The Effects of Problem-Based STEM Applications on Academic Success

Abstract

The purpose of this study was to determine the effects of problem-based STEM applications on the academic success of students. In the study, the single group pre-test and post-test weak experimental design among the quantitative research designs was used. The study group of the study was consisted of 19 sixth grade students in a state middle school, located in Adilcevaz district of the city, Bitlis in the 2016-2017 academic year. The success test was used as a data collection tool in the study was applied and pre-test prior to the problem-based STEM applications and as post-test after the applications which lasted for five course hours. The analysis of the obtained data was done with the Wilcoxon test and Mann-Whitney U test among the non-parametric statistical techniques. As a result of the study, it was concluded that the problem-based STEM applications increased the academic success of students. A significant difference was not observed between female and male students’ academic success prior to and after the application. In the light of the study results, it can be stated that problem-based learning used in the application of STEM education is an effective method in increasing the success of students.

Keywords

• Problem based STEM applications,Engineering design process,Air resistance

Probleme Dayalı FeTeMM Uygulamalarının Akademik Başarıya Etkisi

Abstract

Bu araştırmanın amacı probleme dayalı FeTeMM uygulamalarının öğrencilerin akademik başarıları üzerindeki etkisini belirlemektir. Araştırmada nicel araştırma yöntemi desenlerinden tek grup ön test - son test zayıf deneysel desen kullanılmıştır. Araştırmanın çalışma grubunu 2016-2017 eğitim öğretim yılında Bitlis ili Adilcevaz ilçesinde yer alan bir devlet ortaokulunun altıncı sınıfında öğrenim görmekte olan 19 öğrenci oluşturmaktadır. Araştırmada veri toplama aracı olarak kullanılan başarı testi, probleme dayalı FeTeMM uygulamalarının öncesinde ön test olarak, beş ders saati süren uygulamaların ardından son test olarak uygulanmıştır. Elde edilen verilerin analizi non parametrik istatistik tekniklerinden Wilcoxon testi ve Mann-Whitney U testi ile gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonucunda probleme dayalı FeTeMM uygulamalarının öğrencilerin akademik başarılarını arttırdığı sonucuna ulaşılmıştır. Kız ve erkek öğrencilerin uygulama öncesi ve sonrası akademik başarıları arasında anlamlı bir farklılık bulunmamıştır.  Araştırma sonuçlarının ışığında FeTeMM eğitiminin uygulanmasında kullanılan probleme dayalı öğrenmenin öğrenci başarısını arttırmada etkili bir yöntem olduğu söylenebilir.

Keywords

• Mühendislik tasarım süreci,Hava direnci,Probleme dayalı FeTeMM uygulamaları

References

1. Akgündüz, D., Aydeniz, M., Çakmakçı, G., Çavaş, B., Çorlu, M. S., Öner, T., & Özdemir, S. (2015). STEM eğitimi Türkiye raporu: Günün modası mı yoksa gereksinim mi? İstanbul, Türkiye: Aydın Üniversitesi.
2. Akpınar, E. ve Ergin, Ö. (2005). Yapısalcı kurama dayalı fen öğretimine yönelik bir uygulama. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 29, 9-17.
3. Atkinson, R. D., & Mayo, M. J. (2010). Refueling the US innovation economy: Fresh approaches to science, technology, engineering and mathematics (STEM) education. The Information Technology & Innovation Foundation, Forthcoming.
4. Aydın, G., Saka, M. ve Guzey, S. (2017). 4-8. Sınıf Öğrencilerinin Fen, Teknoloji, Mühendislik, Matematik (STEM= FETEMM) Tutumlarının İncelenmesi. Mersin Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(2), 787-802.
5. Beane, J. (1995). Curriculum Integration and the Disciplines of Knowledge. Phi Delta Kappan, 76(8), 616-622.
6. Burrows, S., Ginn, D. S., Love, N., & Williams T. L. (1989). A Strategy for Curriculum Integration of Information Skills Instruction, Bulletin of the Medical Library Association, 77(3), 245-251.
7. Bursal, M., Buldur, S. ve Dede, Y. (2015). Alt Sosyo-ekonomik Düzeyli İlköğretim Öğrencilerinin 4-8. Sınıflar Fen ve Matematik Ders Başarıları: Cinsiyet Perspektifi. Eğitim ve Bilim, 179, 133-145. Doi: 10.15390/EB.2015.2913
8. Büyüköztürk, Ş. (2007). Veri Analizi El Kitabı. Ankara: Pegem Akademi Yayıncılık.

9. Büyüköztürk, Ş., Kılıç-Çakmak, E., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş. ve Demirel, F. (2016). Bilimsel araştırma yöntemleri. Ankara: Pegem Akademi.
10. Bybee, R. W. (2010). What is STEM Education?. Science, 329(5995), 996. Doi: 10.1126/science.1194998
11. Capraro, R. M., & Slough, S. W. (2008). Project-Based Learning: An Integrated Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Approach. Rotterdam, The Netherlands: Sense Publishers.
12. Ceylan, S. (2014). Ortaokul Fen Bilimleri Dersindeki Asitler ve Bazlar Konusunda Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (FeTeMM) Yaklaşımı ile Öğretim Tasarımı Hazırlanmasına Yönelik Bir Çalışma. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Uludağ Üniversitesi, Bursa.
13. Childress, V. W. (1996). Does Integration Technology, Science, and Mathematics Improve Technological Problem Solving: A Quasi-experiment. Journal of Technology Education, 8(1), 16-26. Doi.org/10.21061/jte.v8i1.a.2
14. Cömert, S. ve Balkan-Kıyıcı, F. ( 2006 ). Fen Bilgisi Öğretiminde Oluşturmacı Yaklaşım Uygulamasının Akademik Başarıya Etkisinin Belirlenmesi. Sakarya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7, 151-162.
15. Çakır, Ö., S. ve Tekkaya, C. (1999). Problem Based Learning and Its Implication into Science Education. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 15, 137-144.
16. Çavaş, B., Holbrook, J., Bulut, Ç., Rannikmae, M. ve Holbrook, J. (2013 ). Fen Eğitimine Mühendislik Odaklı Bir Yaklaşım: Engineer Projesi ve Uygulamaları. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 1(1), 12 – 22
17. Demirel, M. ve Arslan-Turan, B. (2010). Probleme Dayalı Öğrenmenin Başarıya, Tutuma, Bilişötesi Farkındalık ve Güdü Düzeyine Etkisi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 38, 55-66.
18. Engineering is Elementary (EIE) (2017). "Designing Parachutes" Assessment. 30.04.2017 tarihinde https://www.eie.org/engineering-elementary/research/research-instruments adresinden alınmıştır.
19. Engineering is Elementary (EIE) (2018). Engineering Design Process. 08.04.2018 tarihinde https://www.eie.org/overview/engineering-design-process adresinden alınmıştır.
20. Ercan, S., & Şahin, F. (2015). The Usage of Engineering Practices in Science Education: Effects of Design Based Science Learning on Students' Academic Achievement. Necatibey Faculty of Education Electronic Journal of Science & Mathematics Education, 9(1), 128-164.
21. Eryılmaz, S. ve Uluyol, Ç. (2015). 21. Yüzyıl Becerileri Işığında Fatih Projesi Değerlendirmesi. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 35(2), 209-229.
22. Farkis, J. C. (2011). Early School Experiences Related to Gender Disparities in K-8 Mathematics and Science. Unpublished doctoral dissertation, Northeastern University Boston, Massachusetts. Available from ProQuest Dissertations and Theses database. (UMI No. 3466646)
23. Fortus, D., Krajcik, J., Dershimer, R. C., Marx, R. W., & Mamlok‐Naaman, R. (2005). Design‐Based Science and Real‐world Problem‐solving. International Journal of Science Education, 27(7), 855-879.
24. Glasgow, N. A. (1997). New Curriculum for New Times. A Guide to Student-centered Problem-based Learning. Thousand Oaks, CA, Corwin Press.
25. Gosling, J. (1995). Introductory Statistics: A Comprehensive, Self-paced, Step by Step Statistics Course for Tertiary Students. Australia, Glebe: Pascal Press.
26. Harland, T. (2002). Zoology Students’ Experiences of Collaborative Enquiry in Problem Based Learning. Teaching in Higher Education, 7(1), 3-15.
27. Irkıçatal, Z. (2016). Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (FeTeMM) İçerikli Okul Sonrası Etkinliklerin Öğrencilerin Başarılarına ve FeTeMM Algıları Üzerine Etkisi. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Akdeniz Üniversitesi, Antalya, Türkiye.
28. Jacobs, H. H. (1989). Interdisciplinary Curriculum: Design and Implementation. Alexandria, VA: Association for Supervision and Curriculum Development.
29. Kaptan, F. ve Korkmaz, H. (2001). Fen Eğitiminde Probleme Dayalı Öğrenme Yaklaşımı. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 20, 185-192.
30. Kaptan, F., & Korkmaz, H. (2002, Eylül). Probleme Dayalı Öğrenme Yaklaşımının Hizmet Öncesi Fen Öğretmenlerinin Problem Çözme Becerileri ve Öz yeterlik İnanç Düzeylerine Etkisi. V. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi Bildiriler Kitapçığı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye.
31. Lamb, R., Akmal, T., & Petrie, K. (2015). Development of a Cognition‐priming Model Describing Learning in a STEM Classroom. Journal of Research in Science Teaching, 52 (3), 410-437. Doi: 10.1002/tea.21200.
32. Lou, S. J., Shih, R. C., Diez, C. R., & Tseng, K. H. (2011). The Impact of Problem-Based Learning Strategies on STEM Knowledge Integration and Attitudes: an Exploratory Study among Female Taiwanese Senior High School Students. International Journal of Technology and Design Education, 21(2), 195-215.
33. Mayer, R. E. (2002). Invited Reaction: Cultivating Problem-solving Skills through Problem-Based Approaches to Professional Development. Human Resource Development Quarterly, 13(3), 263-269.
34. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB) (2017). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). 11 Ekim 2017 tarihinde http://mufredat.meb.gov.tr adresinden alınmıştır.
35. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB) (2018). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). 05.11.2018 tarihinde http://mufredat.meb.gov.tr/ProgramDetay.aspx?PID=325 adresinden alınmıştır.
36. Özkardeş-Tandoğan, R (2006). Fen Eğitiminde Probleme Dayalı Aktif Öğrenmenin Öğrencilerin Başarılarına ve Kavram Öğrenmelerine Etkisi. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
37. Partnership for 21st century Skills (2009). P21 Framework Definitions. 18 Şubat 2018 tarihinde http://www.p21.org/storage/documents/P21_Framework_Definitions.pdf adresinden alınmıştır.
38. Perrenet, J., Bouhuijs, P. & Smits, J. (2000). The Suitability of Problem-Based Learning for Engineering Education. Theory and Practice, Teaching in Higher Education, 5(3), 345-358.
39. Peterson, R. F., & Treagust, D. F. (1998). Learning to Teach Primary Science through Problem‐Based Learning. Science Education, 82(2), 215-237.
40. Rehmat, A. P. (2015). Engineering the Path to Higher-order Thinking in Elementary Education: A Problem-Based Learning Approach for STEM Integration. Dissertations theses, University of Nevada, Las Vegas, USA.
41. Roberts, A. (2012). A Justification for STEM Education. 25.03.2018 tarihinde https://www.iteea.org/File.aspx?id=86478&v=5409fe8e adresinden alınmıştır.
42. Siegel, M. A., & Lee, J. A. (2001). "But Electricity Isn't Static": Science Discussion, Identification of Learning Issues, and Use of Resources in a Problem-Based Learning Education Course. ERIC Clearinghouse.
43. Sifoğlu, N. (2007). İlköğretim 8. Sınıf Fen Bilgisi Dersinde Yapısalcı Öğrenme ve Probleme Dayalı Öğrenme Yaklaşımlarının Öğrenci Başarısı Üzerine Etkisi. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Gazi Üniversitesi, Ankara.
44. Strong, M. G. (2013). Developing Elementary Math and Science Process Skills through Engineering Design Instruction. Dissertations theses, Hofstra University.
45. Sullivan, F. R. (2008). Robotics and Science Literacy: Thinking Skills, Science Process Skills and Systems Understanding. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 373–394.
46. Sungur-Gül, K., & Marulcu, İ. (2014). Yöntem Olarak Mühendislik-Dizayna ve Ders Materyali Olarak Legolara Öğretmen ile Öğretmen Adaylarının Bakış Açılarının İncelenmesi. International Periodical for The Languages, Literature and History of Turkish or Turkic, 9(2), 761-786.
47. Sweller, J. (1989). Cognitive Technology: Some Procedures for Facilitating Learning and Problem Solving in Mathematics and Science. Journal of Education Psychology, 81(4), 457-466. Erişim adresi: http://dx.doi.org/10.1037/0022-0663.81.4.457
48. Taşkesenligil, Y. ve Şenocak, E (2005). Probleme Dayalı Öğrenme ve Fen Eğitiminde Uygulanabilirliği. Kastamonu Eğitim Dergisi, 13(2) 359-366.
49. Teo, R., & Wong, A. (2000, December). Does Problem Based Learning Create a Better Student: A Reflection. In 2nd Asia Pacific conference on problem–based learning: education across disciplines (pp. 4-7).
50. Türk Sanayicileri ve İşadamları Derneği, (TÜSİAD). (2012). 24.03.2018 tarihinde http://tusiad.org/tr/basin-bultenleri/item/5681-tusiad-21--yuzyil-becerileri-ve-egitimin-niteligi-konulu-toplanti-dizisi-baslatiyor sayfasından erişilmiştir.
51. Türk Sanayicileri ve İşadamları Derneği, (TÜSİAD). (2017). 2023’e Doğru Türkiye’de STEM Gereksinimi. 24.03.2018 tarihinde http://www.tusiadstem.org/images/raporlar/2017/STEM-Raporu-V6.pdf sayfasından alınmıştır.
52. Van Till, C. T., Van Der Vleuten, C. P. M. & Van Berkel, H. J. M. (1997). Problem Based Learning Behavior: The Impact of Differences in Problem Based Learning Style and Activity on Student’ Achievement. Annual Meeting of the American Educational Research Association, March 24-28, Chicago, USA.
53. Wan Husin, W. N. F., Mohamad Arsad, N., Othman, O., Halim, L., Rasul, M. S., Osman, K., & Iksan, Z. (2016, June). Fostering Students' 21st Century Skills through Project Oriented Problem Based Learning (POPBL) in Integrated STEM Education Program. In Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 17(1).
54. Watson, A. D., & Watson, G. H. (2013). Transitioning STEM to STEAM: Reformation of Engineering Education. Journal for Quality & Participation, 36(3), 1-4.
55. Yamak, H., Bulut, N. ve Dündar, S. (2014). 5. Sınıf Öğrencilerinin Bilimsel Süreç Becerileri ile Fene Karşı Tutumlarına FeTeMM Etkinliklerinin Etkisi. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34(2), 249-265.
56. Yaman, S. ve Yalçın, N. (2005). Fen Bilgisi Öğretiminde Probleme Dayalı Öğrenme Yaklaşımının Yaratıcı Düşünme Becerisine Etkisi. İlköğretim Online, 4(1), 42-52.
57. Yasak, M. T. (2017). Tasarım Temelli Fen Eğitiminde, Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik Uygulamaları: Basınç Konusu Örneği. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Cumhuriyet Üniversitesi, Sivas, Türkiye.
58. Yaşar, Ş. (1998). Yapısalcı Kuram ve Öğrenme Öğretme Süreci. Anadolu Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(1-2), 68-75.
59. Yılmaz, A., Gülgün, C., & Çağlar, A. (2017). Teaching with STEM Applications for 7th Class Students Unit of" Force and Energy": Let's Make a Parachute, Water Jet, Catapult, Intelligent Curtain and Hydraulic Work Machine (Bucket Machine) Activities. Journal of Current Researches on Educational Studies (JoCuRES), 7(1), 97-116.