Developing Inquiry-Based Online Laboratory Activities Using Different Phases of the Learning Cycle Model: An Action Research

Abstract

The aim of this study is to develop inquiry-based laboratory activities to be implemented in synchronous online biology lessons and to offer solutions to the problems identified in both the development and implementation processes. Hands-on laboratory activities have an important role in developing science process and inquiry skills. During the COVID 19 pandemic, face-to-face education was rapidly transitioned to distance education. During the pandemic focus was on teaching the theory and laboratory activities could not be carried out. In this study, five open-ended inquiry-based laboratory activities were developed using different stages of the learning cycle model to be implemented in online lessons. These laboratory activities were implemented in synchronous online lessons using Zoom within the sequential spiral structure of action research. The study group of the research consists of seven 10th grade students and two science teachers studying at an international school in Gölbaşı district of Ankara. Qualitative data were collected through researcher diaries, semi-structured and unstructured interviews with the students. The online laboratory activity in the first action plan was developed using the 7E learning cycle model. This model was found to be out of focus and inefficient in terms of time for online laboratory activities and the next activity was developped using the 5E learning cycle model. It was found out that both the 7E and 5E models had positive effect on the development of students' science process skills, but they were not sufficient in terms of developing scientific inquiry and suitability for online use. In line with the data obtained from the implementation of laboratory activities, a new model called Spiral-3E (S-3E) was developed and implemented by the researcher to solve the determined problems.

Keywords

• open-ended laboratory activities
• scientific inquiry skills
• online biology experiments
• synchronous online laboratory environment
• action research

Öğrenme Döngüsü Modelinin Farklı Aşamalarını Kullanarak Sorgulamaya Dayalı Çevrim İçi Laboratuvar Etkinliklerinin Geliştirilmesi: Bir Eylem Araştırması

Öz

Bu çalışmanın amacı, eşzamanlı çevrimiçi biyoloji derslerinde uygulanmak üzere sorgulamaya dayalı laboratuvar etkinlikleri geliştirmek ve hem geliştirme hem de uygulama süreçlerinde tespit edilen sorunlara çözüm önerileri sunmaktır. Yaparak ve yaşayarak öğrenmeye dayalı laboratuvar etkinlikleri bilimsel çalışma yöntemlerinin geliştirilmesi, araştırma ve sorgulama becerilerinin kazandırılması bakımından önemli bir role sahiptir. COVID 19 salgını döneminde yüz yüze eğitimden hızlı bir şekilde uzaktan eğitime geçilmiştir. Çevrimiçi derslerde konu anlatımlarına odaklanılmış, laboratuvar etkinlikleri gerçekleştirilememiştir. Dolayısıyla bilimsel sorgulama ve bilimsel süreç becerileri göz ardı edilmiştir. Bu çalışmada, çevrimiçi derslerde uygulanmak üzere, öğrenme döngüsü modelinin farklı aşamaları kullanılarak beş açık uçlu sorgulamaya dayalı laboratuvar etkinliği geliştirilmiştir. Geliştirilen laboratuvar etkinlikleri eylem araştırmasının ardışık sarmal yapısı içerisinde Zoom kullanılarak eş zamanlı çevrimiçi derslerde uygulanmıştır. Araştırmanın çalışma grubunu Ankara ili Gölbaşı ilçesinde bulunan uluslararası bir okulda öğrenim gören yedi 10. sınıf öğrencisi ve iki fen bilimleri öğretmeni oluşturmaktadır. Nitel veriler araştırmacı günlükleri, öğrencilerle yapılan yarı yapılandırılmış ve yapılandırılmamış görüşmeler yoluyla toplanmıştır. Birinci eylem planında yer alan çevrimiçi laboratuvar etkinliği, 7E öğrenme döngüsü modeli kullanılarak geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Kullanılan bu modelin, çevrimiçi laboratuvar etkinlikleri için odak dışı ve zaman bakımından verimsiz olduğu tespit edilmiş ve çözüm önerileri doğrultusunda bir sonraki etkinliğin 5E öğrenme döngüsü modeli kullanılarak tasarlanmasına karar verilmiştir. Yapılan uygulamalar sonrasında hem 7E hem de 5E modellerinin öğrencilerin bilimsel süreç becerilerini geliştirmede olumlu katkı sağladığı ancak bilimsel sorgulamayı geliştirme ve çevrimiçi kullanıma uygunluk bakımından yeterli olmadığı sonuçlarına varılmıştır. Laboratuvar etkinliklerinin uygulanmasından elde edilen veriler doğrultusunda, belirlenen problemlerin çözümüne yönelik olarak, araştırmacı tarafından Sarmal-3E (S-3E) adlı yeni bir model geliştirilerek uygulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• açık uçlu laboratuvar etkinlikleri
• bilimsel sorgulama becerileri
• çevrim içi biyoloji deneyleri
• eş zamanlı çevrim içi laboratuvar ortamı
• eylem araştırması

References

1. Alebous, T. M. (2021). The extent to which teachers of science subjects use virtual scientific laboratories during corona virus pandemic: the reality & hope. Jounal for the Education Gifted Young Scientists, 9(3), 193-206. https://doi.org/10.17478/jegys.972540
2. An, S., Rugaber, S., Hammock, J., & Goel, A. K. (2022). Understanding self-directed learning in an online laboratory. arXiv.
3. Bozorgpouri, M. (2016). The study of effectiveness of seven-step (7E) teaching method in the progress of English learning in students Shiraz city. The Turkish Online Journal of Design, Art and Communication, 6(1), 341-346. https://doi.org/10.7456/1060JSE/002
4. Bryman, A. (2004). Triangulation and measurment. Department of Social Sciences: www. referenceworld. com/sage/socialscience/triangulation. pdf.
5. Budhu, M. (2002). Virtual laboratories for engineering education. International conference on engineering education, (s. 12-18). Manchester, UK.
6. Bybee, R. (1997). Achieving scientific literacy: From purposes to practices. Heinemann.
7. Calsiyao, I. S. (2015). Corrective feedback in classroom oral errors among Kalinga-Apayao State College students. International Journal of Social Science and Humanities Research, 3(1), 394-400.
8. Dobson, C. (2009). Effective use of virtual laboratoriesin science education. International Journal of Science Education, 7(31), 987-1005.

9. Eisenkraft, A. (2003). Expanding the 5E model: A proposed 7E model emphasizes “transfer of learning” and the importance of eliciting prior understanding. Published by the National Science Teachers Association, 70, 56-59.
10. Elsaghayer, M. A. (2014). The effect of inquiry-based science instruction on student engagement and attitudes. Journal of Science Education and Technology, 4(23), 509-520.
11. Gamage, K. A. (2020). Online delivery of teaching and laboratory practices: Continuity of university programmes during COVID-19 pandemic. Education Sciences, 10(10), 291; https://doi. org/10.3390/educsci10100291
12. Genç, M. F., & Gümrükçüoğlu, S. (2020). Koronavirüs (Covid-19) sürecinde ilahiyat fakültesi öğrencilerinin eğitime bakışları. Turkish Studies, 15(4), 403-422. http://dx.doi.org/10.7827/ TurkishStudies.43798
13. Gyampoh, A. O., Aidoo, B., Nyagblormase, G. A., Kofi, M., & Amoako, S. K. (2020). Investigating the effect of 7E learning cycle model of inquiry-based instruction on students’achievement in science. IOSR Journal of Research & Method in Education, 10(5), 39-44. https://doi. org/10.9790/7388-1005013944
14. Hofstein, A., Shore, R., & Kipnis, M. (2004). Providing high school chemistry students with opportunities to develop learning skills in an inquiry-type laboratory: A case study. International Journal of Science Education, 26(1), 47-62. https://doi.org/10.1080/0950069032000070342
15. Kanlı, U. (2009). Yapılandırmacı kuramın ışığında öğrenme halkasının kökleri ve evrimi-örnek bir etkinlik. Eğitim ve Bilim, 34(151), 44-58.
16. Karplus, R., & Thier, H. (1967). A new look at elementary school science. Rand-McNally. Kemmis, S. (2009). Action research as a practice-based practice. Educational Action Research, 17(3), 463-474. https://doi.org/10.1080/09650790903093284
17. Kemmis, S., & McTaggart, R. (1988). The action resarch planner (3rd ed.). Deakin University Press.
18. Lederman, J. S. (2009). Levels of Iinquiry. National GeographicSchool Publishing.
19. Lincoln, Y. S., & Guba, E. G. (1985). Naturalistic Inquiry. Sage Publications.
20. Merriam, S. B. (2013). Qualitative Research: A Guide to Design and Implementation . John Wiley & Sons Inc.
21. Mills, G. E. (2003). Action Research: A Guide for the Teacher Researcher (2nd Ed.). Merrill Prentice- Hall.
22. Nicol, C. B., Gakuba, E., & Habinshuti, G. (2020). An overview of learning cycles in science inquirybased instruction. African Journal of Educational Studies in Mathematics and Sciences, 16(2), 67-81. https://doi.org/10.4314/ajesms.v16i2.5
23. OECD. (2021). The State of Global Education: 18 Months into the Pndemic. OECD Publishing.
24. Parven, A. (2016). Synchronous and asyncronous e-language learning: A Case Study of Virtual University of Pakistan. Open Praxis, 8(1), 21-39. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5944/ openpraxis.8.1.212.
25. Skylar, A. A. (2009). A comparison of asynchronous online text-based lectures and synchronous interactive web conferencing lectures. Issues in Teacher Education, 18(2), 69-84.
26. Şahin-İpek, D., Çetinkaya-Aydın, G., Demirci-Celep, N., & Sunar, S. (2020). COVID-19 sürecinde eğitim: uzaktan öğrenme, sorunlar ve çözüm önerileri. Türk Eğitim Derneği (TED).
27. Trowbridge, L. W. (2004). Teaching secondary school science: Strategies for developing scientific literacy. Pearson.
28. Vasiliadou, R. (2020). Virtual laboratories during Coronavirus (COVID-19) Pandemic. Biochemistry and Molecular Biology Education, (48), 482-483. https://doi.org/10.1002/bmb.21407
29. Vears, D. F. (2022). Inductive content analysis: A guide for beginning qualitative researhers. Focus on Health Professional Education: A Multi-Professional Journal, 23(1), 11-127.doi/10.3316/ informit.455663644555599
30. Wheeler, L., & Reis, H. T. (1991). Self-recording of everyday life events: Origins, types, and uses. Journal of Personality, 59, 339-354. https://doi.org/10.1111/j.1467-6494.1991.tb00252.x
31. Yıldırım, A. & Simsek, H. (2016). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.
32. Zuber-Skerritt, O. (2001). Action learning and action research: Paradigm, praxis and programs. In S. Sankaran, B. Dick, & R. Passfield (Eds.), Effective change management through action research and action learning: Concepts, perspectives, processes and applications (pp. 1–20). Southern Cross University Press.