bu konu ve kavramların anlaşılabilirliğini sağlamak için ek bir desteğe ihtiyaç duydukları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu araştırma, fen eğitiminde eğitsel amaçlı chatbotların kullanılmasının etkili bir araç olabileceğini göstermektedir. Bu araştırmanın, Türkiye'de fen eğitimi alanında chatbotların kullanım potansiyelini ortaya koyması ve eğitsel amaçlı chatbotların faydalarını göstermesi bakımından, gelecekteki araştırmacılara rehberlik edeceği düşünülmektedir.

Abstract:
The aim of this study is to determine the role of using a rule-based educational chatbot named "Bilgecan bot", which is specially designed for the fifth grade "Sun, Earth and Moon" unit, on students' academic achievement, interest in science course and metacognitive skills in out-of-school environments and to reveal students' views on chatbots. The research was conducted in the first semester of the 2022-2023 academic year with 52 fifth grade students in a public secondary school affiliated to the Ministry of National Education in the district centre of Çekerek, Yozgat province, in 7 weeks. The students constituting the study group were randomly assigned to the experimental process conditions as experimental (5/B-N=26) and control (5/A-N=26) groups. In order to use the advantages of both quantitative and qualitative data together, explanatory sequential design, one of the mixed method research designs, was preferred. Quasi-experimental design with pre-test-post-test control group was adopted in the quantitative part of the study, and phenomenological design was adopted in the qualitative part. While collecting the quantitative data of the study, the academic achievement test (AAT), science interest scale (SIS) and metacognitive scale (MCS) were used, and for qualitative data, the semi-structured interview form for chatbots for educational purposes (SSI FEC), the dialogues of the experimental group students with Bilgecan bot, and the feedback of the teacher who conducted the course of the control group students were used.  Quantitative data collection tools were applied to the experimental and control groups as a pre-test before the actual implementation. The lessons were conducted by two different science teachers working at the school in both groups within the scope of a common lesson plan prepared according to the unitised annual plan of the Science course. During the six-week experimental period, homework assignments with the same content were given to both the experimental group and the control group by the teachers at the end of each lesson. The experimental group students completed these homework assignments using Bilgecan bot, while the control group students completed their homework assignments using textbooks. These applications were carried out during out-of-school hours, taking into account the Science course hours determined in the weekly school curriculum of the students.  At the end of the application, quantitative data collection tools were applied to the experimental and control groups as a post-test.  In order to collect the qualitative data of the study, firstly, the opinions of the experimental group students towards the Bilgecan bot were determined using the SSI FEC. In addition, in order to obtain more information about the chatbot usage behaviors of the experimental group students, their dialogues with Bilgecan bot were examined and analyzed. Qualitative data for the control group were collected through feedback from the teacher who taught the course in order to determine the difficulties experienced by the students while doing their homework using the textbook. Descriptive and inferential statistical methods were used to analyse the quantitative data. In the descriptive statistics process, skewness and kurtosis coefficients, histogram graphs and Shapiro-Wilk results of the data were tested and it was concluded that the data showed normal distribution. MANCOVA analysis was performed in the inferential statistics process. Qualitative data were analysed using content, descriptive and thematic analysis methods. According to the quantitative findings of the study, it was determined that there was a significant difference between the experimental and control groups in terms of students' academic achievement in science subjects and their interest in science lessons in favour of the experimental group, while there was no significant difference in terms of metacognitive skills and the groups were similar to each other. According to the qualitative findings of the study, the opinions of the students obtained from SSI FEC about chatbots were that they experienced the chatbot for the first time, felt comfortable using it, found the answers given adequate and entertaining, and that the chatbot contributed to their questioning skills and interest in science lessons. According to the findings obtained from the analysis of the dialogues of the experimental group students with Bilgecan bot, it was concluded that the students mostly used Bilgecan bot to get answers to the questions in their homework assignments, did not ask questions out of purpose, and exhibited behaviors more aimed at obtaining information and academic support. According to the findings obtained from the control group, it was determined that the students had difficulty in understanding the abstract topics and concepts in the textbook and needed additional support to ensure the comprehensibility of these topics and concepts. As a result, this research shows that the use of chatbots for educational purposes in science education can be an effective tool. It is thought that this study will guide future researchers in terms of revealing the potential of using chatbots in the field of science education in Turkey and showing the benefits of chatbots for educational purposes.