The Effect of Metaconceptual Laboratory Activities on Pre-service Science Teachers’ Conceptual Understanding: Photosynthesis and Respiration in Plants

Abstract

The study focuses on the investigation of the effects of metaconceptual laboratory activities related to photosynthesis and respiration in plants on the conceptual understanding of pre-service science teachers. To this end, the current study was conducted with the participation of 34 pre-service science teachers who were taught the subjects of photosynthesis and respiration in plants through metaconceptual laboratory activities within the context of the General Biology Laboratory Applications Course, in the spring term of 2016-2017 academic year. The study employed the single-group pretest-posttest model. The data of the current study were collected by using the “Photosynthesis and Respiration in Plants Concept Test” and “open-ended questions”. The collected data were analyzed through the descriptive analysis technique. As a result of the study, it was found that the use of metaconceptual laboratory activities in biology laboratory applications enhanced the conceptual understanding of the subject of interest and resulted in the elimination of some misconceptions. In this regard, it can be suggested that during biology laboratory activities focusing on teaching of abstract and challenging concepts, students should be rendered more active by means of activities such as constructing the concept map of their metacognition, preparing posters, conducting class and group discussions about experiments and writing journals.

Keywords

• Science education,metacognitive teaching,metaconceptual laboratory activities

Üstkavramsal Laboratuvar Etkinliklerinin Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Kavramsal Anlamalarına Etkisi: Fotosentez ve Bitkilerde Solunum

Abstract

Çalışma, fotosentez ve bitkilerde solunum konuları ile ilgili üstkavramsal laboratuvar etkinliklerinin Fen Bilgisi Öğretmen adaylarının kavramsal anlamaları üzerine etkisinin araştırılmasını konu almaktadır. Bu amaçla araştırma, 2016-2017 eğitim-öğretim yılı bahar döneminde, Genel Biyoloji Laboratuvar Uygulamaları dersi kapsamında, fotosentez ve bitkilerde solunum konularının 34 Fen bilgisi öğretmen adayı ile bir dönem boyunca üstkavramsal laboratuvar etkinleri şeklinde işlenmesiyle yürütülmüştür. Çalışmada tek grup ön-son test modeli kullanılmıştır. Araştırmada veriler, “Fotosentez ve Bitkilerde Solunum Kavram Testi” ve “açık-uçlu sorular” ile toplanmıştır. Elde edilen veriler betimsel analiz tekniği ile çözümlenmiştir. Araştırma sonucunda, biyoloji laboratuvar uygulamalarında üstkavramsal laboratuvar etkinliklerinin kullanımı öğretmen adaylarının ilgili konuya yönelik kavramsal anlamalarını geliştirdiği ve kavram yanılgılarını giderdiği tespit edilmiştir. Bu doğrultuda biyoloji laboratuvar uygulamalarında soyut ve anlaşılması zor kavramların öğretiminde öğrencilerin üstbilişlerinin kavram haritası oluşturma, poster hazırlama, deneylerle ilgili sınıf ve grup tartışması yapma ve günlük yazma gibi faaliyetler ile aktif hale getirilmesi önerilmektedir.

Keywords

• Fen eğitimi,üstbilişsel öğretim,üstkavramsal laboratuvar etkinlikleri

References

1. Anderson, C. W., Sheldon, T. H., & Dubay, J. (1990). The effects of instruction on collage nonmajors' concepts of respiration and photosynthesis. Journal of Research in Science Teaching. 27(8), 761-776.
2. Aşçı, Z., Özkan, Ş. ve Tekkaya, C. (2001). Öğrencilerin solunum konusundaki kavram yanılgıları: Karşılaştırmalı bir çalışma. Eğitim ve Bilim, 26(120).
3. Ayas, A. (2018). Fen bilgisi öğretiminde laboratuvar kullanımı. http://kisi.deu.edu.tr/bulent.cavas/ders/rapor2.pdf adresinden 09.09.2018 tarihinde alınmıştır.
4. Bacanak, A., Küçük, M. ve Çepni, S. (2004). İlköğretim öğrencilerinin fotosentez ve solunum konularındaki kavram yanılgılarının belirlenmesi: Trabzon örneklemi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(1), 75-88.
5. Baird, D. G. (1986). The uneasy case for corporate reorganizations. The Journal of Legal Studies, 15(1), 127-147.
6. Beeth, M. E. (1998). Teaching for conceptual change: Using status as a metacognitive tool. Science Education, 82(3), 63-67.
7. Brown, A. L., & Palincsar, A. S. (1982). Inducing strategic learning from texts by means of informed, self-control training. Center for the Study of Reading Technical Report; 262.
8. Çakır, N.K., Güven, G. ve Özdemir, O. (2018). Üstkavramsal öğretim etkinliklerinin fen bilgisi öğretmen adaylarının üstbilişsel farkındalık, biyoloji öğrenmeye yönelik motivasyon ve akademik başarıları üzerine etkisi. Akdeniz Eğitim Araştırmaları Dergisi, 12(24), 175-194.

9. Çayan, Y. ve Karslı, F. (2015). 6. sınıf öğrencilerinin fiziksel ve kimyasal değişim konusundaki kavram yanılgılarının giderilmesinde probleme dayalı öğrenme yaklaşımının etkisi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 23(4), 1437-1452.
10. Çepni, S. ve Ayvacı, H.Ş. (2006). Laboratuvar destekli fen ve teknoloji öğretimi. S. Çepni (Ed.). Kuramdan uygulamaya fen ve teknoloji öğretimi içinde (s:158-188). Ankara: Pegema Yayıncılık, 5. Baskı.
11. Çepni, S., Ayas, A., Johnson. D. ve Turgut, M.F. (1996). Fizik öğretimi. Ankara: Milli Eğitimi Geliştirme Projesi Hizmet Öncesi Öğretmen Eğitimi Deneme Basımı, 31-44.
12. Çepni, S., Kaya, A. ve Küçük, M. (2005). Fizik öğretmenlerinin laboratuvarlara yönelik hizmet içi ihtiyaçlarının belirlenmesi. Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 2(3), 181-196.
13. Çokadar, H. (2012). Fotosentez ve solunum süreçleri: Öğretmen adaylarının anlama düzeyleri. Eğitim ve Bilim, 37(164).
14. Ecevit, T. ve Şimşek, P.Ö. (2017). Öğretmenlerin fen kavram öğretimleri, kavram yanılgılarını saptama ve giderme çalışmalarının değerlendirilmesi. İlköğretim Online, 16(1).
15. Ergin, Ö., Şahin-Pekmez, E. ve Öngel-Erdal, S. (2005). Kuramdan uygulamaya deney yoluyla fen öğretimi. İzmir: Dinazor kitapevi.
16. Flavell, J.H. (1979). Metacognition and cognitive monitoring: A new area of cognitive-developmental inquiry. American Psychologist, 34, 906-911.
17. Georghiades, P. (2000). Beyond conceptual change learning in science education: Focusing on transfer, durability and metacognition. Educational Research, 42(2), 119-139.
18. Georghiades, P. (2004). From the general to the situated: Three decades of metacognition. International Journal of Science Education, 26(3), 365-383.
19. Gilbert, J.K. (1977). The study of student misunderstandings in the physical sciences. Research in Science Education, 7, 165-171.
20. Güneş, T., Şener-Dilek, N., Hoplan, M. ve Güneş, O. (2012). İlköğretim 8.sınıf öğrencilerinde fotosentez ve solunum konusunda oluşan kavram yanılgıları, Dünya’daki Eğitim ve Öğretim Çalışmaları Dergisi, 2(1), 42-47.
21. Hattie, J. (2009). Visible learning: A synthesis of over 800 meta-analyses relating to achievement. NewYork, NY: Routledge.
22. Hewson, M.G. & Hewson, P.W. (1983). Effect of instruction using students’ prior knowledge and conceptual change strategies on science learning, Journal of Research in Science Teaching, 20, 8, 731-743.
23. Jacobs, J.E., & Paris, S.G. (1987). Children's metacognition about reading: Issues in definition, measurement, and instruction. Educational Psychologist, 22: 3-4, 255-278.
24. Kırbaşlar, F.G., Çıngıl-Barış, Ç. ve Ünal, M. (2009). Fen bilgisi öğretmen adaylarının fermantasyon konusundaki yanlış öğrenmelerinin araştırılmasına yönelik bir çalışma. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 36, 158-168.
25. Kırılmazkaya, G. ve Kırbağ-Zengin, F. (2016). Öğretmen adaylarının fotosentez konusu hakkında kavram yanılgılarının ve diyagramı aracılığıyla belirlenmesi. Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(2), 1537-1563.
26. Köse, S. (2004). Fen bilgisi öğretmen adaylarında fotosentez ve bitkilerde solunum konularında görülen kavram yanılgılarının giderilmesinde kavram haritalarıyla verilen kavram değişim metinlerinin etkisi. Yayınlanmamış doktora tezi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
27. Köse, S. ve Uşak, M. (2006). Determination of prospective science teachers’ misconceptions: Photosynthesis and respiration in plants. International Journal of Environmental and Science Education, 1(1), 25-52.
28. Köse, S., Ayas, A. ve Uşak, M. (2006). The effect of conceptual change texts instructions on overcoming prospective science teachers’ misconceptions of photosynthesis and respiration in plants. International Journal of Environmental and Science Education, 1(1), 78-103.
29. Marmaroti, P., & Galanopoulou, D. (2006). Pupils’ understanding of photosynthesis: A questionnaire for the simultaneous assessment of all aspects. International Journal of Science Education, 28(4), 383-403.
30. Mortimer, E.F. (1995). Conceptual change or conceptual profile change? Science and Education, 4, 267-285.
31. Novak J.D. (1990). Concept maps and Vee diagrams: Two metacognitive tools to facilitate meaningful learning. Instructional Science, 19, 29-52.
32. Ohlsson, B., & Ergezen, S. (1997). Biyoloji öğretimi. Ankara: YÖK/Dünya Bankası Milli Eğitimi Geliştirme Projesi Hizmet Öncesi Öğretmen Eğitimi Yayınları.
33. Olgun, A. (2006). Bilgisayar destekli fen bilgisi öğretiminin öğrencilerin fen bilgisi tutumları, bilişüstü becerileri ve başarılarına etkisi. Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi. Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
34. Özkan, Ö., Tekkaya, C. ve Geban, Ö. (2004). Facilitating conceptual change in students’ understanding of ecological concepts, Journal of Science Education and Technology, 13, 1, 95-105.
35. Özkaya, A., Aydoğdu, M. ve Çağıran, İ. (2016). Üstbilişsel ve internet tabanlı üstbilişsel öğretim yöntemlerinin öğrencilerin hücre bölünmesi ve kalıtım konusundaki tutumlarına ve üstbilişsel düşünme düzeylerine etkisi. 21. Yüzyılda Eğitim Ve Toplum Eğitim Bilimleri Ve Sosyal Araştırmalar Dergisi, 5(13), 133-159.
36. Perkins, D.N., & Grotzer, T.A. (1997). Teaching intelligence. American psychologist, 52(10), 1125.
37. Posner, G.J., Strike, A.K., Hewson, P.W., & Gertzog, W.A. (1982). Accommadition of a science conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 65(2), 211-227.
38. Sarı Ay, Ö. ve Aydoğdu, C. (2015). Maddenin halleri ve ısı konusunda kavram yanılgılarının giderilmesinde kavramsal değişim metinlerinin etkisi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 30(2), 99-111.
39. Schraw, G. (1998) Promoting general metacognitive awareness, Instructinal Science, 26, 113-125.
40. Smith, E.L., Blakeslee, T.D., & Anderson, C.W. (1994), Teaching strategies associated with conceptual change learning in science. Journal of Research in Science Teaching, 30, 111-126.
41. Sinatra, G.M., & Pintrich, P.R. (Eds.). (2003). Intentional conceptual change. Routledge.
42. Sungur, S., Tekkaya, C. ve Geban, Ö. (2001). The contribution of conceptual change texts accompanied by concept mapping to students’ understanding of the human ciculatory system. School Science and Mathematics, 101, 2, 91-101.
43. Svandova, K. (2014). Secondary school students' misconceptions about photosynthesis and plant respiration: Preliminary results. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 10(1), 59-67.
44. Tan, M. ve Temiz, B.K. (2003). Fen öğretiminde bilimsel süreç becerilerinin yeri ve önemi. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(1), 89-101.
45. Tekkaya, C. ve Balcı, S. (2003). Öğrencilerin fotosentez ve bitkilerde solunum konularındaki kavram yanılgılarının saptanması. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24(24).
46. Tekkaya, C., Çapa, Y. ve Yılmaz, Ö. (2000). Biyoloji öğretmen adaylarının genel biyoloji konularındaki kavram yanılgıları. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(18).
47. Telli, A., Yıldırım,, H.İ., Şensoy, Ö. ve Yalçın, N. (2014). İlköğretim 7. sınıflarda basit makinalar konusunun öğretiminde laboratuvar yönteminin öğrenci başarısına etkisinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24(3).
48. Töman, U., Odabaşı-Çimer, S. ve Çimer, A. (2016). Fotosentez ve bitkilerde solunum kavramlarının farklı öğrenim seviyelerinde öğrenilme durumlarının araştırılması. Karadeniz Sosyal Bilimler Dergisi, 7(3), 15-30.
49. Tuan, H. & Chin, C. (1999). What can inservice Taiwanese science teachers learn and teach about the nature of science? Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching, Boston, MA.
50. Wilburne, J.M. (1997). The effect of teaching metacognition strategies to preservice elementary school teachers on their mathematical problem-solving achievement and attitude. Doctor of Education Thesis, Temple University Graduate Board.
51. Volet, S.E. (1991). Modelling and coaching of relevant metacognitive strategies for enhancing university students’ learning. Learning and Instruction, 1(4), 319-336.
52. Vosniadou, S. (1994). Capturing and modeling the process of conceptual change. Learning and Instruction, 4, 45-69.
53. Vosniadou, S. (2003). Exploring the relationships between conceptual change and intentional learning. In G. M. Sinatra, & P. R. Pintrich (Eds.), Intentional conceptual change (pp. 377-406). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
54. Yangın, S. (2014). Üstbiliş stratejisine dayalı biyoloji öğretiminin sınıf öğretmeni adaylarının başarıları ve tutumları üzerindeki etkisi. Education Sciences, 9(1), 1-18.
55. Yavru, Ö. ve Gürdal, A. (1998). İlköğretim okullarının 4. ve 5. sınıflarında laboratuvar deneylerinin öğrencilerin mekanik konusundaki başarısına ve kavramları kazanmasına etkisi. M.Ü. Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 10, 327-338.
56. Yıldırım, A. ve Şimşek, H. (2011). Sosyal Bilimlerde Nitel Araştırma Yöntemleri (8. baskı). Ankara: Seçkin Yayıncılık.
57. Yılmaz, Ö., Tekkaya, C., Geban, Ö. ve Özden, Y. (1999). Lise 1. Sınıf Öğrencilerinin Hücre Bölünmesi Ünitesindeki Kavram Yanılgılarının Tespiti ve Giderilmesi. III. Fen Bilimleri Eğitimi Sempozyumu. M.E.B. ÖYGM.
58. Yürük, N. (2005). An analysis of the nature of students’ metacon¬ceptual processes and the effectiveness of metaconceptual teach-ing practices on students’ conceptual understanding of forces and motion. Unpublished doctoral dissertation, Ohio State Univer-sity, Columbus.
59. Yürük, N. (2007). A Case study of one student's metaconceptual processes and the changes in her alternative conceptions of force and motion. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 3(4).
60. 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).
61. Yürük, N., Beeth, M. E., & Andersen, C. (2009). Analyzing the effect of metaconceptual teaching practices on students’ understanding of force and motion concepts. Research in Science Education, 39(4), 449-475.
62. Yürük, N., Selvi, M. ve Yakışan, M. (2011). The effect of metaconceptual teaching activities on pre-service biology teachers' conceptual understanding about seed plants. Educational Sciences: Theory and Practice, 11(1), 459-464.
63. Zohar, A., & Barzilai, S. (2013). A review of research on metacognition in science education: Current and future directions. Studies in Science Education, 49(2), 121-169.