Fen eğitiminde hesaplamalı düşünme araştırmalarının incelenmesi: Bir meta-analiz çalışması
Analysis of computational thinking research in science education: A meta-analysis study
Yazar: GÜLBİN KIYICI
Danışman: PROF. DR. HAVVA YAMAK
Gazi Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Bilgi işlemsel düşünme = Computational thinking ; FeTeMM = STEM ; Fen bilgisi dersi = Science lesson ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Hesaplama = Calculation ; Kompülsif davranış = Compulsive behavior ; Meta analizi = Meta analysis

Özet:
Bu araştırmanın amacı hesaplamalı düşünmeyi geliştirmeye yönelik fen eğitimi alanında yapılmış araştırmaların bulgularına kapsamlı bir genel bakış sağlamak ve bütüncül bir yaklaşımla incelemektir. Aynı zamanda meta-analize dahil edilen çalışmaların betimleyici istatistikleri ve Fen derslerindeki uygulamaların hesaplamalı düşünme becerisi üzerinde bir etkiye sahip olup olmadığı incelenmiştir. Alan yazın taramasıyla başlayan süreç uygunluk ölçütlerinin belirlenmesi, kodlama formu geliştirilmesi, pilot kodlamalar, kodlama formu ve kılavuzunun son halinin verilmesi, Kodlama süreci (araştırmacı kodlaması ve paralel kodlamalar) sonrasında veri analizi, bulguların değerlendirilmesi ve rapor etme süreciyle son bulmuştur. Analiz aşamasında meta-analize dahil edilen birincil araştırmalardan elde edilen verilerin tanımlanması amacıyla Betimsel İstatistiki bilgilere, fen bilimleri eğitiminin hesaplamalı düşünme becerisi üzerindeki etkisinin düzeyini sorgulamak amacıyla temel bileşen analizlerine ve düzenleyici değişken analizlerine yer verilmiştir. Temel Bileşen analizlerinde yapılan meta-analizin geçerliliğini test etmek için yayın yanlılığının incelenmesi gerekmektedir. Çalışmaya Ait Yayın Yanlılığı durumu, Huni Saçılım Grafiği, Egger Regresyon Analizi, Duval ve Tweedie Kes ve Doldur Analizi, Rosenthal'ın Hata Koruma N değeri, Orwin Koruma N değeri, Begg ve Mazumdar Sıra Korelasyonu ile belirlenmiştir. Analizler sonucunda elde edilen bulgular incelendiğinde %69 dergi makalesi, %6 oranında ise yüksek lisans tezi olduğu belirlenen fen bilimleri eğitiminde hesaplamalı düşünme çalışmalarının yüksek oranda (0,84) İngilizce dilinde yayınlandığı, %38 Amerika Birleşik Devletlerinde yapıldığı, yarısında pilot çalışma yapılmadığı ve hatta %9'luk bir kısmının ise pilot çalışma yapıp yapmama durumunu açıklamadığı, yüksek oranda (0,63) karma yöntemle tasarlandığı, çoğunlukla yarı deneysel desenlendiği,  deney-kontrol gruplu (0,38) ve tek grup (0,36) ön test/son test modeline uygun tasarlandığı, örnekleme yönteminin Rastgele Olmayan (%47 ) ve Amaçlı Rastgele Olmayan (%16), okul seviyesinin ise yarıdan fazlasının (%53) 5-8. sınıf seviyesinde olduğu, örneklem demografik yapısının çok yüksek oranda (%72) kentsel bölgelerden seçildiği, uygulama konu alanının çoğunlukla STEM (%47) ve Fizik (%16) olduğu, uygulamayı %53'ünde araştırma grubu öğretmeninin yaptığı belirlenmiştir. Alan yazında fen bilimleri konularının öğretilmesi sürecinde hesaplamalı düşünme düzeyine müdahale etmek amacıyla yapılan araştırmalarda algoritma, bilgisayar, kodlama, robotik ve ters yüz (flipped) sınıf uygulamalarının kullanıldığı çalışmalar belirlenmiştir. Yayın yanlılığı analizlerine toplu şekilde baktığımızda Huni Grafiği tarafsız verilerden elde edilen bir grafik olup; Begg ve Mazumdar Sıra Korelasyonuna göre de örneklem seçimi yanlı olmadığından herhangi bir yayın yanlılığına yol açmamaktadır. Egger ve Orwin'e göre birincil araştırmalar arasında düşük düzeyde yayın yanlılığı olduğu görülmüştür. Yayın yanlılığını tamamen ortadan kaldırmak için gerekli çalışma sayısının tespit edildiği yöntemler farklı sonuçlar verdiğinden yayın yanlılığının meta-analiz için tehdit olup olmadığı konusunda çok farklı değerlendirmelere yol açar. Ancak Roshental'ın önerdiği hesaplanan hata koruma sayısı(N) ile meta-analizdeki birincil araştırma sayısı (k) arasındaki orana göre, birincil araştırmalar arasında olan düşük düzeydeki yayın yanlılığına karşı, meta-analiz verileri sağlamdır.  Fen bilimleri eğitimi alanında hesaplamalı düşünmeye ilişkin araştırmaların genel etki büyüklüğü tahmini incelenmiş ve birincil araştırmaların heterojen olduğu sonucuna varılmıştır. İncelenen heterojenlik parametrelerinin değerlendirilmesi sonucu, düzenleyici değişkenlerin araştırma verilerindeki heterojenliği kısmen ya da tamamen ortaya çıkarmış olabileceği düşünülmüştür. Dahil etme ve hariç tutma ölçütlerine göre belirlenen birincil araştırmaların etki büyüklükleri arasında, yıllara, ülkelere, sınıf/eğitim düzeyine, örneklem sayılarına, uygulama alanlarına, öğretim yaklaşımlarına, araştırma yöntemlerine, yayın türüne, uygulanan konu alanına (fizik, kimya, biyoloji ve fen bilgisi), öğrencilerin öğrenim düzeylerine (İlköğretim, ortaöğretim, yükseköğretim), örneklem büyüklüklerine, ölçek çeşidine, uygulamanın süresine, uygulamayı yapan kişiye göre anlamlı bir farklılık olup olmaması da düzenleyici değişken analizleriyle belirlenmiştir. Fen bilimleri eğitimin hesaplamalı düşünme üzerindeki etkisinin incelendiği meta-analiz çalışmasında 29 araştırmanın pozitif yönde olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın son bölümünde, araştırmada elde edilen sonuçlara göre uygulayıcılara ve araştırmacılara önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
To provide a comprehensive overview and examine with a holistic approach for the findings of research on developing computational thinking in the field of science education. Same time, it has been examined whether the applications in science lessons affect computational thinking skills and the distribution of descriptive statistics of studies included in the meta-analysis. The process starts with a literature review; determination of eligibility criteria, development of coding page, pilot coding, finalization of the coding page and guide, data analysis after the coding process (researcher coding and parallel coding), evaluation of the findings and ended with the reporting process. In the analysis phase, descriptive (Descriptive) Statistical information was used to define the data obtained from the primary studies included in the meta-analysis, principal component analyzes and moderator variable analyzes were used to question the level of the effect of science education on computational thinking skills. It is necessary to examine the publication bias, to test the validity of the meta-analysis in Principal Component analyzes. Publication Bias of the Study was determined with Funnel Scatterplot, Egger Regression Analysis, Duval and Tweedie Cut and Fill Analysis, Rosenthal's Error Protection Number, Orwin Protection N Number, Begg and Mazumdar Rank Correlation. When the research findings were examined, it was seen that computational thinking studies in science education were published in 69% journal articles, 6% master's thesis, and a high rate (84%) in English. According to the primary investigations of this study 38% made in the United States, half of them were not piloted and even 9% of them did not explain whether to conduct a pilot study or not, highly (63%) designed with a mixed-method, mostly quasi-experimental design, it was designed by the experimental-control group (38%) and single group (36%) pre-test/post-test model, the sampling method was Non-Random (47%) and Purpose-Non-Random (16%), on the other hand, more than half (53%) of the school level is 5-8. is at grade level, the demographic structure of the sample is very high (72%) from urban areas, the subject area of application is mostly STEM (47%) and Physics (16%), it was determined that 53% of the research group teachers did the application. There have been studies in which algorithm, computer, coding, robotics, and flipped classroom applications are used which in the studies carried out to increase the level of computational thinking in the field of science education in the literature. When we look at publication bias analyzes collectively, the Funnel plot is a chart derived from unbiased data; According to Begg and Mazumdar Rank Correlation, since the sample selection is not biased, it does not cause any publication bias. According to Egger and Orwin, there was a low level of publication bias among primary studies. Methods that was determined that the number of studies required to eliminate publication bias was determined to yield different results. This leads to very different evaluations on whether publication bias is a threat to the meta-analysis. However, according to the rate suggested by Roshental (between the calculated error protection number (N) and the number of primary studies in the meta-analysis (k)) meta-analysis data is robust against the low level of publication bias among primary studies. The overall effect size estimation of studies on computational thinking in the field of science education was examined and primary studies were found to be heterogeneous. As a result of the evaluation of the heterogeneity, parameters examined it was thought that the regulatory variables may have partially or completely revealed the heterogeneity in the research data. Whether there was a significant difference between the effect sizes of primary studies determined by inclusion and exclusion criteria was determined by moderator variable analysis. The variables evaluated as variables in the moderator analysis depend on years, countries, grade/education level, sample numbers, application areas, teaching approaches, research methods, publication type, applied subject area (physics, chemistry, biology, and science), students' education level (Primary Education). , secondary education, higher education), sample size, type of scale, duration of the application, and the person performing the application. In the meta-analysis study, which examined the effect of science education on computational thinking, 29 studies were found to have a positive effect. In the last part of the study, suggestions were made to practitioners and researchers according to the results obtained in the study.