STEM Eğitimine İlişkin Kavram Yanılgılarının Belirlenmesi İçin Üç Aşamalı Test Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı branşlardaki öğretmenlerin, STEM eğitimine ilişkin kavram yanılgılarını belirlemek ve öğretmenlere ilişkin üç aşamalı kavram yanılgısı testi geliştirmek amaçlanmıştır. Araştırmada karma araştırma yöntemlerinden sıralı keşfedici desen kullanılmıştır. Öğretmenlerdeki kavram yanılgılarını ortaya çıkarmak amacıyla nitel araştırma yöntemlerinden durum çalışması deseni, belirlenen kavram yanılgılarına öğretmenlerin sahip olma oranlarını belirlemek amacıyla nicel araştırma yöntemlerinden tarama araştırma deseni uygulanmıştır. Siirt ilindeki 9 öğretmen ile 19 sorudan oluşan yarı yapılandırılmış görüşmeler yapılmış ve görüşmelerden sonra içerik analizi ile kod-kategori ve temalar oluşturulmuştur. Daha sonra, ulaşılan kavram yanılgıları kullanılarak, STEM eğitimine ilişkin, 8 sorudan oluşan, üç aşamalı kavram yanılgısı testi geliştirilmiştir. Üç aşamalı test Siirt ilinde farklı branşlarda çalışan 163 öğretmene uygulanmış ve elde edilen nicel veri analiz edilmiştir. Testin güvenilirlik katsayısı (KR-20) .68 olarak bulunmuştur ve bu değer, iç tutarlılığın kabul edilebilir düzeyde olduğunu göstermektedir. Testin yapı geçerliğini değerlendirmek için yanlış pozitif ve yanlış negatif puanların yüzdeleri hesaplanmıştır ve ayrıca açımlayıcı faktör analizi yapılmıştır. Öğretmenlerin STEM eğitimi ile ilgili kavram bilgileri “bilimsel bilgiye sahip olma”, “bilgi eksikliği”, “tahmini şanslı cevap” ve “kavram yanılgısı” olmak üzere dört kategoride sınıflandırılmıştır.

Keywords

• STEM eğitimi
• Üç aşamalı test
• Yarı yapılandırılmış görüşme
• Kavram yanılgılarının tespiti

Development of Three Tier Test to Determine Misconceptions Regarding STEM Education

Abstract

This study aimed to identify the misconceptions held by teachers across different disciplines regarding STEM education and to develop a three-stage STEM misconception test. A sequential exploratory mixed-methods design was utilized. To uncover these misconceptions, a qualitative case study approach was first employed; subsequently, a quantitative survey design was used to determine the prevalence of the identified misconceptions among teachers. Semi-structured interviews consisting of 19 questions were conducted with nine teachers in the Siirt province. Content analysis of these interviews yielded specific codes, categories, and themes. Based on these findings, an 8-item, three-stage STEM education misconception test was developed. This test was administered to 163 teachers from various disciplines in Siirt, and the resulting quantitative data were analyzed. The test demonstrated an acceptable level of internal consistency, with a Kuder-Richardson 20 (KR-20) reliability coefficient of .68. To evaluate construct validity, the percentages of false-positive and false-negative scores were calculated, and an exploratory factor analysis was performed. Ultimately, teachers' responses regarding STEM education were classified into four distinct categories: scientific knowledge, lack of knowledge, lucky guess, and misconception.

Keywords

• STEM Education
• Three Tier Test
• Semi-structured Interview
• Detection of misconceptions

References

1. Adıgüzel, T., Ayar, M. C., Corlu, M. S., & Özel, S., (2012, Haziran 26-Haziran 30). Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (Fetemm) Eğitimi: Disiplinlerarası Çalışmalar Ve Etkilişimler [Sözlü Bildiri], X. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi, Niğde, Turkey.
2. Akman, B., (1995). Anaokuluna devam eden 40-69 aylık çocukların kavram gelişimlerinde kavram eğitiminin etkisinin incelenmesi [Doktora Tezi]. Hacettepe Üniversitesi-Ankara.
3. Alkış Küçükaydın, M. (2020). Fen eğitiminde kavram öğretimi konulu araştırmaların sistematik derleme yöntemiyle incelenmesi. Ege Eğitim Dergisi, 21(2), 36-56. doi: 10.12984/egeefd.746326
4. Altun, S. (2009). Üç Aşamalı Bir Testle Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Basit Elektrik Devreleri Konusundaki Kavram Yanılgılarının Tespiti. Bayburt Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 4(I-II), 72-79.
5. Altunel, M. (2018). STEM Eğitimi ve Türkiye: fırsatlar ve riskler. Seta Perspektif, 207, 1-7.
6. Arslan, H., Ö., Çiğdemoğlu, C. & Moseley, C. (2012). A Three-Tier Diagnostic Test to Assess Pre-Service Techers’ Misconceptions About Global Warming, Greenhouse Effect, Ozone Layer Depletion, and Acid Rain. International Journal of Science Education, 34(11), 1667-1689.
7. Aymen Peker, E. & Taş, E. (2020). 5. Sınıf Öğrencilerinin “Canlılar Dünyasını Gezelim ve Tanıyalım” Ünitesi ile İlgili Kavram Yanılgıları. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(1), 643-670.
8. Başol, G. (2016). Eğitimde ölçme ve değerlendirme (Genişletilmiş 4. Baskı). Pegem Akademi.

9. Bray, M. (2010). Researching Shadow Education: Methodological Challenges and Directions. Asia Pacific Education Research, 11, 3-13.
10. Breckler, S.J. (2007). “S” is for Science. Science Directions, 38(8), 32.
11. Brown, T. A. 2006. Confirmatory Factor Analysis for Applied Research. New York: Guilford.
12. Büyüköztürk, Ş. (2009). Sosyal Bilimler İçin Veri Analizi El Kitabı (10. Baskı). Pegem Akademi.
13. Büyüköztürk, Ş., Kılıç Çakmak, E., Akgün, Ö.E., Karadeniz, Ş., & Demirel, F., (2008). Bilimsel Araştırma Yöntemleri (4. Baskı). Pegem Akademi.
14. Bybee, R.W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30-35.
15. Bybee, R. W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. Arlington, VA: National Science Teachers Association Press.
16. Caleon, I. & Subramaniam, R. (2009). Development and Application of a Three-Tier Diagnostic Test to Assess Secondary Students’ Understanding of Waves. International Journal of Science Education, 32(7), 939-961.
17. Can, B. T., Yaşadı, G., Sönmezer, D. & Kesercioğlu, T. (2006). Fen Öğretiminde Kavram Haritaları ve Senaryolar Kavram Yanılgılarını Giderebilir mi? Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 31, 133-146.
18. Canpolat, N. & Pınarbaşı, T. (2011). Bazı kimya kavramlarına yönelik iki kademeli çoktan seçmeli bir testin geliştirilmesi ve uygulanması. Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(1), 55-80.
19. Cresswell, J.W. (2008). Educational Research: Planning, Conducting and Evaluating Quantitative and Qualitative Research. (3rd ed.), Upper Saddle River, NJ:Pearson Education, Inc.
20. Çepni, S., (2019). Kuramdan Uygulamaya Fen ve Teknoloji Öğretimi. Ankara: Pegem Akademi.
21. Çetin, O. (2012). Kavram ağları ve kavram haritaları. http://oguzcetin.gen.tr/kavram-aglari-ve-kavram-haritalari.html (Erişim Tarihi: 9 Ağustos 2019).
22. Çınar, S., & Terzi, S. Y. (2021). STEM Eğitimi Almış Öğretmenlerin STEM Öğretimi Hakkındaki Görüşleri. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(2), 213-245.
23. Çoban, G. Ü., & Ergin, Ö. (2010). İlköğretim öğrencilerinin bilimsel bilginin varlık alanına yönelik görüşlerini belirleme ölçeği, İlköğretim Online, 9(1), 188-202.
24. Demirci, N. & Efe, S., (2007). İlköğretim Öğrencilerinin Ses Konusundaki Kavram Yanılgılarının Belirlenmesi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 1(1), 23-56.
25. Demirel, Ö. (2021). Eğitimde program geliştirme kuramdan uygulamaya. Ankara: Pegem Akademi.
26. Ding, L., Chabay, R., Sherwood, B. & Beichner, R. (2006). Evaluating an Electricity and Magnetism Assessment Tool: Brief Electricity And Magnetism Assessment, Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 2(1), 010105-1-010105-7.
27. Dugger, W. E. (2010, Jan 01-Jan 04). Evolution of STEM in the United States. [Conference session], 6th Biennial International Conference on Technology Education Research, Queensland, Australia.
28. Elmas, R., & Gül, M. (2020). STEM Eğitim Yaklaşımının 2018 Fen Bilimleri Öğretim Programı Kapsamında Uygulanabilirliğinin İncelenmesi. Journal of the Turkish Chemical Society Section C: Chemical Education, 5(2), 223-246. https://doi.org/10.37995/jotcsc.794547
29. English, L. D. (2016). STEM education K-12: Perspectives on integration. International Journal of STEM Education, 3(1), 1-8.
30. Ecevit, T., Yıdız, M., & Balcı, N. (2022). Türkiye’deki STEM eğitimi çalışmalarının içerik analizi. Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 22(1), 263-286. https://dx.doi.org/10.17240/aibuefd.2022..-893198
31. Eryılmaz, A. & Sürmeli E. (2002, Eylül 16- Eylül 18). “Üç Aşamalı Sorularla Isı ve Sıcaklık Konularındaki Kavram Yanılgılarının Ölçülmesi”, [Conference session], 5. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Kongresi, Ankara, Türkiye.
32. Eryılmaz, A. (2010). Development and Application of Three-Tier Heat and Temperature Test: Sample of Bachelor and Graduate Students. Eurasian Journal of Educational Research, 40, 53-76.
33. Feagin, J.R., Orum, A.M., & Sjoberg, G., (1991). A Case for Case Study. Chapel Hill, NC: University of North Carolina Press.
34. Fisher, K. M. (1985). A misconception in biology: Amino acids and translation. Journal of Research In Science Teaching, 22(1), 53-62.
35. Fraenkel, J.R. & Wallen, N.E., (2009). How to Design and Evaluate Research in Education (7th ed.). New York: McGraw-Hill.
36. Gonzalez, H.B. & Kuenzi, J.J., (2012). Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education: A primer. http:// fas.org/sgp/crs/misc/R42642.pdf (Erişim Tarihi 15 Ağustos 2019)
37. Hasan, S., Bagayoko, D., & Kelley, E. L., (1999). Misconceptions and the certainty of response index (CRI). Physics education, 34(5), 294-299.
38. Herdem, K., & Ünal İ., (2018). STEM eğitimi üzerine yapılan çalışmaların analizi: Bir meta-sentez çalışması, Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 48(48). https://doi.org/10.15285/maruaebd.345486
39. Hestenes, D., & Halloun, I. (1995). Interpreting the force concept inventory. Physics Teacher, 33, 502-506.
40. Hiğde, E., Aktamış, H., Arabacıoğlu, T., … Şen, H. C. (2020). Öğretmen ve öğretmen adaylarının STEM alanlarına yönelik tutumlarının ve STEM öğretimi yönelimlerinin farklı değişkenler açısından incelenmesi. Uşak Üniversitesi Eğitim Araştırmaları Dergisi, 6(1), 34-56. https://doi.org/10.29065/usakead.684766
41. Honey, M., Pearson, G., & Schweingruber, H., (2014). STEM Integration in K-12 education: Status, prospects, and an agenda for research, Committee on Integrated STEM Education. National Academy of Engineering, National Research Council.
42. Kaltakçı Gürel, D., Eryılmaz, A., & McDermott, L. C., (2015). A review and comparison of diagnostic instruments to identify students’ misconceptions in science. Eurasia Journal of Mathematics, Science ve Technology Education, 11(5), 989- 1008.
43. Kaltakçı Gürel, D., Eryilmaz, A. & McDermott, L. C. (2017). Development and application of a four-tier test to assess pre-service physics teachers’ misconceptions about geometrical optics, Research in Science & Technological Education, 35(2),238-260, DOI: 10.1080/02635143.2017.131009
44. Kaptan, F., (1999). Fen Bilgisi Öğretimi. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı Yayınları.
45. Karataş F. Ö., Köse S., Coştu B., (2003). Öğrencilerin Yanılgılarını ve Anlama Düzeylerini Belirlemede Kullanılan İki Aşamalı Testler. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(1), 54 – 69.
46. Kaya, A., & Ayar, M. C. (2020). Türkiye Örnekleminde Stem Eğitimi Alanında Yapılan Çalışmaların İçerik Analizi. İstanbul Aydın Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 275-306.
47. Kızılcık, H. Ş., Çelikkanlı, N. Ö., & Güneş, B., (2015). Fizik Öğretmen Adaylarının Düzgün Çembersel Hareket Konusundaki Kavram Yanılgılarının Zaman Içinde Değişimi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi (EFMED), 9(1), 205-223.
48. Koyunlu Ünlü, Z., & Dökme, İ. (2017). Özel Yetenekli Öğrencilerin FeTeMM’in Mühendisliği Hakkındaki İmajları. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(1).
49. Köleli, E. & Kahraman, S., (2019). Çözeltiler kimyasi ile ilgili kavram yanılgılarını belirlemek için üç aşamali testin geliştirilmesi ve uygulanması [Yüksek lisans tezi] Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi- Çanakkale.
50. Kuru, İ., & Güneş, B., (2005). Lise 2. Sınıf Öğrencilerinin Kuvvet Konusundaki Kavram Yanılgıları. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 25(2), 1-17.
51. Laçin Şimşek, C., (2019). Fen Öğretiminde Kavram Yanılgıları Tespiti ve Giderilmesi. Ankara: Pegem Akademi.
52. Lamb, R., Akmal, T., & Petrie, K., (2015). Development of a cognition‐priming model describing learning in a STEM classroom, Journal of Research in Science Teaching, 52(3), 410-437
53. Lawshe, C. H. (1975). A quantitative approach to content validity. Personnel Psychology, 28(4), 563–575. https://doi.org/10.1111/j.1744-6570.1975.tb01393.x
54. Leech, N. L., & Onwuegbuzie, A. J., (2009). A typology of mixed methods research designs. Qual Quant. 43, 265–275.
55. Malatyalı, E., & Yılmaz, K., (2010). Yapılandırmacı Öğrenme Sürecinde Kavramlar ve Önemi: Kavramların Pedagojik Açıdan İncelenmesi. Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 3(14), 320-332.
56. McMillan, J. H., & Schumacher, S., (2006). Research in education: Evidence based inquiry (6th ed.). New York: Pearson.
57. MEB (2024). Türkiye Yüzyılı Maarif Modeli Fen Bilimleri Dersi Öğretim programı. Erişim tarihi: 12.12.2024. https://tymm.meb.gov.tr/upload/program/2024programfen345678Onayli.pdf
58. Milli Eğitim bakanlığı, (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (ilkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7, 8. sınıflar). Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı.
59. Mitra, N. K., Nagaraja, H. S., Ponnudurai, G., Judson, J. P., (2009). The levels of difficulty and discrimination indices in type a multiple choice questions of pre-clinical semester 1 multidisciplinary summative tests, International e-Journal of Science, Medicine & Education, 3(1), 2-7.
60. Morrison, J., (2006). Attributes of STEM education: The student, the school, the classroom. Teaching Institute for Excellence in STEM, 20, 2-7.
61. Nakiboglu, C. (2003). Instructional misconceptions of Turkish prospective chemistry teachers about atomic orbitals andhybridization. Chemical Education Research Practice, 4(2), 171-188. https://doi.org/10.1039/B2RP90043
62. Özçelik, D. A., (2013). Test hazırlama kılavuzu (5. Baskı). Ankara: Pegem Akademi.
63. Özmen, H. & Karamustafaoğlu O., (2019). Eğitimde Araştırma Yöntemleri (2. Baskı). Ankara: Pegem Akademi.
64. Palmer, D. H., (1998). Measuring contextual Error in The Diagnosis of Alternative Conceptions in Science. Issues in Educational Research, 8(1), 65-76.
65. Peşman, H., & Eryılmaz, A., (2010). Development of a three-tier test to assess misconceptions about simple electric circuits. Journal of Educational Research, 103(3), 208-222. doi: 10.1080/00220670903383002
66. Reynolds, C. R., Livingston, R. B., & Willson, V., (2006). Measurement and assessment in education. Boston MA: Allyn & Bacon. Rye
67. Siekmann, G., & Korbel, P., (2016). Defining “STEM” skills: review and synthesis of the literature, Support document, 2.
68. Sneideman, J. M., (2013). Engaging children in STEM education EARLY! http://naturalstart.org/feature-stories/engaging-children-stem-education-early (Erişim Tarihi: 15 Ağustos 2019)
69. STEM Eduacation Review Group, (2016). STEM Education in the Irish School System: A report on Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) Education.
70. Şahin, A., (2015). A Practice-based Model of STEM Teaching: STEM Student on the Stage (SOS). Rotterdam: Sense Publishers.
71. Şen S., & Yıldırım İ., (2019). Eğitimde Araştırma Yöntemleri (1. Baskı). Ankara: Nobel Akademik Yayıncılık.
72. Şencan, H., (2005). Sosyal ve Davranışsal Ölçümlerde Güvenilirlik ve Geçerlilik. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
73. Tabachnick, B.G., & Fidell, L.S. (2001). Using multivariate statistics. 4th Edition, Allyn and Bacon. MA.
74. Tekbıyık, A. & Çakmakçı, G., (2018). Fen Bilimleri Öğretimi ve STEM Etkinlikleri. Ankara: Nobel Akademik Yayıncılık.
75. Thomas, T.A., (2014). Elementary teachers receptivity to integrated science, technology, engineering and mathematics (STEM) education in the elementary grades. Newada: Nevada University.
76. Treagust, D. F., (1988). Development and Use of Diognostic Tests to Evaluate Students’ Misconception in Science. International Journal of Science Education, 10(2), 159-169.
77. Topalsan, A. K., (2015). Sınıf Öğretmenliği Öğretmen Adaylarının Kuvvet Ve Hareket Konusundaki Kavram Yanılgılarının Ontolojik Açıdan İncelenmesi Ve Bulunan Yanılgıların Oluşturulan Argüman Ortamları İle Giderilmesi [Doktora Tezi] Marmara Üniversitesi- İstanbul.
78. Türnüklü, A., (2000). Eğitimbilim araştırmalarında etkin olarak kullanılabilecek nitel bir araştırma tekniği: Görüşme. Kuram ve uygulamada eğitim yönetimi, 24(24), 543-559.
79. United States General Accounting Office. (1990). Case Study Evaluations. United States General Accounting Office.
80. Uzun, L., (2006). Kavram ve sözcük öğretimi üzerine notlar I-V. http://www.okuloncesiforum.com/c-dil-ve-kavram-gelisimi/506-kavram-ve- sozcuk-ogretimi-uzerine-notlar.html ( Erişim Tarihi :9 Ağustos 2019)
81. Williams, B., Brown, T., & Onsman, A. (2010). Exploratory factor analysis: A five-step guide for novices. Australasian Journal of Paramedicine, 8(3). http://ro.ecu.edu.au/jephc/vol8/iss3/1
82. Yıldırım, B., (2018). Teoriden Pratiğe STEM Eğitimi- Uygulama Kitabı. Ankara: Nobel Akademik Yayıncılık.
83. Yıldırım, B. (2020). Köy Enstitülerinden STEM Öğretmen Enstitülerine. Nobel Akademi, Ankara.
84. Yıldırım, B. & Selvi, M., (2016, Eylül 28-Eylül 30). STEM entegrasyonu ve uygulamalı örnek ders planı. (Conference session) 12. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi, Trabzon, Türkiye.
85. Yıldırım, A. & Şimşek, H., (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri, Seçkin Yayıncılık.
86. Yıldız, A., (2003).Fizik Öğrencilerinin, Çekim, Kuvvet ve Hareket Hakkındaki Düşünceleri ve Öğretim Elemanlarının Öğrenci Düşünceleri İle İlgili Tahminleri [Yüksek lisans tezi] Atatürk Üniversitesi-Erzurum.