Matematik Öğretmeni Eğitiminde STEM - Matematiksel Modelleme Birlikteliğinin Problem Çözme ve Modelleme Becerilerine Etkisi

Abstract

STEM (Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) eğitimi son yıllarda gerek dünyada gerekse ülkemizde üzerine yoğun çalışmaların yapıldığı bir eğitim yaklaşımıdır. Henüz tam olarak kavramsallaştırılamamış bu eğitim yaklaşımının ülkemiz eğitim sitemine nasıl entegre edilebileceği ile ilgili çalışmalar, hem ülkenin önde gelen sanayi kuruluşlarının hem de Milli Eğitim Bakanlığı’nın çağrıları ile devam etmektedir. Bu çalışmada araştırmacılar STEM eğitiminin matematik eğitiminde nasıl kullanılabileceğine örnek sunmak amacıyla matematiksel modellemeden de yararlanan bir uygulamanın katılımcıların matematiksel modelleme yeterlikleri ve problem çözme becerileri üzerine olan etkilerini incelemişlerdir. Araştırmaya fen edebiyat fakültesinden mezun fakat pedagojik formasyon eğitimi alan 22 öğretmen adayı katılmıştır. Yapılan analizler sonucunda öğretmen adaylarının hem matematiksel modelleme yeterliklerinde hem de problem çözme becerilerinde ilk duruma göre anlamlı ilerlemeler görülmüştür. Bulgular matematiksel modellemeden yararlanan bir STEM eğitiminin faydalı olabileceğini göstermiştir.

Keywords

• STEM eğitimi
• matematiksel modelleme
• problem çözme
• 21. yüzyıl becerileri
• öğretmen eğitimi

The Influence of STEM - Mathematical Modeling Integration on Problem Solving and Modeling Skills in Mathematics Teacher Education

Abstract

Intensive studies have been carried out in the STEM Education approach nationwide and worldwide. Studies on how this pedagogical approach, which has not been fully conceptualized, can be integrated into the educational system of our country, continues with the calls from both the leading industrial organizations of the country and the Ministry of National Education. In this study, the researchers investigated the influence of a modelling activity used with a STEM education perspective, on the mathematical modeling competencies and problem solving skills of the participants in order to provide an example of how STEM education can be used in mathematics education. Twenty-two pre-service teachers participated in the study. As a result of the analyses, significant gains were seen in both mathematical modeling competencies and problem solving skills of prospective teachers compared to the first situation. Findings indicated that the use of a modelling activity with a STEM education perspective has positive consequences in problem solving and modeling skills for use in mathematics teacher education 

References

1. Akgündüz, D., Aydeniz, M., Çakmakçı, G., Çavaş, B., Çorlu, M. S., Öner, T. ve Özdemir, S. (2015). STEM eğitimi Türkiye raporu: Günün modası mı yoksa gereksinim mi? İstanbul Aydın Üniversitesi, STEM Merkezi ve Eğitim Fakültesi. Erişim adresi http://www.aydin.edu.tr/belgeler/IAU-STEM-Egitimi-Turkiye-Raporu-2015.pdf.
2. Altıntaş, E., Özdemir A. Ş. ve Kerpiç, A. (2013). The effect of teaching based on the Purdue model on creative thinking skills of students. Kalem Uluslararası Eğitim ve İnsan Bilimleri Dergisi, 3, 187-214.
3. Ardahan, H. ve Aksoy, Y. (2002). TI – 92 destekli matematik öğretimi – II: Matematik öğretmen adaylarının görüşleri. Erişim adresi http://infobank.fedu.metu.edu.tr/ufbmek-5/b_kitabi/PDF/Matematik/MiniSempozyum/t198DA.pdf (19.09.2017)
4. Aslan-Tutak, F., Akaygün, S. ve Tezsezen, S. (2017) İşbirlikli STEM (fen, teknoloji, mühendislik, matematik) eğitimi uygulaması: Kimya ve matematik öğretmen adaylarının STEM farkındalıklarının incelenmesi, Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (H. U. Journal of Education) 32(4), 794-816, doi: 10.16986/HUJE.2017027115
5. Association for Career and Technical Education, National Association of State Directors of Career Technical Education Consortium and Partnership for 21st Century Skills. (2010). Up to the challenge: The role of career and technical education and 21st century skills in college and career readiness. Erişim adresi http://www.p21.org/ storage/documents/CTE_Oct2010.pdf
6. Aşık, G. (2015). Üstbiliş odaklı problem çözme destek programı tasarım çalışması (Yayımlanmamış doktora tezi). Marmara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
7. Aydın, E. ve Delice, A. (2007). Experiences of mathematics student teachers in a series of science experiments. 6. WSEAS International Conference on Education and Educational Technology’de sunulan bildiri, Bologna, İtalya.
8. Berlin, F. D. ve White, A. L. (2012) A longitudinal look at attitudes and perceptions related to the integration of mathematics, science, and technology education. School Science and Mathematics, 112 (1).

9. Blatcford, P., Kutnick, P., Baines, E. ve Galton, M. (2003). Toward a social pedogogy of classroom group work. Internatioanal Journal of Educational Research, 39, 153-172.
10. Bozkurt, A. ve Akalın, S. (2010). Matematik öğretiminde materyal geliştirmenin ve kullanımının yeri, önemi ve bu konuda öğretmenin rolü. Dumlupınar Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 27, 47-56.
11. Breiner, M. J., Johnson, C. C., Harkness, S. S. ve Koehler, C. M. (2012) What Is STEM? A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships. School Science and Mathematics, 112 (1)
12. Borromeo Ferri, R. (2006). Theoretical and Empirical Differentiations of Phases in the Modelling Process. Zentralblatt für Didaktik der Mathematik-ZDM, 38(2), 86-95.
13. Brousseau, G. (1998). Théorie des situations didactiques: Didactique des mathématiques, 1970-1990. Grenoble: La Pensée Sauvage.
14. Buyruk, B. ve Korkmaz, Ö. (2016). FeTeMM farkındalık ölçeği (FFÖ): Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 13(2), 61-76, doi: 10.12973/tused.10179a
15. Bybee, R. W. (2010a). The teaching of science: 21st century perspectives. Arlington, Virginia: NSTA Press.
16. Bybee, R. W. (2010b). What is STEM education. Science, 329, 996. doi: 10.1126/science.1194998
17. Coffey, A. ve Atkinson, P. (1996). Making sense of qualitative data: Complementary research strategies. Thousand Oaks, CA: Sage Publications.
18. Çorlu, M. ve Aydin, E . (2016). Evaluation of learning gains through ıntegrated STEM projects. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology, 4(1), 20-29.
19. Çorlu, M. S., Capraro, R. M. ve Capraro, M. M. (2014). Introducing STEM education: Implications for educating our teachers for the age of innovation. Education and Science, 39(171), 74-85.
20. Çorlu, M. A. ve Çorlu, M. S. (2012). Scientific inquiry based professional development models in teacher education. Educational Sciences: Theory & Practice, 12(1), 514–521.
21. Deniz, D. (2014). Ortaöğretim matematik öğretmenlerinin matematiksel modelleme yöntemine uygun etkinlik oluşturabilme ve uygulayabilme yeterlikleri (Yayımlanmamış doktora tezi). Atatürk Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
22. Deniz, D. ve Akgün, L. (2017a). Ortaöğretim matematik öğretmenlerinin tasarladıkları model oluşturma etkinliklerinin sınıflarda uygulanabilme süreçlerinin incelenmesi. Erzincan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 19(1). 166-183, doi: 10.17556/erziefd.308679
23. Deniz, D. ve Akgün, L. (2017b). Ortaöğretim matematik öğretmenlerinin matematiksel modelleme yöntemi ve uygulamalarına yönelik görüşleri. Muş Alparslan Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 5(1), 95-117, doi: 10.18506/anemon.272677
24. Derin, G. (2017). Ortaöğretim matematik öğretmen eğitimi programına STEM entegrasyonu: Bir ders örneği (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
25. Derin, G., Aydın, E. ve Kırkıç, K.A. (2017). STEM (fen-teknoloji-mühendislik–matematik) eğitimi tutum ölçeği. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 4(3), 547-559.
26. Doorman, L. M. ve Gravemeijer, K. (2009). Emerging modeling: Discrete graphs to support the understanding of change and velocity. ZDM Mathematics Education, 41,199–211 doi: 10.1007/s11858-008-0130-z
27. Doruk, B. K. (2010). Matematiği günlük yaşama transfer etmede matematiksel modellemenin etkisi (Yayımlanmamış doktora tezi). Hacettepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara.
28. Doruk, B. K. ve Umay, A. (2011). Matematiği günlük yaşama transfer etmede matematiksel modellemenin etkisi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 41,124-135.
29. Eraslan, A. (2011). İlköğretim matematik öğretmen adaylarının model oluşturma etkinlikleri ve bunların matematik öğrenimine etkisi hakkındaki görüşleri. Elementary Education Online, 10(1), 364-377.
30. Erbaş, A. K., Çetinkaya, B., Alacacı, C., Çakıroğlu, E., Aydoğan-Yenmez, A., Şen-Zeytun, A., Korkmaz, H., Kertil, M., Gözde-Didiş, M., Baş, S. ve Şahin, Z. (2016) Lise Matematik konuları için günlük hayattan modelleme soruları. Ankara: TÜBA.
31. Erbaş, A. K., Kertil, M., Çetinkaya, B., Çakıroğlu, E., Alacacı, C. ve Baş, S. (2014). Matematik eğitiminde matematiksel modelleme: Temel kavramlar ve farklı yaklaşımlar. Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri, 14(4), 1607-1627, doi: 10.12738/estp.2014.4.2039
32. Erdoğan, N., Çorlu, M. S. ve Capraro, R. M. (2013) Defining innovation literacy: Do robotics programs help students develop innovation literacy skills?. International Online Journal of Educational Sciences, 5(1), 1-9.
33. Erturan, D. (2007). 7. sınıf öğrencilerinin sınıf içindeki matematik başarıları ile günlük hayatta matematiği fark edebilmeleri arasındaki ilişki (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Hacettepe Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İlköğretim Anabilim Dalı, Ankara.
34. Frejd, P. (2013). Modes of modelling assessment: A literature review. Educational Studies in Mathematics, 84, 413–438.
35. Galbraith, P. ve Stillman, G. (2006). A framework for identifying student blockages during transitions in the modelling process. ZDM, 38(2), 143-162.
36. Gedikoğlu, T. (2005). Avrupa Birliği sürecinde Türk eğitim sistemi: Sorunlar ve çözüm önerileri. Mersin Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1), 66-80.
37. Göksun, D. O. ve Kurt, A. A. (2017). Öğretmen adaylarının 21. yy. öğrenen becerileri kullanımları ve 21. yy. öğreten becerileri kullanımları arasındaki ilişki. Eğitim ve Bilim, 42(190), 107-130.
38. Hacıömeroğlu, G. ve Bulut, A.S. (2016). Entegre FeTeMM öğretimi yönelim ölçeği Türkçe formunun geçerlik ve güvenirlik çalışması. Eğitimde Kuram ve Uygulama, 12(3), 654-669.
39. Haines, C. ve Crouch, R. (2001). Recognizing constructs within mathematical modeling. Teaching Mathematics and its Applications, 20(3), 129-138.
40. Haines, C. ve Crouch, R. (2007). Mathematical modeling and applications: Ability and competence frameworks. W. Blum, P. L. Galbraith, H. Henn ve M. Niss (Haz.), Modelling and applications in mathematics education: The 14th ICMI study (s. 417-424). New York, NY: Springer.
41. Hıdıroğlu, Ç. N. ve Bukova Güzel, E. (2013). Matematiksel modelleme sürecini açıklayan farklı yaklaşımlar. Bartın Eğitim Fakültesi Dergisi, 2(1), 127-145.
42. Houston, K. (2007). Assessing the “phases” of mathematical modelling. W. Blum, P. L. Galbraith, H. W. Henn ve M. Niss (Haz.), Modelling and applications in mathematics education: The 14th ICMI study (s. 249–256). New York, NY: Springer.
43. Izard, J., Haines, C., Crouch, R., Houston, K. ve Neil, N. (2003). Assessing the impact of teachings mathematical modeling: Some implications. S. J. Lamon, W. A. Parker ve K. Houston (Haz.), Mathematical modelling: A way of life (s. 165-177). Chichester, UK: Horwood Publishing.
44. İpek, J., Yılmaz Turgut, G. ve Tunga, Y. (2016). Matematik öğretmen adaylarının PISA ve TIMMS sınavları hakkındaki görüşleri. International Journal of Innovative Research in Education, 3(1), 32-41. Erişim adresi http://sproc.org/ojs/index.php/IJIRE.
45. Johnson, R. B. ve Onwuegbuzie, A. J. (2004). Mixed method research: A research paradigm whose time has come. Educational Researcher, 33(7), 14-26.
46. Kaiser, G. ve Sriraman, B. (2006). A global survey of international perspectives on modelling in mathematics education. ZDM–The International Journal on Mathematics Education, 38(3), 302-310.
47. Kertil, M. (2008). Matematik öğretmen adaylarının problem çözme becerilerinin modelleme sürecinde incelenmesi (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
48. Kertil, M. ve Gürel, C. (2016). Mathematical modeling: A bridge to STEM education. International Journal of Education in Mathematics Science And Technology , 4, 44-55.
49. Kertil, M., Çetinkaya, B., Erbaş, A. K. ve Çakıroğlu, E. (2016). Matematik eğitiminde matematiksel modelleme. Bingölbali, E., Arslan, S. ve Zembat, İ. Ö. (Haz.), Matematik Eğitiminde Teoriler (s. 539-563). Ankara: Pegem Akademi Yayıncılık.
50. Korkmaz, E. (2010). İlköğretim matematik ve sınıf öğretmeni adaylarının matematiksel modellemeye yönelik görüşleri ve matematiksel modelleme yeterlikleri (Yayımlanmamış doktora tezi). Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir.
51. Korkut, F. (2002). Lise öğrencilerinin problem çözme becerileri. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 22, 177-184.
52. Kovarik, D. N., Patterson, D. G., Cohen, C. Sanders, E. A., Peterson, K. A., Porter, S. G. ve Chowning, J. T. (2013) Bioinformatics education in high school: Implications for promoting science, technology, engineering, and mathematics careers. CBE—Life Sciences Education, 12, 441–459.
53. Kösterelioğlu, İ. ve Bayar, A. (2014). Türk eğitim sistemine ilişkin bir durum çalışması. International Journal of Social Science, 25(I), 177-187, doi: http://dx.doi.org/10.9761/JASSS2279
54. Lesh, R. ve Doerr, H. M. (2003). Foundations of a models and modeling perspective on mathematics teaching, learning, and problem solving. R. Lesh ve H. M. Doerr (Haz.), Beyond constructivism: Models and modeling perspectives on mathematics problem solving, learning, and teaching (s. 3-33). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum.
55. Lingefard, T. (2006). Faces of mathematical modeling. ZDM–The International Journal on Mathematics Education, 38(2), 96-112.
56. Maaß, K. (2006). What are modelling competencies? Zentralblatt für Didaktik der Mathematik-ZDM, 38(2), 113-142.
57. MEB (2013). Ortaöğretim matematik dersi öğretim programı.
58. MEB (2014). Türkiye mesleki ve teknik eğitim strateji belgesi ve eylem planı (2014-2018).
59. MEB (2016). STEM eğitimi raporu. Erişim adresi http://yegitek.meb.gov.tr/STEM_Egitimi_Raporu.pdf
60. MEB (2017). Ortaöğretim matematik dersi öğretim programı.
61. MEB (2017). Ortaöğretim temel düzey MATEMATİK 11. sınıf ders kitabı. Ankara: MEB.
62. Mevarech, Z. ve B. Kramarski (2014), Critical Maths for Innovative Societies: The Role of Metaognitive Pedagogies. OECD Publishing. http://dx.doi.org/10.1787/9789264223561-en
63. Olkun, S., Şahin, Ö., Akkurt, Z., Dikkartin, F. T. ve Gülbağcı, H. (2009). Modelleme yoluyla problem çözme ve genelleme: Ilköğretim öğrencileriyle bir çalışma. Eğitim ve Bilim, 34(151), 65-73.
64. Özgün-Koca, S.A. ve Şen, A. İ. (2002). 3. Uluslararası matematik ve fen bilgisi çalışması – tekrar sonuçlarının Türkiye için değerlendirilmesi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 23, 145-154.
65. Polya, G. (1973). How to solve it. Princeton University Press, Princeton.
66. Roehrig, G. H., Moore, T. J., Wang, H. H. ve Park, M. S. (2012). Is adding the E enough?: Investigating the Impact of K-12 engineering standards on the implementation of STEM Integration. School of Engineering Education Faculty Publications. Paper 6. http://dx.doi.org/10.1111/j.1949-8594.2011.00112. x
67. Soylu, Y. ve Soylu, C. (2006). Matematik derslerinde başarıya giden yolda problem çözmenin rolü. İnönü Üniversitesi, Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(11), 97-111.
68. Sriraman, B. (2005). Conceptualizing the notion of model eliciting. 4. Congress of the European Society or Research in Mathematics Education’de sunulan bildiri, Sant Feliu de Guíxols, İspanya.
69. Stillman, G., Galbraith, P., Brown, J. ve Edwards I. (2007). A framework for success in implementing mathematical modelling in the secondary classroom. Mathematics: Essential Research, Essential Practice, 2, 688-697.
70. Strauss, A. L. ve Corbin, J. M. (1990). Basics of qualitative research: Grounded theory procedures and techniques. Newbury Park, CA: Sage.
71. The National Curriculum in England Key stages 3 and 4 framework document, (2013)
72. TÜSİAD (2017). 2023’e doğru Türkiye’de STEM gereksinimi. Erişim adresi http://tusiad.org/tr/yayinlar/raporlar/item/9735-2023-e-dog-ru-tu-rkiye-de-stem-gereksinimi
73. Wagner, T. (2008). Rigor redefined. Educational Leadership, 66(2), 20-24.
74. Windschitl, M. (2009). Cultivating 21st century skills in science learners: How systems of teacher preparation and professional development will have to evolve. Paper commissioned by National Academy of Science’s Committee on The Development of 21st Century Skills. Washington, DC.
75. Yazgan, Y. ve Bintaş, J. (2005). İlköğretim dördüncü ve beşinci sınıf öğrencilerinin problem çözme stratejilerini kullanabilme düzeyleri: Bir öğretim deneyi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 28, 210-218.
76. Yıldırım, A. ve Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri (9. baskı). Ankara: Seçkin Yayıncılık.
77. Yılmaz, H., Yiğit Koyunkaya, M., Güler, F. ve Güzey, S. (2017). Fen, teknoloji, mühendislik, matematik (STEM) eğitimi tutum ölçeğinin Türkçe’ye uyarlanması. Kastamonu Eğitim Dergisi, 25(5), 1787-1800.
78. Yu, S. Y. ve Chang, C. K. (2011). What did Taiwan mathematics teachers think of model-eliciting activities and modelling teaching?. G. Kaiser, W. Blum, R. B. Ferri and G. Stillman (Haz.), Trends in teaching and learning of mathematical modelling: ICTMA 14 (s. 147-156). Netherlands: Springer.
79. Zbiek, R., M. ve Conner, A. (2006). Beyond motivation: Exploring mathematical modeling as a context for deepening students’ understandings of curricular mathematics. Educational Studies in Mathematics, 69, 89-112.