Activity Application for STEM Education: Sample of Force and Energy

Abstract

The aim of this study; the Cunningham engineering design process based on the argumentation was determined as the implementation of an exemplary STEM activity in the scope of the “Force and Energy“ unit of the seventh grade science course The study was conducted with 32 students (21 boys-11 girls) in 7th grade in an elementary school in Van province in the 2018-2019 academic year. The implementation of the activity lasted 4 hours. The primary purpose of this activity is to make the students understand the concepts of the subject effectively by associating the related objectives of the topic with the problems of daily life and creating scenarios. The activities were implemented by starting with a scenario and integrating Toulmin's argumentation model components (claim, data, warrant, backing, qualifier, and refutation) into the Cunningham engineering design process (ask, imagine, plan, create, and improve). The Floating Vehicle activity is an example of the usefulness of science and engineering applications in science classes. Teachers, who will apply this activity in their classrooms, will provide students with the experience of creating a new product with scientifically meaningful reasons by using the concepts of different disciplines for solving of the problem with the help of the design process of engineering based on the argumentation. This situation is thought to contribute to the development of skills expected from individuals in the 21st century.

Keywords

• STEM activity,Engineering design process,Science education,Argumentation

FeTeMM Eğitimine Yönelik Etkinlik Uygulaması: Kuvvet ve Enerji Örneği

Abstract

Bu çalışmanın amacı; yedinci sınıf Fen Bilimleri dersi “Kuvvet ve Enerji” ünitesi kapsamında argümantasyon temelli Cunningham mühendislik tasarım süreci ile örnek bir FeTeMM etkinliğinin basamaklarını uygulamalı bir şekilde açıklamak olarak belirlenmiştir. Araştırma 2018-2019 eğitim-öğretim yılında Van iline bağlı bir ortaokulda yedinci sınıfta öğrenim gören 32 öğrenci (21 erkek- 11 kız ) ile gerçekleştirilmiştir. Etkinliğin uygulanması dört ders saati sürmüştür. Bu etkinlikteki temel amaç, kazanımların günlük yaşam problemleri ile ilişkilendirip, senaryolaştırarak öğrencilerin konu kavramlarını etkin bir şekilde anlamalarını sağlamaktır. Etkinlikler bir senaryo ile başlayıp Cunningham mühendislik tasarım sürecine (sor, hayal et, planla, oluştur, geliştir) Toulmin’nin argümantasyon modeli bileşenleri (iddia, veri, gerekçe, destek, niteleyici ve çürütme) entegre edilerek uygulanmıştır. Yüzen Aracım etkinliği, bilim ve mühendislik uygulamalarının fen derslerinde kullanılmasının faydalı olduğunu gösteren bir örnektir. Bu etkinliği sınıflarında uygulayacak olan öğretmenler argümantasyon temelli mühendislik tasarım süreciyle öğrencilere problem çözümü için farklı disiplinlerin kavramlarını kullanarak bilimsel olarak anlamlı gerekçelerle yeni ürün oluşturmayı, oluşturdukları ürünleri test etmeyi deneyimlemelerini sağlayacaklardır. Bu durum onlarda ileriye dönük 21. yüzyılda bireylerden beklenen becerilerin gelişimine katkı sunacağı düşünülmektedir.

Keywords

• FeTeMM etkinlik,Mühendislik tasarım süreci,Argümantasyon,Fen eğitimi

References

1. Aktaş, T.(2017). Argümana Dayalı Sorgulama Öğretiminin 7. Sınıf Öğrencilerinin Kuvvet ve Enerji Ünitesindeki Akademik Başarılarına ve Argümantasyon Seviyelerine Etkisi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi), Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Aydeniz, M. (2017). Eğitim sistemimiz ve 21. Yüzyıl hayalimiz: 2045 hedeflerine ilerlerken, Türkiye için STEM odaklı ekonomik bir yol haritası. http://trace.tennessee.edu/utk_theopubs/ 17 adresinden erişildi. Aydın, Ö., ve Kaptan, F. (2014). Fen-Teknoloji öğretmen adaylarının eğitiminde argümantasyonun biliş üstü ve mantıksal düşünme becerilerine etkisi ve argümantasyona ilişkin görüşler. Eğitim Bilimleri Araştırmaları Dergisi, 4(2), 163- 188. Aydın-Günbatar, S. (2018). Designing a process to prevent apple’s browning: A STEM activity. Journal of Inquiry Based Activities (JIBA)/Araştırma Temelli Etkinlik Dergisi (ATED), 8(2), 99-110. Aymen-Peker, E., Apaydın, Z., ve Taş, E. (2012). Isı yalıtımını argümantasyonla anlama: ilköğretim 6. sınıf öğrencileriyle durum çalışması. Dicle Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 4(8): 79-100. Bahar, M., Yener, D., Yılmaz, M., Hayrettin, E. M. E. N., ve Gürer, F. (2018). 2018 fen bilimleri öğretim programı kazanımlarındaki değişimler ve fen teknoloji matematik mühendislik (STEM) entegrasyonu. Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(2), 702-735. Balcı, C. (2015). 8. Sınıf Öğrencilerine "Hücre Bölünmesi Ve Kalıtım" Ünitesinin Öğretilmesinde Bilimsel Argümantasyon Temelli Öğrenme Sürecinin Etkisi. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aydın. Banks, F., and Barlex, D. (2014). Teaching STEM in the secondary school: Helping teachers meet the challenge. London: Routledge. Bayraktar, E. (1998). Bilgisayar destekli matematik öğretimi. (Yayınlanmış doktora tezi, Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara. Becker, K., and Kyungsuk, P. (2011). Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students’ learning: A preliminary meta-analysis. Journal of STEM Education: Innovations and Research,12(5/6), 23–37. Binkley, R. W. (1995). Argumentation, education and reasoning. Informal Logic, 17(2), 127– 143. Bozkurt-Altan, E., Yamak, H., ve Buluş-Kırıkkaya, E. B. (2016). Hizmetöncesi öğretmen eğitiminde FeTeMM eğitimi uygulamaları: Tasarım temelli fen eğitimi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 212-232. Buber, M. (2015). Eclipse of God: Studies in the relation between religion and philosophy. PRINCETON; OXFORD: Princeton University Press. Retrieved from http://www.jstor.org/stable/j.ctvc777pc Bybee, R. W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30-35. Capraro, R. M., Capraro, M. M., and Morgan, J. R. (Eds.). (2013). STEM project-based learning: An integrated science, technology, engineering, and mathematics (STEM) approach. Rotterdam, The Netherlands: Sense Publishers. Ceylan, S. (2014). Ortaokul Fen Bilimleri Dersindeki Asitler Ve Bazlar Konusunda Fen, Teknoloji, Mühendislik Ve Matematik (FeTeMM) Yaklaşımı İle Öğretim Tasarımı Hazırlanmasına Yönelik Bir Çalışma. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Uludağ Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Bursa. Cunningham, C. M. (2009). Engineering is elementary. The Bridge, 30(3), 11-17. Çavaş, B. (2002). İlköğretim 6. Ve 7. Sınıflarda Okutulan Matematiğe Dayalı Fen Konularında Yaşanan Sorunlar, Matematiğin Bu Sorunlar İçerisindeki Yeri Ve Bu Sorunların Giderilmesinde Teknolojinin Rolü Ve Çözüm Önerileri. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Dokuz Eylül Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İzmir. Çınar, S., Pırasa, N., and Sadoğlu, G. P. (2016). Views of science and mathematics preservice Teachers Regarding STEM. Universal Journal of Educational Research, 4(6), 1479-1487. Çiftçi, M. (2018). Geliştirilen STEM Etkinliklerinin Ortaokul Öğrencilerinin Bilimsel Yaratıcılık Düzeylerine, STEM Disiplinlerini Anlamalarına Ve STEM Mesleklerini Fark Etmelerine Etkisi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi) Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Rize. Çorlu, M. S. (2014). FeTeMM eğitimi makale çağrı mektubu. Turkish Journal of Education, 3(1), 4-10. Çorlu, M. S., Capraro, R. M. and Capraro, M. M. (2014). Introducing STEM education: implications for educating our teachers for the age of innovation. Eğitim ve Bilim, 39(171), 74-85. Dass, P.M. (2015). Teaching STEM effectively with the learning cycle approach. K12 STEM Education, 1(1), 5-12. Daugherty, M. K. (2013). The prospect of an “A” in STEM education. Journal of STEM Education, 14(2), 10-15. Demircioğlu, T. ve Uçar, S. (2014). Akkuyu nükleer santrali konusunda üretilen yazılı argümanların incelenmesi. İlköğretim Online, 13(4),1373–1386 Demirel, R. (2015). Katı basıncı konusunda argümantasyon etkinliğinin uygulanması. Journal of Inquiry Based Activities, 5(2), 70-90. Driver, R., Newton, P., and Osborne J. (2000). Establishing the norms of scientific argumentation in classrooms. Science. Education, 84(3), 287-312. DOI: 10.1002/(SICI)1098-237X(200005)84:3<287::AID-SCE1>3.0.CO;2-A. Erduran, S., and Jiménez-Aleixandre, M. P. (2007). Argumentation in science education: Recent developments and future directions. Dordrech: Springer. Fairweather, J. (2008). Linking evidence and promising practices in science, technology, engineering, and mathematics (STEM) undergraduate education. Board of Science Education, National Research Council, The National Academies, Washington, DC. Han, S., Capraro, R. and Capraro, M. M., 2015. How science, technology, engineering, and mathematics (STEM) project-based learning (PBL) affects high, middle, and low achievers differently: The impact of student factors on achievement. International Journal of Science and Mathematics Education, 13(5) 1089-1113 Hand, B., Wallace, C., and Prain, V. (2003, August). Teacher issues in using a science writing heuristic to promote science literacy in secondary science. 4th European Science Education Research Association Conference, Noordwijkerhout, The Netherlands. Hand, B. (2008). Science inquiry, argument and language: A case for the science writing heuristic. Rotterdam, The Netherlands: Sense Publishers. Hasançebi, F. (2014). Argümantasyon tabanlı bilim öğrenme yaklaşımının (ATBÖ) öğrencilerin fen başarıları, argüman oluşturma becerileri ve bireysel gelişimleri üzerine etkisi. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Atatürk Üniversitesi, Erzurum. Guzey, S.S., Harwell, M., & Moore, T. (2014). Development an instrument to assess attitudes toward science, technology, engineering, and mathematics (STEM). School Science and Mathematics, 114(6), 271-279. Gülgün, C. (2014). Sınıf Öğretmenlerinin Fen Öğretimine Yönelik Tutumları İle Öğrencilerinin Fen Başarıları Arasındaki İlişkinin Araştırılması (Sivas). (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi) Kastamonu Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu. Gülhan, F. (2016). Fen-teknoloji-mühendislik-matematik entegrasyonunun (STEM) 5. sınıf öğrencilerinin algı, tutum, kavramsal anlama ve bilimsel yaratıcılıklarına etkisi. (Yayımlanmamış doktora tezi). Marmara Üniversitesi, İstanbul. Güneş, F. (2017). Türkçe öğretimi yaklaşımlar ve modeller. Ankara: Pegem Akademi Yayıncılık. Güzel, B. Y., Erduran, S., ve Ardaç, D. (2009). Aday kimya öğretmenlerinin kimya derslerinde bilimsel tartışma (argümantasyon) tekniğini kullanımları. Boğaziçi Üniversitesi Eğitim Dergisi, 26(2), 33-48. Jiménez-Aleixandre, M. P., & Erduran, S. (2007). Argumentation in science education: An overview. In Argumentation in science education (pp. 3-27). Springer Netherlands Karaca, N. (2010). Bilgisayar Destekli Animasyonların Grafik Çizme Ve Yorumlama Becerisinin Geliştirilmesine Etkisi: “Yaşamımızdaki Sürat Örneği”. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi ).Karadeniz Teknik Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Karamustafaoğlu, O. (2009). Fen ve teknoloji eğitiminde temel yönelimler. Kastamonu Eğitim Dergisi, 17(1), 87-102 Kavak, Y., ve Özdemir, S. (2007). Türkiye’de ilköğretim ve geleceğe bakış. Türkiye’de okulöncesi eğitim ve ilköğretim sistemi, temel sorunlar ve çözüm önerileri. Ankara: Türk Eğitim Derneği. Kaya, O.N. ve Kılıç, Z. (2008). Etkin bir fen öğretimi için tartışmacı söylev. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi, 9, 89-100. Kılıç, D. (2005). Ders kitabının öğretimdeki yeri. Ö.Demirel ve K. Kıroğlu (Ed.), Konu alanı ders kitabı incelemesi içinde ( s.37-53 .). Ankara: Pegem A Yayıncılık. Lacey, T. A., and Wright, B. (2009). Employment outlook: 2008-18-occupational employment projections to 2018. Monthly Labor Review., 132, 82. MEB.(2013) . İlköğretim Kurumları (İlkokullar Ve Ortaokullar) Fen Bilimleri Dersi (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar) Öğretim Programı, Ankara. Milli Eğitim Bakanlığı -MEB- (2016). STEM eğitimi raporu. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı Yayınlar. Morgil, F.i., ve Yılmaz, A., (1991). Lise X. sınıf, kimya II ders kitaplarının öğretmen ve öğrenci görüşleri açısından değerlendirilmesi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(1), 26-41. Morrison, J. (2013). TIES STEM education monograph series, attributes of STEM education. Baltimore: MD TIES. Öner, A. T., and Capraro, R. M. (2016). Is STEM academy designation synonymous with higher student achievement?. Education & Science/Egitim ve Bilim, 41(185), 1-17. DOI: 10.15390/EB.2016.3397. Özbilen, A. G. (2018). Stem eğitimine yönelik öğretmen görüşleri ve farkındalıkları. Scientific Educational Studies, 2(1), 1-21. Özdemir, N. (2006). İlköğretim 2. Kademedeki Fen Bilgisi Öğretiminde Yaşanan Sorunlar Ve Çözüm Önerileri. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Pamukkale Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Denizli. Özsoy, S. (2017). Is the earth flat or round? Primary school children’s understandings of the planet earth: The case of Turkish children. International Electronic Journal of Elementary Education, 4(2), 407-415. Partnership for 21st Century Skills-P21. (2009). P21 framework definitions. Retrieved from 26.01.2019tarihinde[Çevirimiçi:http://www.p21.org/storage/documents/P21_Frame work_Definitions.pdf ], Erişim tarihi: 28.09.2018. Roehrig, G. H., Moore, T. J., Wang, H. H., and Park, M. S. (2012). Is adding the E enough? Investigating the impact of K‐12 engineering standards on the implementation of STEM integration. School Science and Mathematics, 112(1), 31-44. Roberts, A. (2012). A justification for STEM education. The Technology and Engineering Teacher, 71(8), 15. Retrieved from: http://www.iteaconnect.org/mbrsonly/Library/TTT/TTTe/04-12roberts.pdf. Simon, S., Erduran, S., and Osborne, J. (2006). Learning to teach argumentation: Research and development in the science classroom. International Journal of Science Education, 28(2-3), 235–260. Şahin, A., Ayar, M.C., ve Adıgüzel, T. (2014). Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik içerikli okul sonrası etkinlikler ve öğrenciler üzerindeki etkileri. Educational Sciences: Theory & Practice, 14(1). DOI: 10.12738/estp.2014.1.18763. Tekbıyık, A. ve Çakmakçı, G.( 2018). Fen bilimleri öğretimi ve STEM etkinlikleri kitabı. Ankara: Nobel Yayınları. Temel, H., (2012). İlköğretim 4-8 Fen Ve Teknoloji Ve Matematik Öğretim Programlarının Fen Ve Matematik Entegrasyonuna Göre İncelenmesi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi) Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Bolu. Teo, T. W., and Ke, K. J. (2014). Challenges in STEM teaching: Implication for preservice and inservice teacher education program. Theory Into Practice, 53(1), 18-24. Tezcan, G. (2019). Ortaokul Fen Bilimleri Ders Kitaplarında Yer Alan Etkinliklerin Bilim, Teknoloji, Mühendislik Ve Matematik Yaklaşımına Uygunluğunun İncelenmesi Ve Öğretmen Görüşleri. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Van. Thomas, T.A. (2014). Elementary teachers‟ receptivity to integrated science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education in the elementary grades. (Unpublished Phd Thesis) University of Nevada, Nevada. Toulmin, S. (1958). The uses of argument. Cambridge, UK: Cambridge University Press. Tümay, H., ve Köseoğlu, F. (2011). Kimya öğretmen adaylarının argümantasyon odaklı öğretim konusunda anlayışlarının geliştirilmesi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 8(3), 105- 119. Türkoğuz, S., ve Merve, C. İ. N. (2013). Argümantasyona Dayalı Kavram Karikatürü Etkinliklerinin Öğrencilerin Kavramsal Anlama Düzeylerine Etkisi. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, (35), 155-173. Üstünkaya ve Gencer (2012, Haziran), İlköğretim 6.sınıf Seviyesinde Bilimsel Tartışma (Argumentatıon) Odaklı Etkinliklerle Dolaşım Sistemi Konusunun Öğretiminin Akademik Başarıya Etkisi, X. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi, 27-30. Niğde. Venville, G. J. and Dawson, V. M. (2010). The impact of A classroom intervention on grade 10 students’ argumentation skills, informal reasoning, and conceptual understanding of science. Journal of Research in Science Teaching, 47(8): 952-97. Yamak, H., Bulut, N., ve Dündar, S. (2014). 5. sınıf öğrencilerinin bilimsel süreç becerileri ile fene karşı tutumlarına FeTeMM etkinliklerinin etkisi. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34(2), 249-265. Yıldırım, B., ve Altun, Y. (2015). STEM eğitim ve mühendislik uygulamalarının fen bilgisi laboratuvar dersindeki etkilerinin incelenmesi. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2(2), 28-40. Yıldırım, B. (2016). An analyses and meta-synthesis of research on STEM education. Journal of Educational and Practice, 33(7), 23-33. Yıldırım, B., ve Selvi, M. (2017). STEM uygulamaları ve tam öğrenmenin etkileri üzerine deneysel bir çalışma. Eğitimde Kuram ve Uygulama, 13(2), 183–210. Yıldırım, B. (2018). Teoriden pratiğe STEM eğitimi uygulama kitabı. Ankara: Nobel Yayınları. Yılmaz, A. (2012). İlköğretim 8. Sınıf Öğrencilerinin Fen Ve Teknoloji Dersine Karşı Tutumlarının Fen Ve Teknoloji Dersini Günlük Hayatla İlişkilendirebilmedeki Başarılarına Etkisi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi) Gazi Üniversitesi. Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Ankara