Developing a Spatial Thinking Skills Test in Geography Teaching

Abstract

This study aimed to develop a test to measure university students’ spatial thinking skills. The research was conducted using a survey design, with a sample of 260 undergraduate students from geography teaching and geography departments. GIS software was used to incorporate maps and satellite images, enhancing the spatial representation in the test. The test was administered online.. Item analysis was conducted for each question item, and items with a difficulty index above 0.70 and a discrimination index below 0.19 were removed from the test. Additionally, the scores of the lower and upper groups were compared using an independent samples t-test. Exploratory factor analysis (EFA) based on the tetrachoric correlation coefficient was performed to assess the construct validity of the test. This analysis yielded a single-factor structure that accounted for 30% of the total variance. Items with unsatisfactory factor loadings were also removed. The internal consistency coefficient calculated using the KR20 formula yielded a value of 0.83. . The stability of the test was assessed using the test-retest method, confirming its stable structure. With these refinements, the test was finalized with 26 items. The study concluded that the developed test is a valid and reliable tool for measuring spatial thinking skills among undergraduate students studying geography or geography teaching.

Keywords

• geography education
• spatial thinking
• spatial thinking skills
• test development

Coğrafya Öğretiminde Mekânsal Düşünme Beceri Testi Geliştirme

Öz

Bu çalışmada, üniversite öğrencilerinin mekânsal düşünme becerilerini ölçmek amacıyla bir test geliştirmek hedeflenmiştir. Araştırma, coğrafya öğretmenliği ve coğrafya bölümlerinden 260 lisans öğrencisiyle, tarama deseni kullanılarak yürütülmüştür. CBS yazılımı kullanılarak teste harita ve uydu görüntüleri eklenmiş ve mekânsal temsil güçlendirilmiştir. Test çevrim içi olarak uygulanmıştır. Soru maddelerinin her birine madde analizi yapılmıştır. Madde güçlüğü 0.70’in üzerinde olan soru maddeleri ve madde ayırt ediciliği 0.19’un altında olan soru maddeleri testten çıkarılmıştır. Ayrıca, alt ve üst grupların puanları bağımsız örneklem t-testi ile karşılaştırılmıştır. Testin yapı geçerliğini değerlendirmek için tetrakorik korelasyon katsayısına dayalı açımlayıcı faktör analizi (AFA) yapılmıştır. Bu analiz, toplam varyansın %30'unu açıklayan tek faktörlü bir yapı ortaya koymuştur. Düşük faktör yüküne sahip maddeler testten çıkarılmıştır. Testin iç tutarlılığı KR20 formülü ile hesaplanmış ve 0.83 bulunmuştur. Testin kararlılığı test-tekrar test yöntemiyle değerlendirilmiş ve kararlı bir yapıda olduğu doğrulanmıştır. 31 madde olarak tasarlanan testten yapılan istatistiksel analizler sonunda toplam 5 madde çıkarılmıştır. Testin son hali 26 maddeden oluşmaktadır. Araştırma sonucunda, geliştirilen testin coğrafya ve coğrafya öğretmenliği lisans öğrencilerinin mekânsal düşünme becerilerini ölçmede geçerli ve güvenilir bir araç olduğunu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• coğrafya eğitimi
• mekânsal düşünme
• mekânsal düşünme becerisi
• test geliştirme

References

1. Albert, W. S., & Golledge, R. G. (1999). The use of spatial cognitive abilities in geographical information systems: The map overlay operation. Transactions in GIS, 3(1), 7–21. https://doi.org/10.1111/1467-9671.00003
2. Arıkan, A. (2023). Kuantum öğrenme modeli’nin ortaokul öğrencilerinin mekânsal beceri öz yeterliklerine ve mekânsal becerilerine etkisinin incelenmesi [Doctoral dissertation]. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
3. Battersby, S. E., Golledge, R. G., & Marsh, M. (2006). Incidental learning of geospatial concepts across grade levels: Map overlay. The Journal of Geography, 105(4), 139-146. https://doi.org/10.1080/00221340608978679
4. Baykul, Y., & Güzeller, C. (2022). Sosyal bilimler için istatistik (9th ed.). Pegem Akademi.
5. Baykul, Y., & Turgut, M. F. (2019). Eğitimde ölçme ve değerlendirme (8th ed.). Pegem Akademi. https://doi.org/10.14527/9786053640875
6. Bednarz, R., & Lee, J. (2011). The components of spatial thinking: Empirical evidence. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 21, 103–107. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2011.07.048
7. Bodenhamer, D. J., Corrigan, J., & Harris, T. M. (2010). The spatial humanities: GIS and the future of humanities scholarship. Indiana University Press.
8. Büyüköztürk, Ş. (2002). Faktör analizi: Temel kavramlar ve ölçek geliştirmede kullanımı. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 32(32), 470-483.

9. Büyüköztürk, Ş. (2007). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı. Pegem Akademi.
10. Büyüköztürk, Ş., Çakmak, E. K., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş., & Demirel, F. (2020). Eğitimde bilimsel araştırma yöntemleri. Pegem Akademi.
11. Charcharos, C., Tomai, E., & Kokla, M. (2015, October). Assessing spatial thinking ability in geospatial thinking. Paper presented at the Educating the Future Spatial Citizen: GEOTHNK International Closing Conference, Pallini, Greece.
12. Cohen, L. M., & Manion, L. (1998). Research methods in education. Routledge.
13. Creswell, J. W. (2017). Nicel yöntemler: Nitel, nicel ve karma yöntem yaklaşımları (S. B. Demir, Trans.; 3rd ed.). Eğiten Kitap Yayıncılık.
14. Cutter, S. L., Golledge, R., & Graf, W. L. (2002). The big questions in Geography. The Professional Geographer, 54(3), 305–317. https://doi.org/10.1111/0033-0124.00332
15. Çokluk, Ö., Şekercioğlu, G., & Büyüköztürk, Ş. (2016). Sosyal bilimler için çok değişkenli istatistik: SPSS ve LISREL uygulamaları (6th ed.). Pegem Akademi.
16. DiBiase, D. (2013). There’s more to spatial thinking than you think. Essays in geography and GIS (Report No. 6, pp. 3–4). Esri. https://www.esri.com/content/dam/esrisites/sitecore-archive/Files/Pdfs/library/bestpractices/essays-on-geography-gis-vol6.pdf
17. Dokumacı Sütçü, N., & Oral, B. (2019). Uzamsal görselleştirme testinin geliştirilmesi: Geçerlik ve güvenirlik çalışmaları. Kastamonu Eğitim Dergisi, 27(3), 1179–1195. https://doi.org/10.24106/kefdergi.2826
18. French, J. W., Ekstrom, R. B., & Price, L. A. (1963). Manual for kit of reference tests for cognitive factors (Rev. ed.). Educational Testing Service.
19. Gersmehl, P., & Gersmehl, C. A. (2006). Wanted: A concise list of neurologically defensible and assessable spatial-thinking skills. Research in Geographic Education, 8(1), 5-38.
20. Gersmehl, P., & Gersmehl, C. (2007). Spatial thinking by young children: Neurologic evidence for early development and “educability.” Journal of Geography, 106(5), 181–191. https://doi.org/10.1080/00221340701809108
21. Gilmartin, P. P., & Patton, J. C. (1984). Comparing the sexes on spatial abilities: Map-use skills. Annals of the Association of American Geographers, 74(4), 605–619. https://doi.org/10.1111/J.1467-8306.1984.TB01477.X
22. Goldstein, D., Haldane, D., & Mitchell, C. (1990). Sex differences in visual-spatial ability: The role of performance factors. Memory & Cognition, 18(5), 546–550. https://doi.org/10.3758/BF03198487
23. Golledge, R. G. (1993). Geographical perspectives on spatial cognition. Advances in Psychology, 96, 16–46. https://doi.org/10.1016/S0166-4115(08)60038-2
24. Golledge, R. G. (2002). The nature of geographic knowledge. Annals of the Association of American Geographers, 92(1), 1–14. https://doi.org/10.1111/1467-8306.00276
25. Golledge, R. G., Dougherty, V., & Bell, S. (1995). Acquiring spatial knowledge: Survey versus route-based knowledge in unfamiliar environments. Annals of the Association of American Geographers, 85(1), 134-158. https://doi.org/10.1111/j.1467-8306.1995.tb01798.x
26. Golledge, R. G., & Stimson, R. J. (1997). Spatial behavior: A geographic perspective. Guilford Press.
27. Golledge, R., Marsh, M., & Battersby, S. (2008). Matching geospatial concepts with geographic educational needs. Geographical Research, 46(1), 85-97. https://doi.org/10.1111/j.1745-5871.2007.00494.x
28. Hambleton, R., & Swaminathan, H. (1985). Item response theory. Kluwer Nijhoff Publishing. Hanson, S. (2004). Who are “we”? An important question for geography’s future. Annals of the Association of American Geographers, 94(4), 715–722. https://doi.org/10.1111/j.1467-8306.2004.00425.x
29. Hasançebi, B., Terzi, Y., & Küçük, Z. (2020). Madde güçlük indeksi ve madde ayırt edicilik indeksine dayalı çeldirici analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(1), 224–240. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.615465
30. Heale, R., & Twycross, A. (2015). Validity and reliability in quantitative studies. Evidence-Based Nursing, 18(3), 66–67. https://doi.org/10.1136/EB-2015-102129
31. Huynh, N. T., & Sharpe, B. (2013). An assessment instrument to measure geospatial thinking expertise. Journal of Geography, 112(1), 3–17. https://doi.org/10.1080/00221341.2012.682227
32. Jo, I., & Bednarz, S. (2009). Evaluating geography textbook questions from a spatial perspective: Using concepts of space, tools of representation, and cognitive processes to evaluate spatiality. Journal of Geography, 108(1), 4–13. https://doi.org/10.1080/00221340902758401
33. Kerski, J. J. (2008). The role of GIS in digital earth education. International Journal of Digital Earth, 1(4), 326–346. https://doi.org/10.1080/17538940802420879
34. Köroğlu, M. N., Karaca, M., & Bektaş, O. (2023). Maddenin yapısı ve özellikleri konusunda başarı testi geliştirme: Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Anadolu Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(1), 1–32. https://doi.org/10.34056/aujef.997764
35. Lee, J., & Bednarz, R. (2009). Effect of GIS learning on spatial thinking. Journal of Geography in Higher Education, 33(2), 183–198. https://doi.org/10.1080/03098260802276714
36. Lee, J., & Bednarz, R. (2012). Components of spatial thinking: Evidence from a spatial thinking ability test. Journal of Geography, 111(1), 15–26. https://doi.org/10.1080/00221341.2011.583262
37. Lorenzo-Seva, U., & Ferrando, P. J. (2021). Factor (Version 12.04.05) [Computer software]. Universitat Rovira i Virgili. https://psico.fcep.urv.cat/utilitats/factor/
38. Montello, D. R. (1993). Scale and multiple psychologies of space. In A. U. Frank & I. Campari (Eds.), Spatial information theory: A theoretical basis for GIS (pp. 312–321). Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-57207-4_21
39. Montello, D. R., Grossner, K., & Janelle, D. G. (2014). Space in mind: Concepts for spatial learning and education. The MIT Press.
40. National Research Council. (2006). Learning to think spatially: GIS as a support system in the K–12 curriculum. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/11019
41. Newcombe, N., & Dubas, J. S. (1992). A longitudinal study of predictors of spatial ability in adolescent females. Child Development, 63(1), 37–46. https://doi.org/10.1111/j.1467-8624.1992.tb03593.x
42. Olsson, U. (1979). Maximum likelihood estimation of the polychoric correlation coefficient. Psychometrika, 44(4), 443–460. https://doi.org/10.1007/BF02296207/
43. Özçelik, D. (2010). Test hazırlama kılavuzu. Pegem Akademi.
44. Özkılıç, G., Bektaş, O., & Karaca, M. (2023). Sindirim sistemi ünitesine yönelik başarı testi geliştirme: Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Araştırma ve Deneyim Dergisi, 8(1), 115–154. https://doi.org/10.47214/adeder.1267535
45. Pallant, J. (2007). SPSS survival manual: A step-by-step guide to data analysis using SPSS for Windows (3rd ed.). Open University Press.
46. Salar, R., & Uğurel, E. (2020). Developing a measurement tool for the tenth class physics course electricity unit and determining the prior knowledge of the students. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 14(1), 217–239.
47. Şanlı, C. (2021). Mekansal düşünme beceri testinin geliştirilmesi. International Journal Of Eurasia Social Sciences (IJOESS), 12(43), 1–18. https://doi.org/10.35826/ijoess.2858
48. Self, C. M., & Golledge, R. G. (1994). Sex-related differences in spatial ability: What every geography educator should know. Journal of Geography, 93(5), 234-243. https://doi.org/10.1080/00221349408979727
49. Self, C. M., Gopal, S., Golledge, R. G., & Fenstermaker, S. (1992). Gender-related differences in spatial abilities. Progress in Human Geography, 16(3), 315–342. https://doi.org/10.1177/030913259201600301
50. Sinton, D. S. (2011). Spatial thinking. In J. P. Stoltman (Ed.), 21st century geography: A reference handbook (pp. 733–745). Sage Publications.
51. Sinton, D. S., Bednarz, S. W., Gersmehl, P., Kolvoord, R. A., & Uttal, D. H. (2013). The people’s guide to spatial thinking. National Council for Geographic Education.
52. Tabachnick, B. G., & Fidell, L. S. (2013). Using multivariate statistics (6th ed.). Pearson.
53. Taşdemir, Ö. (2022). Öğretmenler için üstün yetenekliliğe eşlik eden öğrenme güçlüğü aday gösterme ölçme aracı geliştirme çalışması [Doctoral dissertation]. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
54. Uebersax, J. (2015). Introduction to the tetrachoric and polychoric correlation coefficients. https://www.john-uebersax.com/stat/tetra.htm
55. Uttal, D. H., Miller, D. I., & Newcombe, N. S. (2013). Exploring and enhancing spatial thinking: Links to achievement in science, technology, engineering, and mathematics? Current Directions in Psychological Science, 22(5), 367-373. https://doi.org/10.1177/0963721413484756
56. Verma, K. (2014). Geospatial thinking of undergraduate students in public universities in the United States (Doctoral dissertation, Kent State University). ProQuest Dissertations & Theses Global. https://www.proquest.com/docview/1547037348
57. Yurt, E., & Tünkler, V. (2016). A study on the spatial abilities of prospective social studies teachers: A mixed method research. Educational Sciences: Theory & Practice, 16, 965-986. https://doi.org/10.12738/estp.2016.3.0324
58. Witkin, H. (1950). Perception of the upright when the direction of the force acting on the body is changed. Journal of Experimental Psychology, 40(1), 93–106. https://doi.org/10.1037/h0055162
59. Yılmazer, U. (2012). Eğitimde ölçme ve değerlendirme. Teorem Yayıncılık.