The Effect of Enriched Learning Environment on Students' Perceptions and Awareness of Nanoscience and Nanotechnology

Abstract

The aim of this study is to examine the effect of nanoscience and nanotechnology education conducted in an Enriched Learning Environment (ELE) on middle school students' awareness and perceptions of nanoscience and nanotechnology. A mixed research method was used in the study. An ELE was developed including various hands-on activities related to nanoscience and nanotechnology topics. The ELE, lasting four days, included activities such as preparation of nanomaterials, exploring size-dependent properties, observation at the nano scale, and engaging in nanotechnology applications. The study group consisted of 7th and 8th-grade middle school students. Data was collected using "Nanotechnology Awareness Survey" and the "Student Perception Form." The Quantitative data were analyzed with SPSS 21, while qualitative data were analyzed using content analysis to evaluate the effects of the application. According to the results of the nanotechnology awareness survey, the nanoscience and nanotechnology education conducted in the ELE increased students' awareness of nanotechnology. The findings from the Student Perception Form indicated that students' positive views on nanotechnology's impact on their lives increased after participating in the ELE. Ambiguities about the benefits and harms of nanotechnology decreased, and the belief in both positive and negative effects increased. The study also revealed that technology, health, education, and food were the main areas students perceived nanotechnology could influence. Additionally, students' exposure to information about nanoscience and nanotechnology increased after the ELE. Students expressed a desire to take nanotechnology-related courses at school and showed interest in pursuing careers in this field in the future. Furthermore, after the ELE, most students indicated they would use devices other than nanoscale observation tools to observe atoms.

Keywords

• Nanoscience
• Nanotechnology
• Enriched Learning Environment
• Awareness

Zenginleştirilmiş Öğrenme Ortamındaki Nanobilim ve Nanoteknoloji Eğitiminin Öğrencilerin Görüş ve Farkındalıklarına Etkisi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, Zenginleştirilmiş Öğrenme Ortamı’nda (ZÖO) gerçekleştirilen nanobilim ve nanoteknoloji eğitiminin, ortaokul öğrencilerinin nanobilim ve nanoteknolojiye yönelik farkındalık ve görüşlerine etkisini incelemektir. Çalışmada karma araştırma yöntemi kullanılmıştır. Nanobilim ve nanoteknoloji konularının öğretimine yönelik çeşitli uygulamalı etkinliklerin yer aldığı ZÖO oluşturulmuştur. Dört gün süren ZÖO’da nanomalzemelerin hazırlanması, boyuta bağlı özellikler, nano boyutta gözlem yapma ve nanoteknoloji uygulamaları gibi çeşitli etkinlikler yer almıştır. Çalışma grubunu 7. ve 8. sınıf ortaokul öğrencileri oluşturmaktadır. Veri toplama aracı olarak “Nanoteknoloji Farkındalık Anketi” ve “Öğrenci Görüş Formu” kullanılmıştır. Çalışmanın nicel verileri SPSS 21 programıyla, nitel verileri ise içerik analizi yapılarak çözümlenmiş ve uygulamanın etkileri değerlendirilmiştir. Nanoteknolojiye yönelik farkındalık anketi sonuçlarına göre, ZÖO’nda gerçekleştirilen nanobilim ve nanoteknoloji eğitiminin öğrencilerin nanoteknolojiye yönelik farkındalıklarını arttırdığı görülmüştür. Öğrenci görüş formu sonuçlarına göre, ZÖO sonrasında öğrencilerin nanoteknolojinin hayatlarını olumlu yönde etkileyeceği yönündeki görüşleri artış göstermiştir. Nanoteknolojinin faydaları ve zararları yönündeki kararsızlıklar giderilerek her iki yönde de etkileri olabileceği görüşleri artmıştır. Nanoteknolojinin etkileyebileceği alanların başında teknoloji, sağlık, eğitim ve gıda alanlarının geldiği görülmektedir. ZÖO sonrasında öğrencilerin nanobilim ve nanoteknoloji ile ilgili duyumlarının arttığı görülmüştür. Öğrencilerin okullarında nanoteknoloji ile ilgili ders almak istedikleri ve gelecekte bu alanda bir meslekte çalışmak isteyebilecekleri görüşlerine ulaşılmıştır. Ayrıca ZÖO sonrasında öğrencilerin çoğunluğu atomları gözlemlemek için nanoboyutu gözleyecek cihazlardan yararlanacağını belirtmiştir.

Keywords

• Nanobilim
• Nanoteknoloji
• Zenginleştirilmiş Öğrenme Ortamı
• Farkındalık

References

1. Adadan, E., Akaygün, S., & Sanyal, A. (2017). Size-dependent properties of matter: İs the size of a pill important?. Science Activities, 54,(3-4), 86-95. https://doi.org/10.1080/00368121.2017.1395790
2. Ateş, İ., ve Üce, M. (2015). Lise öğrencilerinin nanobilim ve nanoteknoloji farkındalığı. GEFAD / GUJGEF, 37(2), 685-710.
3. Atmaca, S. (2023). Program dışı etkinliklerin tasarlanması: Bir müdahale araştırması. Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi (AKEF) Dergisi, 5(1), 250-275.
4. Babatunde, D. E., Denwigwe, I. H., Babatunde, O. M., Gbadamosi, S. L., Babalola, I. P., & Agboola, O. (2020). Environmental and societal impact of nanotechnology. IEEE Access, 8, 4640–4667. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2961513
5. Bayda, S., Adeel, M., Tuccinardi, T., Cordani, M., & Rizzolio, F. (2020). The history of nanoscience and nanotechnology: From chemical–physical applications to nanomedicine. Molecules, 25, 112. https://doi.org/10.3390/molecules25010112
6. Besley, J. C., Kramer, V. L., & Priest, S. H. (2007). Expert opinion on nanotechnology: risks, benefits, and regulation. Journal of Nanoparticle Research, 10(4), 549–558. https://doi:10.1007/s11051-007-9323-6
7. Bhushan, B. (2015). Governance, policy, and legislation of nanotechnology: A perspective. Microsystem Technologies, 21(5), 1137–1155. https://doi.org/10.1007/s00542-015-2511-x
8. Bhushan, B. (2017). Introduction of nanotechnology. In Bhushan (Ed.), Springer handbook of nanotechnology (4 th ed., pp. 1-18). Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-662-54357-3

9. Blonder, R., & Dinur, M. (2012). Teaching nanotechnology using student-centered pedagogy for increasing students’ continuing motivation. Journal of Nano Education, 3(1), 1–11. https://doi.org/10.1166/jne.2012.1016
10. Blonder, R., & Mamlok-Naaman, R. (2014). Learning about teaching the extracurricular topic of nanotechnology as a vehicle for achieving a sustainable change in science education. International Journal of Science and Mathematics Education, 14(3), 345–372. https://doi.org/10.1007/s10763-014-9579-0
11. Blonder, R., & Sakhnini, S. (2012). Teaching two basic nanotechnology concepts in secondary school by using a variety of teaching methods. Chemistry Education Research and Practice, 13(4), 500–516. https://doi.org/10.1039/C2RP20026K
12. Blonder, R., & Sakhnini, S. (2017). Finding the connections between a high-school chemistry curriculum and nano-scale science and technology. Chemistry Education Research and Practice, 18(4), 903–922. https://doi.org/10.1039/C7RP00059F
13. Büyüköztürk, Ş. (2012). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı. Pegem Akademi.
14. Cheng, J.-C., Hung, J.-F., & Huang, T.-C. (2014). Promoting middle school students’ understanding and situational interest in integrating nanotechnology into science curriculum. US-China Education Review A, 4(1), 48–53.
15. Cobb, M. D., & Macoubrie, J. (2004). Public perceptions about nanotechnology: Risks, benefits and trust. Journal of Nanoparticle Research, 6(4), 395–405. https://doi.org/10.1007/s11051-004-3394-4
16. Creswell, J. W. (2012). Qualitative ınquiry and research: Choosing among five traditions (3rd ed.). Sage Publications.
17. Creswell, J.W., & Plano Clark, V.L. (2018). Designing and conducting mixed methods research. Sage Publications.
18. Çömen, H. ve Uzun, S. (2022). Öğrenme amaçli yazma aktivitelerine dayali geliştirilen hibrit kitap ile zenginleştirilmiş öğrenme ortaminin öğrenci başarisina etkisi. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 42(1), 461- 483. https://doi.org/10.17152/gefad.748685
19. Delgado, C., Stevens, S. Y., Shin, N., & Krajcik, J. (2015). A middle school instructional unit for size and scale contextualized in nanotechnology. Nanotechnology Reviews, 4(1), 51–69. https://doi.org/10.1515/ntrev-2014-0023
20. Erduran, A. (2020). Fonksiyon kavramının öğretiminde teknoloji ile zenginleştirilmiş öğrenme ortamının öğrenci başarısına etkisi. Batı Anadolu Eğitim Bilimleri Dergisi, 11(1), 169-194. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/1174823
21. Erdem, E. (2015). Zenginleştirilmiş öğrenme ortamının matematiksel muhakemeye ve tutuma etkisi. [Yayınlanmamış doktora tezi]. Atatürk Üniversitesi.
22. Ekli, E. (2010). İlköğretim ikinci kademe öğrencilerinin nanoteknoloji hakkındaki temel bilgi ve görüşleri ile teknolojiye yönelik tutumlarının bazı değişkenler açısından araştırılması [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Muğla Üniversitesi.
23. Ekli, E., & Şahin, N. (2010). Science teachers and teacher candidates’ basic knowledge, opinions and risk perceptions about nanotechnology. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 2(2), 2667–2670. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2010.03.392
24. Erkoç, Ş. (2012). Nanobilim ve nanoteknoloji (6. Baskı). ODTÜ Yayıncılık.
25. Fallik, O., Rosenfeld, S., & Eylon, B. S. (2013). School and out-of-school science: a model for bridging the gap. Studies in Science Education, 49(1), 69–91. https://doi.org/10.1080/03057267.2013.822166
26. Farshchi, P., Sadrnezhaad, S. K., Nejad, N. M., Mahmoodi, M., & Ibrahimi Ghavam Abadi, L. (2011). Nanotechnology in the public eye: The case of Iran, as a developing country. Journal of Nanoparticle Research, 13(8), 3511–3519. https://doi.org/10.1007/s11051-011-0274-6
27. Hingant, B., & Albe, V. (2010). Nanosciences and nanotechnologies learning and teaching in secondary education: A review of literature. Studies in Science Education, 46(2), 121–152. https://doi.org/10.1080/03057267.2010.504543
28. Hutchinson, K., Shin, N., Stevens, S. Y., Yunker, M., Delgado, C., Giordano, N., & Bodner, G. (2007). Exploration of student understanding and motivation in nanoscience. National Association for Research in Science Teaching, 1, 30-39.
29. Kabapınar, F. (2003). Kavram yanılgılarının ölçülmesinde kullanılabilecek bir ölçeğinbilgi-kavrama düzeyini ölçmeyi amaçlayan ölçekten farklılıkları. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 35, 398-417.
30. Kahan, D. M., Slovic, P., Braman, D., Gastil, J., & Cohen, G. L. (2007). Affect, values, and nanotechnology risk perceptions: An experimental investigation. http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=968652
31. Kılınç Alpat, S., Uyulgan, M. A., Şeker, S., Altaş, H. Ş., ve Gezer, E. (2017). Nanoteknoloji konusunda işbirlikli öğrenme yönteminin ortaöğretim 10. sınıf öğrencilerinin akademik başarı ve görüşlerine etkisi. İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(1), 27–57.
32. Kim, H.J., Hong, H.G., & Hong, J.H. (2011). High school students’ perception and attitudes toward nanotechnology. Journal of the Korean Chemical Society, 55(1), 104–111. https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.1.104
33. Koyuncu, B. (2009). İlköğretim beşinci sınıf fen ve teknoloji dersi için geliştirilen zenginleştirilmiş ve yarı zenginleştirilmiş beyin uyumlu öğretim tasarımlarının öğrencilerin erişileri, derse yönelik ilgileri ve öğrenmenin kalıcılığı üzerine etkisi. [Yayınlanmamış doktora tezi]. Yıldız Teknik Üniversitesi
34. Körükcü, E. (2015). Zenginleştirilmiş öğrenme ortamında ortaokul öğrencilerinin ma-tematiksel zihin alışkanlıklarının gelişiminin incelenmesi [Yayınlanmamış doktora tezi]. Marmara Üniversitesi.
35. Lati, W., Triampo, D., & Yodyingyong, S. (2019). Exposure to nanoscience and nanotechnology using guided inquiry-based activities with silica aerogel to promote high school students’ motivation. Journal of Chemical Education, 96(6), 1109-1116. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.8b00435
36. Lin, S. Y., Wu, M. T., Cho, Y. I., & Chen, H. H. (2015). The effectiveness of a popular science promotion program on nanotechnology for elementary school students in I-Lan City. Research in Science & Technological Education, 33(1), 22–37. https://doi.org/10.1080/02635143.2014.971733
37. Macoubrie, J. (2006). Nanotechnology: public concerns, reasoning and trust in government. Public Understanding of Science, 15(2), 221–241. https://doi.org/10.1177/0963662506056993
38. Mandrikas, A., Michailidi, E., & Stavrou, D. (2019). Teaching nanotechnology in primary education. Research in Science & Technological Education, 38(4), 377–395. https://doi.org/10.1080/02635143.2019.1631783
39. Metaxas, I., Michailidi, E., Stavrou, D., & Pavlidis, I. V. (2021). Educational reconstruction of size-depended-properties in nanotechnology for teaching in tertiary education. Chemistry Teacher International, 3(4), 413–422. https://doi.org/10.1515/CTI-2021-0011
40. Michailidi, E. (2021). Developing student-made artifacts on nanotechnology issues in a context of interacting formal and informal learning settings. Mediterranean Journal of Education, 1(1), 154-165.
41. Miles, M. B., & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis. Sage. Milli Eğitim Bakanlığı. (2018). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
42. Ng, W. (2009). Nanoscience and nanotechnology for the middle years. Teaching Science, 55(2), 16–24. Özkartal, Ç., ve Öçal, T. (2021). Zenginleştirilmiş öğrenme etkinliklerinin simetri konusundaki başarıya ve algıya etkisi. Bayburt Eğitim Fakültesi Dergisi, 16(31), 80–102. https://doi.org/10.35675/befdergi.738227
43. Radin J. L. (2008). Creating Enriched Learning Environments: Lessons from Brain Research. https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=c1047d4c724ab67b07eba3e35e45bd210ef53c65
44. Roco, M. C., & Bainbridge, W. S. (2001). Societal implications of nanoscience and nanotechnology. National Science Foundation.
45. Sagun Gököz, B. (2012). Desing and ımplementation of a nanoscience and nanotechnology workshop: Investigating 11th grade student’s awareness and conceptual understanding of nanoscience and nanotechnology [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Boğaziçi Üniversitesi.
46. Sagun Gököz, B., ve Akaygün, S. (2014). Üniversiteden liseye uzanan köprü: Bir nanobilim atölye çalışması. Boğaziçi Üniversitesi Eğitim Dergisi, 31(2), 49–72.
47. Sakhnini, S., & Blonder, R. (2018). Insertion points of the essential nanoscale science and technology (NST) concepts in the Israeli middle school science and technology curriculum. Nanotechnology Reviews, 7(5), 373–391. https://doi.org/10.1515/ntrev-2018-0026
48. Schwarzer, S., Akaygun, S., Sagun-Gokoz, B., Anderson, S., & Blonder, R. (2015). Using atomic force microscopy in out-of-school settings: two case studies investigating the knowledge and understanding of high school students. Journal of Nano Education, 7(1), 10–27. https://doi.org/10.1166/jne.2015.1079
49. Senocak, E. (2014). A survey on nanotechnology in the view of the Turkish public. Science, Technology and Society, 19(1), 79–94. https://doi.org/10.1177/0971721813514265
50. Schank, P., Krajcik, J., & Yunker, M. (2007). Can nanoscience be a catalyst for education reform?. In: F. Allhoff, P. Lin, J. Moor, J. Weckert (Eds.), Nanoethics: The ethical and social implications of nanotechnology, Hobeken, NJ: Wiley Publishing.
51. Sheetz, T., Vidal, J., Pearsonc, T. D., & Lozanoa, K. (2005). Nanotechnology: Awareness and societal concerns. Technology in Society, 27, 329–345. https://doi.org/10.1016/j.techsoc.2005.04.010
52. Sheu, B., & Jiang, X. (2021). The advancement of nanotechnology. IEEE Nanotechnology Magazine, 15(3), 2.
53. Singh, N. A. (2017). Nanotechnology innovations, industrial applications and patents. Environmental Chemistry Letters, 15(2), 185–191. https://doi.org/10.1007/s10311-017-0612-8
54. Spyrtou, A., Manou, L., & Peikos, G. (2021). Educational Significance of nanoscience-nanotechnology: Primary school teachers’ and students’ voices after a training program. Educ. Sci, 11(11), 724. https://doi.org/10.3390/educsci11110724
55. Srinivas, K. (2014). Need of nanotechnology in education. Science Journal of Education, 2(2), 58–64. https://doi.org/10.11648/j.sjedu.20140202.14
56. Su, T. J., & Dudas, M. (2004). An Easy Way to Introducing Nanotechnology for Undergraduate Education. http://www.mrsec.wisc.edu/edetc/LEGO/index.html
57. Şenel Zor, T. (2017). Etkinlik temelli nanobilim ve nanoteknoloji eğitiminin fen bilimleri öğretmen adaylarının nanobilim ve nanoteknoloji farkındalıklarına ve kavramsal anlayışlarına etkisi [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Necmettin Erbakan Üniversitesi.
58. Şenel Zor, T., & Aslan, O. (2018). The effect of activity-based nanoscience and nanotechnology education on pre-service science teachers’ conceptual understanding. Journal of Nanoparticle Research, 20(75). https://link.springer.com/article/10.1007/s11051-018-4182-x
59. Şenocak, E. (2015). A course to create ınformed turkish undergraduate students on nanotechnology. Journal of Nano Education, 7, 52–57. https://doi.org/10.1166/jne.2015.1076
60. Tekelioğlu, M. (2019). Etkinliklerle desteklenen öğretim sürecinin 7. sınıf öğrencilerinin nanoteknoloji hakkındaki farkındalıklarına ve kavramsal anlamalarına etkisi [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi.
61. Tum, A. (2019). Öğrenme stilleri bağlamında zenginleştirilmiş öğrenme ortamlarının matematiksel muhakemeye ve problem çözmeye yönelik tutuma etkisi [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Dicle Üniversitesi.
62. Tum, A., ve Kutluca, T. (2021). Farklı öğrenme yollarının kullanıldığı zengin öğrenme ortamlarının matematiksel muhakeme becerisine ve problem çözmeye yönelik tutuma etkisi. Cumhuriyet Uluslararası Eğitim Dergisi, 10(1), 344–370. https://doi.org/10.30703/cije.722191
63. Türk, E. F. & Korkmaz, Ö. (2023). Eğitsel robot setleri ile gerçekleştirilen STEM etkinliklerinin etkililiği: Deneysel bir çalışma. Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi (AKEF) Dergisi, 5(1), 92-118.
64. Uysal, F. (2023). A study on the benefits of extracurricular activities for prospective teachers using the pairwise comparison approach. Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi (AKEF) Dergisi, 5(1), 237-249. Wei, Y., & Yan, B. (2016). Nano products in daily life: to know what we do not know. National Science Review, 3(4), 414–415. https://doi.org/10.1093/NSR/NWW073
65. Yaşa, K. N. ve Kale, M. (2022). Matematik derslerinin zenginleştirilmiş öğrenme ortamlarında yapılması ile öğrencilerin akademik başarıları arasındaki ilişki. Erzincan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 25(1). 1-8. https://doi.org/10.17556/erziefd.1151958
66. Yıldırım, T. (2021). Nanoteknoloji öğretimi üzerine yapılan çalışmaların uluslararası literatür kapsamında tematik incelenmesi. Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 52, 77-96. https://doi.org/10.53444/deubefd.838236
67. Yun, I. (2021). Advances in nanotechnology and its applications. IEEE Nanotechnology Magazine, 15(3), 7. https://doi.org/10.1109/MNANO.2021.3066233
68. Wansom, S., Mason, T. O., Hersam, M. C., Drane, D., Light, G., Cormia, R., Stevens, S. & Bodner, G. (2009). A rubric for post-secondary degree programs in nanoscience and nanotechnology. International Journal of Engineering Education, 25(3), 615–627.
69. Wolbring, G. (2007). SociaI and ethical issues of nanotechnologies, ISO Focus, 4(4), 40-42.