Mühendislik tasarım temelli fen öğretiminin sınıf öğretmeni adaylarının karar verme, bilimsel yaratıcılık ve tasarım becerilerine etkisi
The effect of engineering design based science teaching on classroom decision making, scientific creativity and design skills of clasroom teacher candidates
Yazar: ELÇİN AYAZ
Danışman: PROF. DR. RABİA SARIKAYA
Gazi Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Temel Eğitim Ana Bilim Dalı / Sınıf Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Aday öğretmenler = Candidate teachers ; Bilimsel yaratıcılık = Scientific creativity ; Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Karar verme = Decision making ; Mühendislik = Engineering ; Mühendislik eğitimi = Engineering education ; Mühendislik tasarımı = Engineering design ; Sınıf öğretmenleri = Class teachers ; Tasarım = Design ; Öğretmenler = Teachers

Özet:
Küresel anlamda eğitim sistemi üzerinde büyük etkisi olan Amerika Birleşik Devletleri'nde araştırma/sorgulama temelli yürütülen fen eğitimine mühendislik süreci dâhil edilmeye başlamıştır. Mühendislik tasarım sürecinde, günlük hayattaki problemlerin çözümü için, fen, teknoloji, mühendislik ve matematik (STEM)  disiplinleri birleştirilerek STEM entegrasyonu sağlanmaya çalışılmaktadır. STEM disiplinlerinin belirli kazanımlar doğrultusunda birlikte ele alınması bütünleşik STEM kavramını ortaya çıkarmıştır. Ülkemizde ilkokul ve ortaokul fen bilimleri dersi öğretim programı 2018 yılında güncellenerek bu programda fen bilimleri, teknoloji, mühendislik ve matematik entegrasyonun sağlanması gerektiği vurgulanmış ve dördüncü sınıftan itibaren fen bilimleri dersine mühendislik ve tasarım becerileri eklenmiştir. Erken yaşlarda mühendislik tasarım temelli uygulamaların yapılabilmesi öncelikle bu konuda öğretmenlerin yeterli olmasına bağlıdır. Bu nedenle özellikle eğitim fakültelerinde lisans eğitimi alan öğretmen adaylarının STEM eğitimi almaları ve mühendislik tasarım temelli uygulamalara hâkim olmaları önem arz etmektedir. Ayrıca, öğrencilerin 21. yüzyıl becerilerinden yaratıcı düşünme, karar verme gibi becerileri kazanmaları da oldukça önemlidir.  Bu çalışmanın amacı da mühendislik tasarım temelli fen öğretiminin sınıf öğretmeni adaylarının karar verme becerisi, mühendislik tasarım temelli süreç becerisi ve bilimsel yaratıcılıklarına etkisini incelemektir. Bu çalışma karma araştırma yönteminden iç içe gömülü desene göre planlanmıştır. Çalışmanın nicel kısmında deneysel desenlerden "ön test-son test kontrol gruplu seçkisiz desen" kullanılmış nitel kısmında ise nicel süreçlerde toplanan veriler açıklanmıştır. Çalışmanın katılımcıları, kolay ulaşılabilir yolla seçilmiştir.  Çalışma grubu 2017-2018 eğitim-öğretim yılında Ankara'daki bir devlet üniversitesinde Eğitim Fakültesi Sınıf Eğitimi Anabilim Dalı 2. sınıfta okuyan 27 deney ve 33 kontrol grubu olmak üzere 60 öğretmen adayından oluşmaktadır. Uygulamalar Fen ve Teknoloji Laboratuvar Uygulamaları-II dersinde yapılmış ve toplam14 hafta sürmüştür. Kontrol grubunda ilkokul 4. sınıf Fen Bilimleri dersi kazanımları 5E öğrenme modeline göre işlenmiştir. Deney grubunda ise 5E öğrenme modeli içinde Mühendislik Tasarım Temelli Fen Öğretimi (MTTFÖ) uygulanmış ve ilkokul 4. sınıf Fen Bilimleri dersi kazanımları STEM'in içerik entegrasyonu temeline dayandırılmıştır. MTTFÖ sürecinde sınıf öğretmeni adaylarının karar verme becerileri ölçülürken Ercan ve Bozkurt (2013) tarafından geliştirilen ve Bozkurt (2014) tarafından öğretmen adayları için revize edilen "Karar Verme Beceri Testi (KVT)"; bilimsel yaratıcılıkları ölçülürken Hu ve Adey (2002) tarafından geliştirilen, Kadayıfçı (2008) tarafından uyarlanan "Bilimsel Yaratıcılık Ölçeği (BYT)" ve mühendislik tasarım temelli süreç becerileri ölçülürken de "Mühendislik Tasarım Döngü Formları (MTDF)" kullanılmıştır. Nicel veriler bağımlı ve bağımsız gruplar t testi, tek yönlü tekrarlı ölçümler ANOVA, çok değişkenli varyans analizi (MANOVA) ile değerlendirilmiştir. MTTFÖ sürecinin başında, ortasında ve sonunda yapılan odak grup görüşmelerinden ve mühendislik tasarım döngü formlarından elde edilen nitel veriler ise içerik analizi ile değerlendirilmiştir. MTTFÖ süreci sonunda nicel bulgular incelendiğinde; deney grubu sınıf öğretmeni adaylarının karar verme becerisi ortalama puanlarının (X̄=0,71, ss=0,12) kontrol grubunun ortalama puanlarından (X̄=0,57, ss=0,19) anlamlı düzeyde farklı olduğu (p<0,05) ve aradaki farkın yüksek etki değerine sahip olduğu (Cohen's d= 0,84) bulunmuştur. Bununla birlikte deney grubu sınıf öğretmeni adaylarının bilimsel yaratıcılık ortalama puanlarının (X̄=11,53, ss=2,15) kontrol grubunun ortalama puanlarına (X̄=6,45, ss=3,75) göre istatistiksel olarak anlamlı düzeyde farklı olduğu (p<0,05)  ve aradaki farkın yüksek etki değerine sahip olduğu (Cohen's d= 1,62) tespit edilmiştir. Ayrıca bilimsel yaratıcılığın özellik boyutunun; akıcılık, esneklik ve özgünlük alt boyutlarında da deney grubu lehine anlamlı düzeyde farklılık gözlenmiştir. Benzer şekilde, deney grubu sınıf öğretmeni adaylarının mühendislik tasarım süreç becerisi haftalık ortalama puanları süreç boyunca artmıştır. Yapılan tekrarlı ölçümler ANOVA sonuçlarına göre haftalık ortalama puanlar arasındaki farkın istatistiksel olarak anlamlı (p<0,05) ve yüksek etki değerine sahip olduğu (Cohen's d= 0,83)  görülmüştür. Bu araştırmanın sonucunda mühendislik tasarım temelli fen öğretimi ile derslerin işlendiği sınıf öğretmen adaylarının karar verme, bilimsel yaratıcılık ve mühendislik tasarım temelli süreç becerilerinde olumlu yönde gelişmeler olduğu saptanmıştır. Araştırmanın nitel kısmında sınıf öğretmeni adayları mühendislik tasarım süreci, karar verme süreci ve bilimsel yaratıcılık arasında ilişki kurarak, problemlere uygun çözümler üretilirken benzer aşamalardan yararlandıklarını belirtmişlerdir. Ayrıca, öğretmen adaylarının MTTFÖ sürecinde karar verme, bilimsel düşünme ve mühendislik tasarım temelli süreç becerilerinin geliştiği görülmüştür.

Abstract:
In the United States, which has a major impact on the global education system, the engineering process has begun to be incorporated into science education that has been conducted on the basis of research/inquiry. In the engineering design process, STEM integration is tried to be achieved by combining the disciplines of science, technology, engineering and mathematics (STEM) to solve the problems in daily life. The combination of STEM disciplines towards certain objectives led to the concept of integrated STEM. In our country, the primary and secondary school science curriculum was updated in 2018 and it was emphasized that there should be integration of science, technology, engineering and mathematics and engineering and design skills added to the science lesson beginning with the fourth grade. The ability to make engineering design based applications at an early age depends primarily on the adequacy of teachers. For this reason, it is important that prospective teachers, who receive their undergraduate degree from especially the faculties of education, are provided with STEM education and they are mastered in engineering design based applications. It is also very important that students have the skills of the 21st century, namely creative thinking and decision-making.  The aim of this study is to investigate the effect of engineering design based science teaching on classroom teacher candidates' decision making skills, scientific creativity and engineering design based process skills. This study was planned according to the embedded design, a mixed research method. An experimental design, namely "randomized design with pre-test and post-test control group", was used for the purposes of the quantitative part of the study, where the qualitative part explained the data collected through the quantitative processes. The participants of the study were selected in a convenience sampling way.  The study group consisted of 60 pre-service teachers (27 experimental and 33 control groups) in the second year of the Faculty of Education in a public university in Ankara during the 2017-2018 educational year. The study was conducted during the Science and Technology Laboratory Applications-II course and lasted 14 weeks. In the control group, elementary school 4th grade Science course objectives were taught according to 5E learning model. In the experimental group, Engineering Design Based Science Teaching (EDBST) was applied within the 5E learning model and the 4th grade Science course objectives were based on STEM's content integration. "Decision Making Skills Test" (DMST) developed by Ercan and Bozkurt (2013) and revised for teacher candidates by Bozkurt (2014) was used to measure the decision-making skills of the classroom teacher candidates; "Scientific Creativity Scale" developed by Hu and Adey (2002) and adapted by Kadayıfçı (2008) was used to measure their scientific creativity; and finally, "Engineering Design Cycle Forms" (EDCF) was used to measure engineering design-based process skills for the purposes of EDBST. Quantitative data were evaluated by dependent and independent groups t test, one-way repeated measures ANOVA, and multivariate analysis of variance (MANOVA). The qualitative data obtained from the focus group interviews and engineering design cycle forms at the beginning, middle and end of the EDBST process were evaluated by content analysis. At the end of the EDBST process, upon review of the quantitative findings; it was seen that the mean scores of the classroom teacher candidates for decision-making skills in the experimental group (X̄ = 0,71, ss = 0,12) were significantly different from the mean scores of the control group (X̄ = 0,57, ss = 0,19) (p<0,05) and that said difference was found to have a high effect value  (Cohen's d = 0,84). Furthermore, the mean scores of classroom teacher candidates for scientific creativity of the experimental group (X̄ = 11,53, ss = 2,15) were statistically significantly different compared to the mean scores of the control group (X̄ = 6,45, ss = 3.75) (p <0,05) and that said difference was found to have a high effect value (Cohen's d = 1,62). In addition, the properties domain of scientific creativity were also significantly different in favor of the experimental group in fluency, flexibility and originality subdomains. Similarly, the weekly mean scores of engineering design process skills of experimental group classroom teacher candidates increased during the process. According to the repeated ANOVA results, the difference between the weekly mean scores were statistically significant (p <0,05) and had a high effect value (Cohen's d = 0,83). As a result of this research, it has been found that there are positive developments in the decision making, scientific creativity and engineering design based process skills of the prospective classroom teachers where the courses are taught with engineering design based science teaching. In the qualitative part of the research, prospective classroom teachers stated that they make use of similar stages in producing appropriate solutions to problems by establishing a relationship between engineering design process, decision making process, and scientific creativity. In addition, it has been observed that teacher candidates' decision-making, scientific thinking, and engineering design-based process skills are improved during the EDBST process.