The Effectiveness of STEM Applications in Science Education: An Example of the Interaction of Light with Matter Unit

Abstract

The purpose of this study is to determine the effects of STEM education on students' academic achievement in science and their perceptions of problem-solving skills, and to reveal students' opinions on STEM-based applications. The research was conducted with a total of 65 seventh-grade students (34 experimental, 31 control) during the spring semester of the 2023-2024 academic year. The study employed an embedded design, a mixed-methods research method, designed with a quasi-experimental design for the quantitative dimension and a case study approach for the qualitative dimension. Quantitative data were collected using the Science Academic Achievement Test and the Problem-Solving Perception Scale, while qualitative data were collected through a semi-structured interview form. Dependent and independent samples t-tests were used in the analysis of quantitative data, and descriptive analysis was used in the analysis of qualitative data. The findings show that STEM education significantly increases students' academic achievement in science and their perceptions of problem-solving skills. Students stated that STEM-based activities made the science learning process more fun, interactive, and motivating.

Keywords

• Academic Achievement
• Interaction of Light with Matter
• Secondary School Students
• Perception of Problem Solving Skills
• STEM Education.

Project Number

proje kapsamında üretilmemiştir.

Fen Bilimleri Eğitiminde STEM Uygulamalarının Etkililiği: Işığın Madde ile Etkileşimi Ünitesi Örneği

Abstract

Bu araştırmanın amacı, STEM eğitiminin öğrencilerin fen bilimleri dersine yönelik akademik başarıları ve problem çözme becerilerine ilişkin algı düzeyleri üzerindeki etkisini belirlemek ve öğrencilerin STEM temelli uygulamalara yönelik görüşlerini ortaya koymaktır. Araştırma, 2023-2024 eğitim-öğretim yılı bahar döneminde, yedinci sınıf düzeyinde öğrenim gören toplam 65 öğrenci (34 deney, 31 kontrol) ile yürütülmüştür. Karma araştırma yöntemlerinden gömülü desenin kullanıldığı çalışmada, nicel boyut yarı deneysel desen, nitel boyut ise durum çalışması yaklaşımıyla tasarlanmıştır. Nicel veriler Fen Bilimleri Akademik Başarı Testi ve Problem Çözmeye Yönelik Algı Ölçeği aracılığıyla, nitel veriler ise yarı yapılandırılmış görüşme formu ile toplanmıştır. Nicel verilerin analizinde bağımlı ve bağımsız gruplar t-testleri, nitel verilerin analizinde ise betimsel analiz yöntemi kullanılmıştır. Bulgular, STEM eğitiminin öğrencilerin fen bilimleri dersindeki akademik başarılarını ve problem çözme becerilerine yönelik algılarını anlamlı düzeyde artırdığını göstermektedir. Öğrenciler, STEM temelli etkinliklerin fen öğrenme sürecini daha eğlenceli, etkileşimli ve motive edici hale getirdiğini ifade etmişlerdir.

Keywords

• Akademik Başarı
• Işığın Madde ile Etkileşimi
• Ortaokul Öğrencileri
• Problem Çözme Becerilerine Yönelik Algı
• STEM Eğitimi.

Project Number

proje kapsamında üretilmemiştir.

References

1. Akarsu, M., Okur-Akçay, N. & Elmas, R. (2020). STEM eğitimi yaklaşımının özellikleri ve değerlendirilmesi. Boğaziçi Üniversitesi Eğitim Dergisi, 37, 155- 175.
2. Aksakallı, Z. (2025). İlkokulda STEM uygulamalarının öğrencilerin temel becerilerine ve STEM tutumlarına etkisi. BABUR Research, 4(1), 247-261.
3. Alkan, R. & Yüzüak, A. V. (2025). 7. sınıf öğrencilerinin geri dönüşümüne ilişkin STEM etkinliklerine yönelik görüşlerinin incelenmesi. Anadolu Kültürel Araştırmalar Dergisi, 9(1), 91-118. https://doi.org/10.15659/jancr.v9i1.217
4. Altakhayneh, B. (2020). The impact of using the Lego education program on mathematics achievement of different levels of elementary students. European Journal of Educational Research, 9(2), 603-610.
5. Ancheva, V. & Voinohovska, V. (2019, 11-13 Kasım). Integrating the STEM methodology in robotics education in after school enrichment classes for students. In 12th International Conference of Education, Research and Innovation, (p. 4610-4616), Seville, Spain.
6. Arizona, K., Rokhmat, J., Ramdani, A., Gunawan, & Sukarso, A. (2025). Examining global trends in 21st century skills: A systematic literature review and bibliometric analysis. International Conference on Islamic Education and Science Development Proceedings, 3(1). 585-610. https://proceeding.uinmataram.ac.id/index.php/iconside/article/view/264/229
7. Asigigan, S. İ. & Samur, Y. (2021). Oyunlaştırılmış STEM uygulamalarının öğrencilerin içsel motivasyonlarına, eleştirel düşünme eğilim düzeylerine ve problem çözme becerileri algılarına etkisi. Uluslararası Matematik, Bilim ve Teknoloji Eğitimi Dergisi, 9(2), 332-352.
8. Atalay, R. & Oner Armağan, F. (2023). STEM eğitimi almış fen bilimleri öğretmenlerin STEM eğitimine yönelik görüşleri. Maarif Mektepleri Uluslararası Eğitim Bilimleri Dergisi, 7(1), 83-115. https://doi.org/10.46762/mamulebd.1308766

9. Batdi, V., Talan, T. & Semerci, C. (2019). Meta-analytic and meta-thematic analysis of STEM education. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology (IJEMST), 7(4), 382-399.
10. Bayburt, B. & Eğin, F. (2021). Teknoloji ve sanayideki gelişmelerin yansıması olarak eğitim 4.0. Bilgi Ekonomisi ve Yönetimi Dergisi, 16(2), 137-154.
11. Braun, V. & Clarke, V. (2013). Successful qualitative research: A practical guide for beginners. Sage Publication.
12. Bulajeva, T. & Meškauskienė, A. (2026). Future-oriented global drivers of change in education: From industrial revolutions to a new social contract-A scoping review. Social Sciences, 15(1), 38. https://doi.org/10.3390/socsci15010038
13. Bybee, R. W. (2010). What is STEM education? Science, 329(5995), 996.
14. Cohen, J. (1988). Statistical power analysis for the behavioral sciences (2nd ed.). Lawrence Erlbaum Associates.
15. Cervelló-Royo, R., Devece, C., Galdón, J. L., & Lull, J. J. (2026). Towards the knowledge society: A definition, measurements, and limits. Journal of Innovation & Knowledge, 12, Article no. 100873. https://doi.org/10.1016/j.jik.2025.100873
16. Creswell, J. W. & Creswell, J. D. (2018). Research design: Qualitative, quantitative, and mixed methods approaches (5th ed.). Sage Publications.
17. Çiftçi, T. (2025). Bilimsel sorgulamaya dayalı STEAM eğitiminin öğrencilerin akademik başarısına, meslek tercihlerine, STEAM tutumlarına ve bilimsel yaratıcılıklarına etkisi (Yayın No. 941435) [Yüksek Lisans Tezi, Adıyaman Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
18. Çoban, M., Akgün, A. & Tokur, F. (2019, 26-27 Nisan). Ortaokul 7. sınıf öğrencilerinin STEM uygulamaları hakkındaki görüşlerinin incelenmesi. 6. Uluslararası Multidisipliner Çalışmaları Kongresi içinde (s. 397-407), Hasan Kalyoncu Üniversitesi, Gaziantep.
19. Dedetürk, A., Saylan Kırmızıgül, A. & Kaya, H. (2020). “Ses” konusunun STEM etkinlikleri ile öğretiminin başarıya etkisi. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 49, 134-161. https://doi.org/10.9779/pauefd.532331.
20. Demirel, R. & Özcan, H. (2021). Argümantasyon destekli fen ve mühendislik uygulamalarının 7. sınıf öğrencilerinin ışık konusuna yönelik başarılarına etkisi. Aksaray Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 5(1), 100-111. https://doi.org/10.38122/ased.912508
21. Doğan, A., Aydın, E. & Kahraman, E. (2020). STEM uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin problem çözme becerilerine yönelik algılarına etkisinin incelenmesi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Türk Dünyası Uygulama ve Araştırma Merkezi (ESTÜDAM), 5(2), 123-144.
22. Dolmaci, A. & Acar, F. E. (2025). Development of a twenty-first century skills curriculum through the flipped learning approach. Humanities and Social Sciences Communications, 12, Article no: 1666. https://doi.org/10.1057/s41599-025-05925-2
23. Duyal, D. (2022). Çevre eğitimi kapsamında geliştirilen FETEMM etkinliklerinin ortaokul fen bilimleri dersi öğrencilerinin çevre eğitimi ve FETEMM eğitimine yönelik tutumları üzerine etkisi (Yayın No. 754419) [Yüksek lisans tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
24. Erkan, H. (2023). Ters yüz öğrenme modeli ile yürütülen STEM etkinliklerinin ilkokul 4. sınıf öğrencilerinin bilimsel yaratıcılık, STEM tutum ve STEM algıları üzerine etkisi (Yayın No. 793655) [Yüksek lisans tezi, Giresun Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
25. Fairhurst, N., Koul, R., & Sheffield, R. (2023). Students’ perceptions of their STEM learning environment. Learning Environments Research, 26(3), 977–998. https://doi.org/10.1007/s10984-023-09463-z
26. Fraenkel, J.R., Wallen, N.E. & Hyun, H.H. (2012). How to design and evaluate research in education (8th ed.). McGraw-Hill.
27. Ghasemi, A. & Zahediasl, S. (2012). Normality tests for statistical analysis: A guide for non-statisticians. International Journal of Endocrinology and Metabolism, 10(2), 486-489. https://doi.org/10.5812/ijem.3505
28. Gülen, S. & Yaman, S. (2018). Fen-teknoloji-mühendislik ve matematik eğitimi entegreli argümantasyon metinlerinden oluşan ürün dosyalarının değerlendirilmesi. Journal of STEAM Education, 1(2), 1-16.
29. Gülen, S. & Yaman, S. (2019). The effect of integration of STEM disciplines into Toulmin's argumentation model on students’ academic achievement, reflective thinking, and psychomotor skills. Journal of Turkish Science Education, 16(2), 216-230. https://doi.org/10.12973/tused.10276a
30. Gündüz-Bahadır, E. B. & Özay-Köse, E. (2021). STEM eğitimlerinin ortaokul öğrencilerinin bilimsel yaratıcılıklarına ve STEM mesleklerine olan ilgilerine etkisi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Türk Dünyası Uygulama ve Araştırma Merkezi Eğitim Dergisi, 6(1), 12-30.
31. Gürsoy, K., Bebek, G. & Bülbül, S. (2023). STEM eğitim uygulamalarının akademik başarı ve bilimsel süreç becerileri üzerindeki etkisi: Bir meta-analiz çalışması. Pedagojik Sosyoloji ve Psikoloji Dergisi, 5(3), 221-246. https://doi.org/10.33902/jpsp.202324071
32. Işıldak, R. (2024). Fen bilimleri dersinde dezavantajlı öğrencilere STEM uygulaması: Bir karma yöntem çalışması (Yayın No. 893943) [Yüksek Lisans Tezi. Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
33. İnce, F. E. & Ekmekçi, S. (2023). Proje tabanlı STEM eğitiminin öğrencilerin fen başarılarına ve problem çözme becerilerine etkisi. Uluslararası Eğitim Bilimleri Dergisi, 10(37), 551-574.
34. İnel, D. (2012). Kavram karikatürleri destekli probleme dayalı öğrenme yönteminin öğrencilerin problem çözme becerileri algılarına, fen öğrenmeye yönelik motivasyonlarına ve kavramsal anlama düzeylerine etkileri (Yayın No. 313398) [Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
35. Kahraman, E. & Doğan, A. (2020). STEM etkinliklerine yönelik ortaokul öğrencilerinin görüşleri. Anadolu Öğretmen Dergisi, 4(1), 1-20.
36. Karasar, N. (2012). Bilimsel araştırma yöntemi. Nobel Yayıncılık.
37. Kocakülah, M. S., Abacı, B. & Kocakülah, A. (2021). Bütünleştirilmiş STEM etkinliklerinin fen bilgisi öğretmen adaylarının STEM eğitimi tutumlarına etkisi. İstanbul Aydın Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(2), 223-262.
38. Köklü, N. (2002). Açıklamalı istatistik terimleri sözlüğü. Nobel Yayıncılık.
39. Külegel, S. (2020). Çevre eğitimine dayalı fen, teknoloji, mühendislik, matematik temelli etkinliklerin özel yetenekli öğrencilerin 21. yüzyıl becerilerini geliştirmesine yönelik araştırma (Yayın No. 640643) [Yüksek lisans tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
40. Krathwohl, D. R. (2002). A revision of Bloom’s taxonomy: An overview. Theory Into Practice, 41(4), 212-218. https://doi.org/10.1207/s15430421tip4104_2
41. Lavi, R., Tal, M. & Dori, Y. J. (2021). Perceptions of STEM alumni and students on developing 21st century skills through methods of teaching and learning. Studies in Educational Evaluation, 70(4), Article no 101002. https://doi.org/10.1016/j.stueduc.2021.101002
42. Lingard, L. (2019). Beyond the default colon: Effective use of quotes in qualitative research. Perspectives on Medical Education, 8(6), 360-364. https://doi.org/10.1007/s40037-019-00550-7
43. Malçok, B. & Ceylan R. (2021). The Effects of STEM activities on the problem-solving skills of 6 year-old preschool children. European Early Childhood Education Research Journal, 30(3), 114, 423-436.
44. Martynenko, O. O., Pashanova, O. V., Korzhuev, A. V., Prokopyev, A. I., Sokolova, N. L. & Sokolova, E. G. (2023). Exploring attitudes towards STEM education: A global analysis of university, middle school, and elementary school perspectives. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 19(3), em2234.
45. McGahee, T.W. & Ball, J. (2009). How to read and really use an item analysis. Nurse Educator, 34(4), 166-171.
46. Mentzer, N. (2011). High school engineering and technology education integration through design challenges. Journal of STEM Teacher Education, 48(2), 103-136.
47. Miles, M. B. & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis an expanded source book. Sage Publications.
48. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB), (2018). Fen Bilimleri dersi taslak öğretim programı (ilkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7, 8. sınıflar). Millî Eğitim Bakanlığı Temel Eğitim Genel Müdürlüğü.
49. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB), (2024). Fen bilimleri dersi öğretim programı (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Millî Eğitim Bakanlığı Temel Eğitim Genel Müdürlüğü.
50. Morgan, G. A., Leech, N. L., Gloeckner, G. W. & Barrett, K. C. (2004). SPSS for introductory statistics: Use and interpretation. Psychology Press.
51. Nacaroğlu, O. & Kızkapan, O. (2021). Özel yetenekli öğrencilerin STEM tutumları ve 21. yüzyıl becerilerine sahip olma düzeyleri. Türkiye Sosyal Araştırmalar Dergisi, 25(2), 425-442.
52. Nguyện, L. C., Hoa, H. Q. & Hien, L. H. P. (2025). Integrating design thinking into STEM education: Enhancing problem-solving skills of high school students. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 21(4), em2611. https://doi.org/10.29333/ejmste/16084
53. Özçakır Sümen, Ö. (2018). Matematik dersinde uygulanan STEM etkinliklerinin sınıf öğretmeni adaylarının öğrenme ürünlerine etkileri (Yayın No. 516892) [Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
54. Özkul, H. (2025). Identifying the entrepreneurship and problem-solving skills of fourth-grade students through engineering design-based STEM activities. Humanities and Social Sciences Communications, 12(1), 1-15.
55. Parno, P., Yuliati, L. & Ni’mah, B. Q. A. (2019). The influence of PBL-STEM on students’ problem solving skills in the topic of optical instruments. Journal of Physics: Conference Series, 1171(1), 1-9.
56. Pekbay, C., Yavuz, S. & Kaptan, F. (2020). Ortaokul öğrencilerinin STEM eğitim yaklaşımına dayalı olarak hazırlanan etkinlikler ile ilgili görüşleri: Yeşil mühendislik etkinlikleri. İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 21(2), 840-857.
57. Razali, N. M. & Wah, Y. B. (2011). Power comparisons of Shapiro-Wilk, Kolmogorov Smirnov, Lilliefors and Anderson-Darling tests. Journal of Statistical Modeling and Analytics, 2(1), 21-33.
58. Sarah Kartini, F., Widodo, A., Winarno, N. & Astuti, L. (2021). Promoting student's problem-solving skills through STEM project-based learning in earth layer and disasters topic. Journal of Science Learning, 4(3), 257-266.
59. Shapiro, S. S. & Wilk, M. B. (1965). An analysis of variance test for normality: Complete samples. Oxford University Press on behalf of Biometrika Trust, 52(3/4), 591-611.
60. Stefanidou, C., Mandrikas, A., Kyriakou, K., Stavrou, I., Boikos, I. & Skordoulis, C. (2024). Primary students’ views toward STEM education in Greece. Science Education International, 35(2), 85-91 https://doi.org/10.33828/sei.v35.i2.2
61. Subaşı, Y. (2022). Tasarım temelli fen eğitiminin ortaokul 7. sınıf öğrencilerinin akademik başarılarına, mühendislik bilgi düzeylerine, teknoloji algılarına ve teknolojik problem çözme becerilerine etkisi (Yayın No. 740188) [Doktora Tezi. Marmara Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
62. Şanlı, M. & Somuncuoğlu Özerbaş, D. H. (2021). STEM etkinliklerinin öğrencilerin STEM alanlarına yönelik tutumuna ve fene yönelik motivasyonlarına etkisi. Manisa Celal Bayar Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 19(3), 139-154. https://doi.org/10.18026/cbayarsos.889816
63. Şeker, H. & Gençdoğan, B. (2006). Psikolojide ve eğitimde ölçme aracı geliştirme. Nobel Yayın Dağıtım.
64. Tavşancıl, E. (2010). Tutumların ölçülmesi ve SPSS ile veri analizi. Nobel Yayın Dağıtım.
65. Taylor, D. C. (2019). Out of school time (OST) STEM activities impact on middle school students’ STEM persistence: A convergent mixed methods study. [Doctoral Thesis, Texas Tech University]. Texas Tech University Libraries.
66. Tekin, H. (1996). Eğitimde ölçme ve değerlendirme (9. Baskı). Yargı Yayınları.
67. Topsakal, İ., Altun Yalçın, S. & Çakır, Z. (2021). The Effect of problem-based STEM education on the students’ critical thinking tendencies and their perceptions for problem solving skills. Science Education International, 33(2), 136–145. https://doi.org/10.33828/sei.v33.i2.1
68. Turgut, M. F. & Baykul, Y. (2015). Eğitimde ölçme ve değerlendirme. Pegem Akademi.
69. Türnüklü, A. (2000). Eğitimbilim araştırmalarında etkin olarak kullanılabilecek nitel bir araştırma tekniği: Görüşme. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 24(24), 543- 559.
70. Uştu, H. (2019). İlkokul düzeyinde bütünleşik STEM/STEAM etkinliklerinin uygulanması: Sınıf öğretmenleriyle bir eylem araştırması (Yayın No. 589311) [Doktora tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
71. Uzun, Y. (2022). Bağlantılı öğrenme ile STEM yaklaşımının ilkokul 3. Sınıf öğrencilerinin 21. Yüzyıl öğrenme ve yenilenme becerilerine, dijital medya okuryazarlıklarına ve sosyal girişimcilik niyetlerine etkisinin incelenmesi. (Yayın No. 751589) [Yüksek lisans tezi, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
72. Wahono B. & Chang C.Y. (2019). Assessing teacher’s attitude, knowledge, and application (AKA) on STEM: An effort to foster the sustainable development of STEM education. Sustainability, 11(4), 950.
73. Yıldırım, N. (2025). STEM SOS modelinin 7. sınıf fen bilimleri dersinde örnek bir uygulaması: Işığın madde ile etkileşimi. (Yayın No. 922306) [Yüksek Lisans Tezi. İnönü Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
74. Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.
75. Yıldız, M. (2022). STEM uygulamalarının ilkokul öğrencilerinin 21. Yüzyıl becerilerine, bilimin doğası düşüncelerine ve astronomi ilgilerine etkisi. (Yayın No. 737620) [Yüksek lisans tezi, Düzce Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
76. Yılmaz Baltabıyık, D. (2019). STEM uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin kavramsal anlama ve bilimsel yaratıcılıklarına etkisi. (Yayın No. 608976) [Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
77. Yücel, M. (2019). İlkokul fen bilimleri dersinde laboratuvar kullanımının öğrencilerin tutum, bilimsel süreç becerileri ve akademik başarılarına etkisi. (Yayın No. 593982) [Yüksek lisans tezi, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
78. Zhou, S. N., Zeng, H., Xu, S. R., Chen, L. C. & Xiao, H. (2019). Exploring changes in primary students' attitudes towards science, technology, engineering and mathematics (STEM) across genders and grade levels. Journal of Baltic Science Education, 18(3), 466-480.
79. Znagui, Z. (2024). Examining factors influencing the emergence of a knowledge society: An explorative study. Journal of e-Learning and Knowledge Society, 20(2), 28-41. https://doi.org/10.20368/1971-8829/1135974