An Innovative Approach for Meaningful Learning of Science Concepts: The Effect of Modular Science Teaching on Concept Learning

Öz

Studies show that the science curriculum reforms carried out in Türkiye in recent years have been insufficient, especially for middle school students, to learn the basic concepts of science meaningfully. This has made it necessary to include different and innovative science teaching practices in the name of meaningful learning of basic subjects and concepts. In this study, a modular and innovative science learning environment named "Creative Problem-Solving Modules Enriched with History of Science" was designed for the teaching of heat-temperature, phase changes and energy, which are the core science subjects that students have difficulty in learning and the impact of this designed learning environment was evaluated in the context of concept learning by comparing it with the existing science curriculum interventions for one year. This intervention study was carried out with N=188 (intervention= 111, control=77) 5th, 6th and 7th grade students studying in public schools in the central district of a city in Türkiye. Pre-tests and post-tests examining concept learning were applied to both group students before and after the module and science curriculum interventions. The impact of the modules on concept learning (the number and variety of concepts) and the scientific use of these concepts were examined comparatively. The results showed that at the end of one year, all students in both groups increased the variety and number of concepts. However, when the number of concepts, the type of concept used, and its scientifically correct use were examined in depth, it was determined that the students in the intervention group performed better than the students in the control group, which lead to the conclusion that modules have been found more effective on meaningful learning.

Anahtar Kelimeler

• Energy
• Phase change
• Heat-temperature
• Concept learning
• Middle school students

Proje Numarası

2017-02-04-1184

Fen Kavramlarının Anlamlı Öğrenimine Yönelik Yenilikçi Bir Yaklaşım: Modüler Fen Bilimleri Öğretiminin Kavram Öğrenimine Etkisi

Öz

Ülkemizde son yıllarda gerçekleştirilen fen öğretim programı reformları özellikle ortaokul öğrencilerinin fen bilimlerine ilişkin temel kavramların anlamlı öğrenilmesinde yetersiz kaldığını göstermektedir. Bu durum temel konu ve kavramların anlamlı öğrenilmesinde farklı ve yenilikçi öğretim uygulamaların desteklenmesini gerekli hale getirmiştir. Bu çalışmada, öğrencilerin öğrenmede zorluk yaşadıkları fen konularının başında gelen ısı-sıcaklık, hal değişimi ve enerji konuların öğretimine ilişkin, “Bilim Tarihi ile Zenginleştirilmiş Yaratıcı Problem Çözme Modülleri” adlı bütüncül ve yenilikçi bir öğrenme ortamı tasarlanmış; tasarlanan bu öğrenme ortamının etkililiği bir yıl süresince mevcut fen bilimleri öğretimi programı öğretim yaklaşımlarıyla karşılaştırılarak kavram öğrenimi (kavram sayısı ve çeşitliliği) bağlamında değerlendirilmiştir. Çalışma, bir ilin Merkez ilçesindeki devlet okullarında öğrenim gören N=188 (deney= 111, kontrol=77) 5., 6. ve 7. sınıf öğrencisiyle gerçekleştirilmiştir. Deney ve kontrol grubu öğrencilerine modül ve fen bilimleri öğretim programı uygulamaları öncesi ve sonrasında kavram öğrenmenin incelendiği ön ve son testler uygulanmış; modüllerin kavram öğrenimi ve doğru bilimsel kavram kullanımı üzerindeki etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sonuçlar, bir yıl sonunda deney ve kontrol grubunda yer alan tüm öğrencilerin kavram çeşit ve sayısını arttırdığını göstermiştir. Ancak kavram sayısı, kullanılan kavram çeşit ve bilimsel olarak doğru kullanımı derinlemesine nitel olarak incelendiğinde, deney grubunda yer alan öğrencilerin kontrol grubu öğrencilerine göre daha iyi performans gösterdikleri ve modüler uygulamaların kavramların anlamlı öğreniminde etkili olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Enerji
• Hal değişimi
• Isı-sıcaklık
• Kavram öğrenimi
• Ortaokul öğrencileri

Destekleyen Kurum

Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Proje Ofisi

Proje Numarası

2017-02-04-1184

Kaynakça

1. Akınoğlu, O., & Tandoğan, R. Ö. (2007). The effects of problem-based active learning in science education on students’ academic achievement, attitude and concept learning. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 3(1), 71-81.
2. Araz, G., & Sungur, S. (2007). Effectiveness of problem‐based learning on academic performance in genetics. Biochemistry and Molecular Biology Education, 35(6), 448-451.
3. Ausubel, D. P. (2000). The Acquisition and Retention of Knowledge. Dortrecht, Netherlands: Kluwer
4. Aydoğan, S., Güneş, B., & Gülçiçek, Ç. (2003). Isı ve sıcaklık konusunda kavram yanılgıları. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 23(2).
5. Baker, E. L., Aschbacher, P. R., Niemi, D., & Sato, E. (1992). CRESST performance assessment models: Assessing content area explanations.
6. Barrows, H. S. (2002). Is it truly possible to have such a thing as PBL? Distance Education, 23(1), 119-122.
7. Baxter, G. P., Elder, A. D., & Glaser, R. (1996). Knowledge-based cognition and performance assessment in the science classroom. Educational Psychologist, 31(2), 133-140.
8. Bıyıklı, C., & Yağcı, E. (2015). 5E öğrenme modeline göre düzenlenmiş eğitim durumlarının akademik başarı ve tutuma etkisi. Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 15(1), 302-325

9. Bretz, S. L. (2001). Novak's theory of education: Human constructivism and meaningful learning. Journal of Chemical Education, Vol. 78, p 1107, August 2001
10. Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. 1989, 18(1), 32-42.
11. Bryce, T. G. K., & MacMillan, K. (2009). Momentum and kinetic energy: Confusable concepts in secondary school physics. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching, 46(7), 739-761.
12. Bulu, S. T., & Pedersen, S. (2010). Scaffolding middle school students’ content knowledge and ill-structured problem solving in a problem-based hypermedia learning environment. Educational Technology Research and Development, 58, 507-529.
13. Chin, C., & Chia, L. G. (2006). Problem-based learning: Using ill-structured problems in biology project work. Science Education, 90(1), 44-67.
14. Chu, H. E., Treagust, D. F., Yeo, S. & Zadnik, M. (2012) Evaluation of students’ understanding of thermal concepts in everyday contexts, International Journal of Science Education, 34:10, 1509-1534,
15. Çalgıcı, G., Yıldırım, M., & Duru, M. K. (2020). 5. sınıf öğrencilerinin madde ve hal değişimi konusunda kavram yanılgılarının oyunlaştırma ile giderilmesi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 14(2), 1278-1310.
16. Çayan, Y., & 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
17. Distlehorst, L. H., & Robbs, R. S. (1998). A comparison of problem-based learning and standard curriculum students: Three years of retrospective data. Teaching and Learning in Medicine, 10(3), 131-137.
18. Evrim, U., & Uğur, A. R. B. (2021). Fen bilgisi öğretmen adaylarının ısı-sıcaklık ve maddenin halleri konularına ilişkin kavram yanılgıları arasındaki ilişkinin incelenmesi. OPUS International Journal of Society Researches, 18(40), 2221-2257.
19. Gagne, E., D., Yekovich, C. W. & Yekovich, F. R. (1993). The Cognitive Psychology of School Learning, Second Edition, New York: Harper Collins College Publishers
20. Gay, L.R., Mills, G.E. and Airasian, P.W. (2012) Educational Research Competencies for Analysis and Application. 10th Edition, Pearson, Upper Saddle River
21. Gönen, S., & Akgün, A. (2005). Bilgi Eksiklikleri ve Kavram Yanılgılarının Tespiti ve Giderilmesinde, Çalışma Yaprakları ve Sınıf İçi Tartışma Yönteminin Uygulanabilirliği Üzerine Bir Araştırma. Electronic Journal of Social Sciences, 4(13), 99-111
22. Gülçiçek, Ç., & Yağbasan, R. (2004). Basit sarkaç sisteminde mekanik enerjinin korunumu konusunda öğrencilerin kavram yanılgıları. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24(3)
23. Hitt, A. M., & Townsend, J. S. (2015). The heat is on! using particle models to change students' conceptions of heat and temperature. Science Activities, 52(2), 45-52.
24. Hmelo, C. E., & Ferrari, M. (1997). The problem-based learning tutorial: Cultivating higher order thinking skills. Journal for the Education of the Gifted, 20(4), 401-422.
25. Hung, W. (2016). All PBL starts here: The problem. Interdisciplinary Journal of Problem-based Learning, 10(2), 1-10.
26. Jonassen, D. H., & Hung, W. (2008). All problems are not equal: Implications for pbl. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning, 2(2), 10.
27. Kırıkkaya, E. B., & Güllü, D. (2008). İlköğretim beşinci sınıf öğrencilerinin ısı-sıcaklık ve buharlaşma-kaynama konularındaki kavram yanılgıları. İlköğretim Online, 7(1), 2-14
28. Kıryak, Z., Candaş, B., Karanisoğlu, B., & Özmen, H. (2019). Yedinci sınıf öğrencilerinin enerji dönüşümlerine yönelik bilgi düzeylerinin çizimler aracılığıyla belirlenmesi. Fen Matematik Girişimcilik ve Teknoloji Eğitimi Dergisi, 2(2), 79-92.
29. Kim, S. Y., & Irving, K. E. (2010). History of science as an instructional context: Student learning in genetics and nature of science. Science & Education, 19, 187-215.
30. Kocakülah, A., & Turan, A. (2019). Kavramsal değişim yaklaşımı ile ısı sıcaklık konusu öğretiminin beşinci sınıf öğrencilerinin kavramsal anlamalarına etkisi. Pamukkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, (35), 1-17.
31. Matthews, M. R. (1994). Science teaching: The role of history and philosophy of science. Routledge, New York.
32. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB) (2005). Fen ve Teknoloji dersi (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar) öğretim programı. Ankara: Milli Eğitim Basımevi
33. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB) (2013). Fen bilimleri dersi (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar) öğretim programı. Ankara: Milli Eğitim Basımevi
34. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB) (2018). Fen bilimleri dersi (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar) öğretim programı. Ankara: Milli Eğitim Basımevi
35. National Research Council (NRC). (2012). Next Generation Science Standarts (NGSS). A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. National Academy of Sciences. ISBN: 978-0-309-21742-2
36. National Research Council. (NRC). (1996) National science education standards. National Academy of Sciences.
37. Novak, J. D., & Cañas, A. J. (2006). The theory underlying concept maps and how to construct them. Florida Institute for Human and Machine Cognition, 1(1), 1-31.
38. Novak, J. D.; Gowin, D. B. (1984). Learning How to Learn. New York: Cambridge University Press.
39. Osborne, R. J., & Gilbert, J. K. (1980). A method for investigating concept understanding in science. European journal of science education, 2(3), 311-321.
40. Önol, M., & Kocakülah, S. (2021). Anlam oluşturma yaklaşımına dayalı öğretimin ortaokul 7. Sınıf öğrencilerinin enerji dönüşümü kavramına ilişkin kavramsal değişimlerine etkisi. Journal of Theory & Practice in Education (JTPE), 17(1).
41. Özer, F. & Doğan, N. (2022). 21. Yüzyıl bağlamında teoriden sınıf içi uygulamaya problem çözme ve yaratıcılık becerisi. 1. Basım, VIII + 235 s. Nobel Akademik Yayıncılık. ISBN: 978-625-427-203-5.
42. Özer, F. & Doğan, N., (2023-Basımda). Bilim tarihi ile zenginleştirilmiş yaratıcı problem çözme modülleri ile ortaokul öğrencilerinin bilimsel sorgulamaya ilişkin görüşlerinin geliştirilmesi. Eğitim & Bilim.
43. Özer, F. (2021). 21. Yüzyıl becerilerinin gelişimini destekleyici fen öğrenme ortamlarının ortaokul öğrencilerinin problem çözme, yaratıcı düşünme becerileri ve kavram öğrenimine etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış Doktora Tezi, Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Bolu, Türkiye.
44. Pease, M. A., & Kuhn, D. (2011). Experimental analysis of the effective components of problem‐based learning. Science Education, 95(1), 57-86.
45. Phaikhumnam, W., & Yuenyong, C. (2018). Improving the primary school science learning unit about force and motion through lesson study. AIP Conference Proceedings, January, 2018. New York: AIP Publishing
46. Polanco, R., Calderón, P., & Delgado, F. (2004). Effects of a problem‐based learning program on engineering students’ academic achievements in a Mexican university. Innovations in Education and Teaching International, 41(2), 145-155.
47. Rakkapao, S., Pengpan, T., Srikeaw, S., & Prasitpong, S. (2013). Evaluation of POE and instructor-led problem-solving approaches integrated into force and motion lecture classes using a model analysis technique. European Journal of Physics, 35(1), 1-10.
48. Sarikaya, S., & AKBAŞ, A. (2019). Ortaokul Öğrencilerinin Isı ve Sıcaklık Konusundaki Kavram Yanılgıları ve Giderilmesi. Dicle Üniversitesi Ziya Gökalp Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(38), 31-40.
49. Savery, J. R. (2015). Overview of problem-based learning: Definitions and distinctions. Essential readings in problem-based learning: Exploring and extending the legacy of Howard S. Barrows, 9(2), 5-15
50. Singapore Ministry of Education (SMOE). (2004). Teach less, learn more: Reigniting passion and mission. Singapore: Ministry of Education.
51. Singh, C., & Rosengrant, D. (2003). Multiple-choice test of energy and momentum concepts. American Journal of Physics, 71(6), 607-617.
52. Sözbilir, M. (2003). A review of selected literature on students’ misconceptions of heat and temperature. Boğaziçi Üniversitesi Eğitim Dergisi, 20(1), 25-41.
53. Sungur, S., Tekkaya, C., & Geban, Ö. (2006). Improving achievement through problem-based learning. Journal of Biological Education, 40(4), 155-160.
54. Tarhan, L., Ayar-Kayali, H., Urek, R. O., & Acar, B. (2008). Problem-based learning in 9th grade chemistry class:‘Intermolecular forces’. Research in Science Education, 38, 285-300.
55. Tennyson, R. D., & Cocchiarella, M. J. (1986). An empirically based instructional design theory for teaching concepts. Review of Educational Research, 56(1), 40-71.
56. Walker, A., & Leary, H. (2009). A problem based learning meta analysis: Differences across problem types, implementation types, disciplines, and assessment levels. Interdisciplinary journal of problem-based learning, 3(1), 6.
57. Yavuz, S., & Büyükekşi, C. (2011). Kavram Karikatürlerinin Isı-Sıcaklık Kavramlarının Öğretiminde Kullanılması. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 1(2), 25-30.