Tasarım Odaklı Düşünme Etkinlikleriyle Bütünleştirilmiş Eğitsel Robotik Uygulamaların Ortaokul Öğrencilerinin Bilişsel Yapı ve Kavramsal Değişimine Etkisi

Year 2025, Volume: 45 Issue: 2, 569 - 585, 30.08.2025

Mehmet Koca , İsmail Türkoğlu , Mustafa Kahyaoğlu

https://doi.org/10.17152/gefad.1474202

Abstract

Öğrencilerin fenle ilgili konularında bilgi sahibi olmaları ve farklı fikirleri ortaya koyabilmeleri onların fen konularına ilişkin temel kavramları zihinlerinde bilimsel gerçeklere uygun bir şekilde anlamlandırmalarına bağlıdır. Bu bağlamda bilginin yapı taşı olan kavramların zihinde anlamlandırılmasına ilişkin çalışmalar alanyazın açısından önemli olduğu düşünülmektedir. Bu çerçevede araştırmanın amacı, tasarım odaklı düşünme etkinlikleriyle bütünleştirilmiş eğitsel robotik uygulamaların ortaokul 7. sınıf öğrencilerin bilişsel yapı ve kavramsal değişimleri üzerine etkisini incelemektir. Araştırma, nitel araştırma yöntemlerinden durum çalışmasıyla gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın çalışma grubunu 2021– 2022 eğitim öğretim yılında Malatya il Milli Eğitim Müdürlüğüne bağlı iki farklı devlet okulunda öğrenim gören ortaokul 7. sınıf öğrencileri oluşturmaktadır. Çalışma grubu amaçlı örnekleme yöntemlerinden ölçüt örnekleme yöntemine göre belirlenmiştir. Araştırmanın uygulama süreci yaklaşık 2 ay sürmüştür. Araştırmada veriler kelime ilişkilendirme testleriyle toplanmış ve kavram ağlarıyla görselleştirilerek sunulmuştur. Veriler içerik analizi yöntemiyle analiz edilmiştir. Araştırma sonucunda, tasarım odaklı düşünme etkinlikleriyle bütünleştirilmiş eğitsel robotik uygulamaların öğrencilerin kavramsal değişimlerine olumlu yönde bir değişim meydana getirdiği ortaya konulmuştur. Ayrıca eğitsel robotik uygulamaların öğrencilerin kuvvet ve enerji konusunda bilişsel yapılarını zenginleştirdiği sonucuna ulaşılmıştır. Buna göre fen bilimleri öğretim programları kapsamında ortaokul öğrencilerinin bilişsel yapılarını zenginleştirmek ve kavramsal değişimlerini sağlamak için tasarım odaklı düşünme etkinlikleriyle bütünleştirilmiş eğitsel robotik uygulamaların eğitim ortamlarına entegre edilmesi önerilebilir.

Keywords

Eğitsel Robotik Uygulamalar , Fen Bilimleri Öğretimi , Tasarım Odaklı Düşünme

Ethical Statement

Bu araştırma, Fırat Üniversitesi Eğitim Bilimleri Etik Kurulu 20.11.2020 tarih ve 24-20 sayılı onayı ile yürütülmüştür. Yapılan bu çalışmada “Yükseköğretim Kurumları Bilimsel Araştırma ve Yayın Etiği Yönergesi” kapsamında uyulması belirtilen tüm kurallara uyulmuştur.

Supporting Institution

Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

EF.21.09

Thanks

Bu araştırmaya destek veren Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi'ne teşekkür ederiz.

The Effect of Educational Robotic Applications Integrated with Design Thinking Activities on Secondary School Students' Cognitive Structure and Conceptual Change

Abstract

Students' ability to have knowledge on science-related subjects and to put forward different ideas depends on their ability to understand the basic concepts of science in their minds in accordance with scientific facts. In this context, studies on the mental interpretation of concepts that are the building blocks of information networks are thought to be important in terms of literature. The aim of the research is to examine the effects of educational robotics applications integrated with design-oriented thinking activities on the cognitive structure and conceptual change of 7th grade secondary school students. The research was conducted with a case study design, one of the qualitative research methods. The study group of the research consists of middle school 7th-grade students studying in two different public schools affiliated with the Malatya Provincial Directorate of National Education in the 2021-2022 academic year. The sample was determined according to the criterion sampling method, one of the purposeful sampling methods. The implementation process of the research lasted approximately two months, and all activities were carried out with educational robotic applications. Data were collected with word association tests and visualized with concept networks and presented as frequencies. The data were analyzed by content analysis method. As a result of the research, it was revealed that educational robotic applications integrated with design-oriented thinking activities brought about a positive change in students' conceptual changes. In addition, it was concluded that educational robotic applications enriched students' cognitive structures about force and energy. Accordingly, it can be recommended to integrate educational robotic applications integrated with design-oriented thinking activities into educational environments in order to enrich the cognitive structures of secondary school students and ensure their conceptual changes within the scope of science curriculum.

Keywords

Educational Robotics Applications , Science Teaching , Design Thinking

Project Number

EF.21.09

References

• Aflatoony, L. (2015). Development, implementation, and evaluation of an interaction design thinking course in the context of secondary education. Doktora tezi, Simon Fraser University, Canada. https://summit.sfu.ca/item/16524 adresinden erişilmiştir.
• Akarca, T. A. (2019). Fen bilgisi öğretmen adaylarına Su temasının LEGO robotik uygulamaları ile öğretiminin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi (Yayın No. 553061) [Yüksek lisans tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Akbaş, Y. ve Uzunöz, A. (2011). Kavramsal değişim yaklaşımına dayalı coğrefta öğretimi: Bir uygulama örneği. e-Journal of New World Sciences Academy. 6(2), Education Sciences, 1659-1678.
• Akçay, S. (2018). Robotik FeTeMM uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının akademik başarı, bilimsel süreç becerileri ve motivasyonları üzerine etkileri (Yayın No. 541728) [Yüksek lisans tezi, Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Arslan Buyruk, A. (2022). Argümantasyona ve modelleme ile argümantasyona dayalı öğretimin kavramsal değişim ve argüman kalitesi açısından karşılaştırılması (Yayın No. 735897) [Doktora tezi, Marmara Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Ausubel D.P. (1968). Educational psychology: A cognitive view. New York: Holt, Rinehart and Winston
• Atacan, B. (2020). 7.sınıf fen bilgisi dersinde tasarım odaklı düşünmeye yönelik etkinliğin öğrencilerin motivasyon, ekip çalışması ve derse ilişkin bakış açılarına etkisi (Yayın No. 629583) [Yüksek lisans tezi, Balıkesir Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Ayas, A. (2016). Kavram öğrenimi. S. Çepni (Ed.). Kuramdan uygulamaya fen ve teknoloji öğretimi içinde. (14. Baskı). (s.252-284). Ankara: Pegem A Yayınları.
• Aydemir, A. (2019). Sosyal bilgilerde tasarım odaklı düşünme yaklaşımı (Yayın No. 538473) [Doktora tezi, Gazi Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Aydın, G. ve Balım, A. G. (2007). Fen ve teknoloji öğretiminde kullanılan kavramsal değişim stratejilerine dayalı örnek etkinlikler. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, (22).
• Bahar, M., Johnstone, A.H., & Sutcliffe, R. (1999). Investigation of students’ cognitive structure in elementary genetics through word association tests. Journal of Biological Education, 33(3), 134–141.
• Baltacı, A. (2017). Nitel veri analizinde Miles-Huberman modeli. Ahi Evran Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 3(1), 1-14.
• Baltacı, A. (2019). Nitel araştırma süreci: Nitel bir araştırma nasıl yapılır?. Ahi Evran Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 5(2), 368-388.
• Bers, M. U., Flannery, L., Kazakoff, E. R., & Sullivan, A. (2014). Computational thinking and tinkering: Exploration of an early childhood robotics curriculum. Computers & Education, 72, 145–157. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2013.10.020
• Caferoğlu, M. (2021). Tasarım odaklı düşünce yöntemiyle oyun tasarımı: Nunki hikâye bohçası tasarımı örneği. Journal of Social and Humanities Sciences Research, 8(75), 2563-2576.
• Can, M. ve Ültay, N. (2020). Farklı kavramsal değişim stratejileriyle zenginleştirilmiş bağlam temelli öğrenme yaklaşımının okul öncesi öğretmen adaylarının alternatif kavramlarını gidermeye etkisi. International Social Sciences Studies Journal, 6, 73, 4998-5013.
• Canpolat, N. (2002). Kimyasal Denge İle İlgili Kavramların Anlaşılmasında Kavramsal Değişim Yaklaşımının Etkinliğinin İncelenmesi (Yayın No. 121470) [Doktora tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Canpolat, N. ve Pınarbaşı, T. (2002). Fen eğitiminde kavramsal değişim yaklaşımı-I: Teorik temelleri. Kastamonu Eğitim Dergisi, 10(1), 59-66.
• Carroll, M. (2015). Stretch, dream, and do: A 21st century design thinking & STEM journey. Journal of Research in STEM Education, 1(1), 59-70.
• Catlin, D. (2012). Maximising the effectiveness of educational robotics through the use of assessment fot learning methodologies. Proceedings Of 3rd International Workshop Teaching Robotics, Teaching With Robotics, Integrating Robotics İn School Curriculum 2-11. Riva Del Garda (Trento, Italy). http://www.terecop.eu/trtwr2012/trtwr2012_Submission_01.Pdf adresinden erişilmiştir.
• Çaka, C. (2022). Robotic technologies in education and educational robotic applications. Science, Education, Art and Technology Journal, 6(2), 179-189.
• Çakıcı, D., Alver, B. ve Ada, Ş. (2006). Anlamlı öğrenmenin öğretimde uygulanması. Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi Dergisi, 13, 71-80.
• Çakıcı, Y. (2010). Fen eğitiminde yapılandırmacı yaklaşım ve öğrencilerin kavram yanılgıları. Trakya Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 12(1), 89-115.
• Çepni, S. (2016). Bilim, fen, teknoloji kavramlarının eğitim programlarına yansımaları. S. Çepni (Ed.). Kuramdan uygulamaya fen ve teknoloji öğretimi. Ankara: Pegem A Yayıncılık.
• Çiftçi, A. (2020). Tasarım odaklı düşünme temelli bir enerji dönüşümleri modülünün geliştirilmesi ve uygulanması (Yayın No. 639432) [Doktora tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Çiftçi, A. ve Topçu, M. S. (2020). Design thinking: Opinions and experiences of middle school students. Pegem Eğitim ve Öğretim Dergisi, 10(3), 961-1000. http://dx.doi.org/10.14527/pegegog.2020.030
• Çoban, A. ve Altun, Z. D. (2023). Kelime ilişkilendirme testi aracılığıyla bilişsel yapının ve kavramsal değişim sürecinin gözlenmesi. Uygulamada Eğitim ve Yönetim Bilimleri Dergisi, 3(2), 131-154.
• Devran, P., Öztay, E. S. ve Tarkın Çelikkıran, A. (2021). Türkiye’de fen eğitiminde teknoloji entegrasyonu üzerine öğretmenler ile yapılan çalışmaların içerik analizi. Cumhuriyet Uluslararası Eğitim Dergisi, 10(4), 1789-1825
• Ebenezer, J., Chacko, S., Kaya, O. N., Koya, S. K., & Ebenezer, D. L. (2010). The effects of common knowledge construction model sequence of lessons on science achievement and relational conceptual change. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching, 47(1), 25-46.
• Eggen, P., & Kauchak, D. (2004). Educational Psychology: Windows, Classrooms. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall.
• Elmas, R. ve Pamuk, S. (2021). Öğretmen adaylarının kavram yanılgılarının üç aşamalı kavram yanılgısı testi ile belirlenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 23(4), 1386-1403.
• Ensign, T.I. (2017). Elementary educators' attitudes about the utility of educational robotics and their ability and ıntent to use it with students (Publication No. 660170) [Doktora tezi, West Virginia University]. ProQuest Dissertations & Theses Global.
• Ercan, F., Taşdere, A. ve Ercan, N. (2010). Kelime ilişkilendirme testi aracılığıyla bilişsel yapının ve kavramsal değişimin gözlenmesi. Journal of Turkish Science Education, 7(2), 136 - 154.
• Erdoğan, Ö. (2019). Robotik lego uygulamaların fen bilgisi öğretmen adaylarının 21. yüzyıl becerileri üzerindeki etkilerinin incelenmesi (Yayın No. 557789) [Yüksek lisans tezi, Amasya Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Fegely, A.G. (2020). Learning programming through robots: A mixed-methods study on the effects of educational robotics on programming comprehension and motivation of preservice teachers. Doktora tezi, University of South Carolina, South Carolina.
• Filiz, O. ve Karademir, T (2023). Robotik uygulamaların üniversite öğrencilerinin girişimcilik ve yaratıcılık becerilerine etkisi. Trakya Eğitim Dergisi, 13(1), 331-3346.
• Foss, A., Wilcoxen, C., & Rasmus, J. (2019). The academic and behavioral implications of robotics in the classroom: An elementary case study. Technology & Innovation, 20(3), 321-332.
• Girgin, D. (2019). Öğretmenlerin tasarım odaklı düşünmeye ilişkin bilişsel yapıları ve kavramsal değişimleri. Ahi Evran Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 5(2), 459-482.
• Gödek, Y., Polat, D. ve Kaya, V. H. (2018). Fen bilgisi öğretiminde kavram yanılgıları. Baskı Ankara: Pegem Akademi. Güleryüz, B. G. (2019). Ortaokul öğrencilerinin ders içi robotik kodlama etkinliklerinin blok tabanlı programlamaya ilişkin öz yeterlilik algısına etkisi ve robotik kodlama hakkındaki görüşleri (Yayın No. 591569) [Yüksek lisans tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Güven Demir, E. ve Gümüş, İ. (2022). Tasarım odaklı düşünmeye dayalı robotik etkinliklerin planlama becerisine etkisi. Ankara University Journal of Faculty of Educational Sciences (JFES), 55(3), 916-978. https://doi.org/10.30964/auebfd.1042755
• Güven, H. (2022). STEM ve STEM temelli robotik etkinliklerinin ortaokul öğrencilerinin problem çözme ve üstbiliş becerilerine etkisi (Yayın No. 718068) [Yüksek lisans tezi, Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Hinton, T. B. (2017). An exploratory study of a robotics educational platform on STEM career interests in middle school students (Publication No. 10261879) [Doktora tezi, University of Alabama]. ProQuest Dissertations & Theses Global.
• Kandemir, M. A. (2024). İlkokul dördüncü sınıf öğrencilerinin erime ve çözünme kavramlarına yönelik bilgi yapılarının kavramsal değişim teorilerine göre analizi (Yayın No. 848823) [Doktora tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Karaahmetoğlu, K. (2019). Proje tabanlı Arduino eğitsel robot uygulamalarının öğrencilerin bilgisayarca düşünme becerileri ve temel STEM beceri düzeyleri algılarına etkisi (Yayın No. 557034) [Yüksek lisans tezi, Amasya Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Karadüz, E. (2004). Anlam ve kavram ilişkisi. Atatürk Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 3(1), 51-57.
• Karyağdı, M. (2022). Fen bilgisi öğretmen adaylarının oluşturdukları teknoloji destekli kavramsal değişim etkinliklerinin değerlendirilmesi (Yayın No. 744166) [Yüksek lisans tezi, Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Karyağdı, M. ve Aydın, G. (2023). Fen bilgisi öğretmen adaylarının teknoloji destekli kavramsal değişim etkinliklerine ilişkin görüşleri. Uluslararası Psikoloji ve Eğitim Çalışmaları Dergisi, 10(4), 1058-1071.
• Kılıç, F. (2007). Kavramların öğretiminde kavramın içerik öğelerinin açıklanmasının akademik başarıya etkisi. Mersin Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 3(2), 145-161.
• Kwabena, J.O., Samlafo, V., Twumasi, A.E., & Acheampong, M.K. (2020). Effect of Computer Assisted Instruction on Pre-Service Teachers’ Conceptual Change of Chemistry Concepts at St. Ambrose College of Education in Bono Region, Ghana. East African Journal of Education and Social Sciences, 1(2), 179-192.
• Morris, H., & Warman, G. (2015). Using Design Thinking in Higher Education. Erişim tarihi: 18 Kasım 2021, from https://er.educause.edu/articles/2015/1/using-design-thinking-in-higher-education.
• Noh, J., & Lee, J. (2020). Effects of robotics programming on the computational thinking and creativity of elementary school students. Educational technology research and development, 68(1), 463-484.
• Okkesim, B. (2014). Fen ve teknoloji eğitimde robotik uygulamalar (Yayın No. 368164) [Yüksek lisans tezi, Erciyes Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Özdemir, E. ve Kocakülah, S.M. (2021). Üstbiliş destekli tartışma tabanlı öğrenme yaklaşımının fizik eğitiminde kavramsal değişim ve üstbiliş üzerine etkisi. Necatibey Faculty of Education Electronic Journal Of Science & Mathematics Education, 15(1).
• Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 66 (2), 211-227.
• Razzouk, R., & Shute, V. (2012). What is design thinking and why is it important? Review of Educational Research, 82(3), 330-348. https://doi.org/10.3102/0034654312457429
• Sarı, A. ve Şahin Çakır, Ç. (2022). Farklı kavramsal değişim metotlarının 5E modeline göre entegrasyonu: Sıvı basınç örneği. Ulusal Eğitim Akademisi Dergisi, 6(2), 242-265.
• Siper Kabadayı, G. (2019). Robotik uygulamalarının okul öncesi çocukların yaratıcı düşünme becerileri üzerine etkisi (Yayın No. 584954) [Yüksek lisans tezi, Hacettepe Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Snowman, J., & Biehler, R. (2003). Psychology applied to teachingo Boston: Houghton Miffiin Company.
• Şahin, E. (2019). Tasarım odaklı düşünme yönteminin benlik saygısı ve yaratıcılık ile bilişsel ve duygusal bağlamda ilişkilendirilmesi: Bir etkinlik çalışması (Yayın No. 591397) [Yüksek lisans tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
• Talan, T. (2020). Eğitsel robotik uygulamaları üzerinde yapılan istatistikler incelendiğinde. Yaşadıkça Eğitim, 34 (2), 503-522.
• Taşkın, T. (2022). Fizik eğitiminde kavram yanılgıları konusunda yapılmış lisansüstü çalışmaların incelenmesi. Trakya Eğitim Dergisi, 12(2), 805-820.
• Timur, B., Timur, S., Özdemir, M. ve Şen, C., (2016). İlköğretim fen bilimleri dersi öğretim programındaki ünitelerin öğretiminde karşılaşılan güçlükler ve çözüm önerileri. Eğitimde Kuram ve Uygulama, 12(2), 389-402.
• Tuncel, M. ve Fidan, M. (2018, Ekim). Ortaokul fen bilimleri dersinde öğrenmede zorlanılan konular ve çözüm önerileri. 6. Uluslararası Eğitim Programları ve Öğretim Kongresi Tam Metin. Ankara Pegem Akademi.
• Ural, E. ve Uğur, A. R. B. (2021). Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Isı-Sıcaklık ve Maddenin Halleri Konularına İlişkin Kavram Yanılgıları Arasındaki İlişkinin İncelenmesi. OPUS International Journal of Society Researches, 18(40), 2221-2257.
• Yanarateş, E. (2021). Fen bilimleri öğretimi ve teknoloji kullanımında güncel yaklaşımlar (Editör: Talan, T. Eğitimde Dijitalleşme ve Yeni Yaklaşımlar), Efe Akademi Yayıncılık, İstanbul.
• Yaşa, N. ve Koçak, N. (2022). Asit-Baz konusunda karşılaşılan kavram yanılgıları: Bir İçerik analizi. Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, 4(1), 1-24.
• Yıldırım, A. ve Şimşek, H. (2011). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
• Yıldız, K. ve Yıldırım, M. (2023). Fen Bilimleri Öğretmenlerinin Öğrenme ve Öğretme Sürecinde Teknolojinin Entegre Edilmesi Hakkında Görüşlerinin Belirlenmesi. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 57(57), 260-281.
• Yürük, N. ve Çakır, Ö. S. (2000). Lise öğrencilerinde oksijenli ve oksijensiz solunum konusunda görülen kavram yanılgılarının saptanması. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(18).
• Wood, S. (2003). Robotics in the classroom: A teaching tool for K-12 educators. Symposium of Growing up with Science and Technology in the 21st Century, Virginia, ABD.