Özel yetenekli öğrencilere yönelik tasarlanan STEM etkinliğinin öğrencilerin bilimsel yaratıcılık, bilişsel başarı ve eleştirel düşünme becerisine etkisi: Yenilenebilir enerji kaynakları konusu örneği
The effect of STEM based activity designed for gifted students on students' scientific creativity, cognitive achievement and critical thinking skills: A case study on renewable energy resources
Yazar: GÜRHAN BEBEK
Danışman: PROF. DR. HAKAN ŞEVKİ AYVACI
Trabzon Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İlköğretim Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Bilim ve sanat merkezleri = Science and arts centers ; Bilimsel yaratıcılık = Scientific creativity ; Bilişsel başarı = Cognitive achievement ; Eleştirel düşünce = Critical thinking ; FeTeMM = STEM ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Fen bilgisi öğretimi = Science teaching ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Üstün yetenekli çocuklar = Gifted children

Özet:
Bu araştırmanın temel amacı, özel yetenekli öğrencilere yönelik tasarlanan STEM etkinliğinin öğrencilerin bilimsel yaratıcılık, bilişsel başarı ve eleştirel düşünme becerisi üzerindeki etkisini belirlemektir. İlgili amaca bağlı olarak; özel yetenekli öğrencilerin STEM ve yenilenebilir enerji kaynakları konusundaki zihinsel modellerinin belirlenmesi, STEM basamaklarını ve mühendislik tasarım sürecini içeren öğretim materyalinin tasarlanması, tasarlanan öğretim materyalinin süreç için uygunluğunu denetleme adına pilot uygulamasının yapılması, pilot uygulamalardan elde edilen dönütlere bağlı olarak materyale son halinin verilmesi, özel yetenekli öğrencilerin bilimsel yaratıcılık ve eleştirel düşünme becerisi ile yenilenebilir enerji kaynakları konusundaki bilişsel başarılarının belirlenmesi için ön-testlerin uygulanması, özel yetenekli öğrenciler için tasarlanan öğretim materyali ile STEM etkinlik sürecinin yürütülmesi, özel yetenekli öğrencilerin uygulama sürecinin sonundaki bilimsel yaratıcılık, eleştirel düşünme ve bilişsel başarı durumlarını belirlemek için son-testlerin uygulanması ve STEM etkinliğinin bilimsel yaratıcılık, eleştirel düşünme ve bilişsel başarı üzerine etkisinin değerlendirilmesi şeklinde sekiz basamaktan meydana gelen bir araştırma süreci yürütülmüştür. 
Araştırma sürecinin yürütülmesinde; özel yetenekli öğrencilerin zihinsel modellerinin belirlenmesi aşamasında nitel yaklaşım, özel yetenekli öğrencilere yönelik STEM etkinlik materyalinin tasarlanması, pilot uygulamasının yapılması ve materyale son halinin verilmesi aşamasında tasarım tabanlı araştırma yaklaşımı ve özel yetenekli öğrencilerin uygulama süreci öncesindeki değişkenlerin var olan durumunun belirlenmesi, STEM etkinlik sürecinin yürütülmesi ve uygulama süreci sonrasındaki değişkenlerin durumun değerlendirmesi aşamasında ise nicel yaklaşım benimsenmiştir. Araştırmanın nitel boyutu Trabzon il merkezinde yer alan Bilim ve Sanat Merkezi'nde eğitim görmekte olan Bireysel Yetenekleri Fark Ettirme (BYF), Özel Yetenekleri Geliştirme (ÖYG) ve Proje Üretimi ve Yönetimi Programı'nda öğrenim görmekte olan toplam 18 öğrenci ile; tasarım tabanlı araştırma boyutu fen bilgisi eğitimi alanında uzman 3 - özel eğitim alanında uzman 1 öğretim elemanı, 8 branş öğretmeni ve 6 öğrenci ile; nicel boyutu ise BYF Programı'nda öğrenim görmekte olan toplam 24 öğrenci ile yürütülmüştür. Araştırmada veri toplama aracı olarak klinik mülakatlardan, çizim çalışmalarından, alan notlarından, bilimsel yaratıcılık ölçeğinden, eleştirel düşünme ölçeğinden ve bilişsel başarı testinden faydalanılmıştır. İlgili veri toplama araçlarından elde edilen veriler sahip oldukları özellikler göz önüne alınarak çeşitli analiz süreçlerine tabii tutularak değerlendirmeleri sağlanmıştır.
Araştırma kapsamında elde edilen veriler incelendiğinde; (i) Özel yetenekli öğrencilerin enerji kavramını güç kavramı ile ilişkilendirmelerine bağlı olarak görüşlerinin zihinsel modelden bilimsel modele doğru evirildiği; elektrik enerjisi kavramına değinmelerinde günlük yaşam deneyimlerinin etkili olduğu; güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi kavramlarına vurgu yapmalarında enerji ihtiyacı ve rüzgâr enerjisi ile güneş enerjisinin önemi konularında farkındalıklarının olduğu; kavram yanılgısına sahip olmaları nedeniyle yenilenebilir enerji kaynağı türü olarak nükleer enerji kavramına değindikleri; enerji ihtiyacının artması ve teknolojik gelişmeler konusunda farkındalıklarının olduğu ve coğrafi koşulların önemine ve çoklu kaynak kullanımına vurgu yapmalarına bağlı olarak proje oluşturma düşüncesini içselleştirdikleri sonuçlarına ulaşılmıştır. (ii) Özel yetenekli öğrencilerin STEM kavramına yönelik zihinsel modellerinde disiplinlerarası yaklaşım ve fen bilimleri çalışmalarına ve beceri kazandırma, entegrasyon sağlama ve araştırmaya teşvik etme özelliklerine değinmelerine bağlı olarak anlamsal ve kavramsal boyutta farkındalıklarının olduğu; STEM etkinlik türlerine yönelik robotik / lego etkinlikleri ve 3D yazıcı etkinliklerine vurgu yapmalarında kavramsal bilgi eksikliklerinin bulunduğu; STEM etkinliklerine yönelik olumlu görüşlerinde mühendislik tasarım sürecinin etki olduğu, olumsuz görüşlerinde ise bilim ve sanat merkezinde sınırlı saat dilimi içerisinde etkinlikleri yürütebiliyor olmalarının etkisinin olduğu sonuçlarına varılmıştır. (iii) Öğretim materyalini geliştirme sürecine yönelik uzmanların, branş öğretmenlerinin ve özel yetenekli öğrencilerin birbirlerinden ayrışım gösterdiği noktalar olduğu gibi görsellik, araştırmacı rolü ve orijinal proje üretimi gibi noktalarda benzeşim gösterdikleri ortaya çıkarılmıştır. (iv) Öğretim materyalinin pilot uygulaması sürecinde araştırma-sorgulama yapabilme, yaratıcılık sağlayabilme, problem çözme yeterliklerini kullanabilme ve iletişim becerisi gibi konularda olumlu ve kavramsal bilgi eksikliği, bilimsel dil kullanımında yaşanan problemler ve eleştirel düşünme gibi konularda ise konularda olumsuz durumların varlığı gözlemlenmiştir. (v) Özel yetenekli öğrencilere yönelik tasarlanan STEM etkinliğinin öğrencilerin bilimsel yaratıcılık ve bilişsel başarı düzeyi üzerinde anlamlı farklılık meydana getirdiği eleştirel düşünme becerisi üzerinde ise anlamlı farklılık yaratacak etkiye sahip olmadığı ortaya konulmuştur. 
Elde edilen veriler ışığında; bilim ve sanat merkezinde yürütülen uygulamalarda STEM etkinliklerine yönelimin arttırılması, STEM etkinlik sürecinde uzman-öğrenci buluşmasının sağlanması, STEM etkinliği için öğretim materyali geliştirme sürecinde tüm paydaşların sürece dahil edilmesi, STEM etkinliğinin bilimsel yaratıcılık ve bilişsel başarı üzerinde anlamlı farklılık yaratıyor olmasına rağmen eleştirel düşünme boyutuna etkisinin olmamasının araştırılması önerilerinde bulunulmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to determine the effect of STEM based activity designed for gifted students on students' scientific creativity, cognitive achievement and critical thinking skills. Depending on this aim, the research process was carried out in eight steps involving; Determining the gifted students' mental models on STEM and renewable energy sources, designing the teaching material including the steps of STEM and engineering design process, executing pilot implementation of the designed teaching material in order to check its suitability for the process, finalizing the material depending on the feedback obtained from pilot implementation, conducting pre-tests to determine the gifted students' scientific creativity, critical thinking skills and their cognitive success on renewable energy sources, carrying out the STEM based activity process with teaching material designed for gifted students, conducting post-tests to determine the gifted students' scientific creativity, critical thinking skills and cognitive achievement at the end of the implementation process and evaluation of the effect of STEM based activity on scientific creativity, critical thinking and cognitive achievement. 
While managing the research process; it has been decided to use qualitative approach to indicate the cognitive models of gifted students, design-based research approach in designing, executing pilot implementation and finalizing the material towards STEM activity for gifted students, quantitative approach in the process of determining the preexisting situation of gifted students before the implementation process, carrying out the STEM activity and evaluating the situation of gifted students after the implementation process. The qualitative dimension of the research was carried out with 18 students in total studying in the training programs of Individual Talent Recognition (ITR), Special Talent Development (STD) and Project Production and Management located in the city-center of Trabzon; the design-based research dimension was carried out with 3 experts in the field of science education, 1 instructor in the field of special education, 8 subject matter teachers and 6 students; and the quantitative dimension was carried out with 24 students studying in the training program of ITR in Science and Arts Center located in the city-center of Trabzon. In the research, clinical interviews, drawing studies, field notes, scientific creativity scale, critical thinking scale and cognitive achievement test were used as data collection tools. The data obtained from the data collection tools were subjected to various analysis processes and evaluated by considering their characteristics.
When the obtained data within the scope of the research are examined; it has been extrapolated that (i) the gifted students' views were evolved from a mental model to a scientific model depending on how they associated the concept of energy with the concept of power; their daily life experiences were effective in their reference to the concept of electrical energy; they had an awareness of the importance of solar energy, wind energy and the need of energy in their emphasizing the issues of solar energy and wind energy; the concept of nuclear energy was mentioned as a type of renewable energy source due to their misconception; they were aware of the increase in the need of energy and technological developments, and they internalized the idea of building projects depending on their emphasis on the importance of geographical conditions and multi-resource use. It has been extrapolated that (ii) the gifted students had semantic and conceptual awareness depending on their reference to interdisciplinary approach and science studies in their mental models for the concept of STEM and their ability to gain skills, provide integration and encourage research; there was a lack of conceptual knowledge in their emphasis on robotic / Lego activities and 3D printer activities for STEM based activity types; their positive opinions about STEM based activities were influenced by the engineering design process and their negative opinions were due to the fact that they were able to carry out activities within a limited time period in Science and Arts Center. It has been revealed that (iii) regarding the process of developing the teaching material, there are points where experts, subject matter teachers and gifted students differ from each other and there are some similar points as visuality, the role of researcher and the ideas of original project production. It has been observed that (iv) in the process of pilot implementation of teaching material, there were positive situations in subjects such as doing inquiry, providing creativity, problem solving skills and communication skills, and there were negative situations in the subjects such as lack of conceptual knowledge, having problems in the use of scientific language and critical thinking. It has been revealed that (v) while the STEM based activity designed for gifted students made a meaningful difference on their scientific creativity and cognitive achievement level and did not make a meaningful difference on their critical thinking skill.
According to data obtained; it has been suggested to increase the orientation of STEM activities in the implementations carried out in Science and Arts Center, to provide expert-student meeting in STEM based activity process, to involve all stakeholders in the process of developing teaching material for STEM based activity, to investigate the neuter effect of STEM based activity on the dimension of critical thinking although STEM based activity makes a meaningful difference on scientific creativity and cognitive achievement.