Ters Yüz Edilmiş Sınıf Modeliyle Bütünleştirilmiş Mühendislik Tasarım Temelli Uygulamalar: Özel Yetenekli Öğrencilerin Kompozit Malzemelere İlişkin Kavramsal Öğrenmelerinin Değerlendirilmesi

Öz

Bu araştırmanın temel amacı, ters yüz edilmiş sınıf modeliyle bütünleştirilmiş mühendislik tasarım temelli uygulamalar süresince özel yetenekli öğrencilerin kompozit malzemelere ilişkin kavramsal öğrenmelerini değerlendirmektir. Nitel araştırma yöntemlerinden bütüncül tekli durum çalışması deseninin takip edildiği araştırma, Marmara Bölgesi’nde bir Bilim ve Sanat Merkezinde öğrenim gören 21 yedinci sınıf öğrencisiyle yürütülmüştür. Araştırma kapsamında ters yüz edilmiş sınıf modellerinden Üç Aşamalı İş Birlikli Öğretim Modeli (3-İÖ) mühendislik tasarım süreci basamakları ile bütünleştirilerek hem sınıf dışında hem de sınıf içinde uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Sınıf dışı uygulamalar sürecinde öğrenciler, dijital içerikleri “İzle–Özetle–Sor” formu aracılığıyla inceleyerek kompozit malzemelere ilişkin ön bilgilerini paylaşmış; sınıf içi uygulamalarda ise edindikleri bilgileri kullanarak grup tartışmalarına ve değerlendirme etkinliklerine katılmışlardır. Araştırmadan elde edilen veriler içerik analizi yöntemiyle analiz edilmiştir. Bulgular, öğrencilerin kompozit malzeme kavramlarını mühendislik tasarım süreci, kompozit malzemenin tanımı, yapısal özellikler, kullanım alanları, sınıflandırma ve deney–test süreci olmak üzere altı ana tema altında yapılandırdıklarını göstermektedir. Öğrencilerin büyük çoğunluğu, kompozit kavramını doğru biçimde tanımlamış, malzemelerin hafiflik, mukavemet, korozyon direnci ve ısıya dayanıklılık gibi yapısal özelliklerini ifade ederek bu özellikleri günlük yaşam örnekleriyle ilişkilendirmiştir. Sonuç olarak, ters yüz edilmiş sınıf modeliyle bütünleştirilen mühendislik tasarım temelli uygulamaların, özel yetenekli öğrencilerin kompozit malzemelere ilişkin kavramsal öğrenmelerini derinleştirdiği, kavramlar arası ilişkileri kurmalarını kolaylaştırdığı ve kavramsal bilgiyi çok boyutlu biçimde yapılandırmalarına olanak sağladığı ortaya çıkmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Özel yetenekli öğrenciler
• Mühendislik tasarım süreci
• Ters yüz edilmiş sınıf modeli
• Kompozit malzemeler

Evaluating Gifted Students’ Conceptual Learning on Composite Materials through Engineering Design-based Practices Integrated with the Flipped Classroom Model

Öz

The primary aim of this study is to evaluate gifted students’ conceptual learning on composite materials during engineering design-based practices integrated with the flipped classroom model. The research employed a single case (holistic) study design, one of the qualitative research methods, and was conducted with 21 seventh-grade students attending a Science and Art Center in the Marmara Region of Türkiye. Within the scope of the study, the Three-Stage Collaborative Instructional Model (3-CIM), a flipped classroom framework, was integrated with the stages of the engineering design process and implemented through both out-of-class and in-class activities. During the out-of-class sessions, students explored digital content using the “Watch–Summarize–Ask” form to share their prior knowledge about composite materials. During the in-class sessions, they engaged in group discussions and evaluation activities using the knowledge they had acquired. The collected data were analyzed using content analysis. The findings revealed that students structured their understanding of composite materials under six main themes: engineering design process, definition of composites, structural properties, areas of use, classification, and experiment–testing process. Most students accurately defined the concept of composites, articulated structural features such as lightness, strength, corrosion resistance, and heat resistance, and related these characteristics to real-life examples. In conclusion, engineering design-based practices integrated with the flipped classroom model were found to deepen gifted students’ conceptual understanding of composite materials, facilitate the establishment of relationships among concepts, and enable the construction of conceptual learning in a multidimensional way.

Anahtar Kelimeler

• Gifted students
• Flipped classroom model
• Engineering design process
• Composite materials

Kaynakça

1. Afrilyasanti, R., Cahyono, B. Y., & Astuti, U. P. (2017). Indonesian EFL students’ perceptions on the implementation of flipped classroom model. Journal of Language Teaching and Research, 8(3), 476–484. https://doi.org/10.17507/jltr.0803.05
2. Ahsan, N., & Khurram, A. F. A. (2023). Empowering tomorrow: A systematic approach to STEM education pedagogy for achieving sustainable development goals and students' conceptual understanding. International Journal of Trends and Innovations in Business & Social Sciences, 1(4), 146–155. https://doi.org/10.48112/tibss.v1i4.676
3. Aidoo, B., Vesterinen, V. M., Macdonald, M. A., Gísladóttir, B., & Pétursdóttir, S. (2022).Perceptions of Ghanaian student teachers on benefits and challenges of the flipped classroom: A case study. Contemporary Educational Technology, 14(4), Article ep379. https://doi.org/10.30935/cedtech/12163
4. Aljughaiman, A., Nofal, M., & Hein, S. (2015). Gifted education in Saudi Arabia. In D. Y. Dai & C. C. Kuo (Eds.), Gifted education in Asia: Problems and prospects (pp. 191-213). Information Age Publishing.
5. Avcu, Y. E. (2019). Özel yetenekli öğrenciler için bilişim teknolojileri ve yazılım alanına yönelik bir öğretim tasarımının geliştirilmesi [Doktora tezi, Balıkesir Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=601155
6. Ayık, Z., Gül, M. D., & Karacabey, M. F. (2023). Adaptation of teachers' competency for meeting the instructional needs of gifted students scale and investigation of some variables. Uluslararası Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 12(1), 187-220. https://doi.org/10.46778/goputeb.1268279
7. Bahar, M., Yener, D., Yılmaz, M., Emen, H., & 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. https://doi.org/10.17240/aibuefd.2018..-412111
8. Baytiyeh, H., & Naja, M. K. (2017). Students’ perceptions of the flipped classroom model in an engineering course: A case study. European Journal of Engineering Education, 42(6), 1048-1061. https://doi.org/10.1080/03043797.2016.1252905

9. Bozan, İ., & Çakar, F. S. (2020). Bilim ve Sanat Merkezi öğretmenlerinin yaşadıkları sorunlar ve bu sorunlara ilişkin çözüm önerilerinin belirlenmesi. Turkish Studies – Educational Sciences, 15(3), 1689-1709. https://doi.org/10.29228/TurkishStudies.39986
10. Braun, V., & Clarke, V. (2021). Can I use TA? Should I use TA? Should I not use TA? Comparing reflexive thematic analysis and other pattern-based qualitative analytic approaches. Counselling and Psychotherapy Research, 21(1), 37-47. https://doi.org/10.1002/capr.12360
11. Bundotich, D. S. (2024). Perception of the gifted students on the influence of mentorship and counselling services on academic performance: A case of Uasin Gishu County, Kenya. International Journal of Research and Innovation in Social Science, 8(7), 1055-1062. https://dx.doi.org/10.47772/IJRISS.2024.807085
12. Callister, W. D., Jr., & Rethwisch, D. G. (2020). Materials science and engineering: An introduction(10th ed.). John Wiley & Sons.
13. Canbazoğlu Bilici, S., Karataş, F. Ö., & Özdem Yılmaz, Y. (Eds.). (2024). Mühendislik tasarım temelli fen eğitimi uygulamaları. Pegem Akademi Yayıncılık
14. Chiang, F. K., & Chen, C. (2017). Modified flipped classroom instructional model in “learning sciences” course for graduate students. The Asia-Pacific Education Researcher, 26(1), 1-10. https://doi.org/10.1007/s40299-016-0321-2
15. Chiang, F. K., & Wu, Z. (2021). Flipping a classroom with a three-stage collaborative instructional model (3-CI) for graduate students. Australasian Journal of Educational Technology, 37(4), 51-67. https://doi.org/10.14742/ajet.6330
16. Chong, K. E., Wong, K. L., Leung, C. W., & Ting, F. S. (2019). Flipped-classroom with interactive videos in first year undergraduate physics course in Hong Kong. In Education and Training in Optics and Photonics (pp. 11143–11146). Optica Publishing Group. https://doi.org/10.1117/12.2523439
17. Cross, N. (2008). Engineering design methods: Strategies for product design (4th ed.). Wiley.
18. Çevik, A., & Kaya, H. (2025). Fen eğitiminde iş birlikli öğrenmeye dayalı ters-yüz sınıf ve karınca kolonisi modellerinin kavramsal öğrenmeye etkisi. Eğitimde Yeni Yaklaşımlar Dergisi, 8(1), 64-82.https://doi.org/10.70325/eyyad.1672314
19. Dedetürk, A., Kirmizigül, A. S., & Kaya, H. (2021). The effects of STEM activities on 6th grade students' conceptual development of sound. Journal of Baltic Science Education, 20(1), 21-37.https://doi.org/10.33225/jbse/21.20.21
20. Duke, N. K., & Pearson, P. D. (2009). Effective practices for developing reading comprehension. Journal of Education, 189(1-2), 107-122.https://doi.org/10.1177/0022057409189001-208
21. Erkan, H., & Duran, M. (2023). The effects of STEM activities conducted with the flipped learning model on primary school students' scientific creativity, attitudes, and perceptions towards STEM. Science Insights Education Frontiers, 15(1), 2175-2225. https://doi.org/10.15354/sief.23.or115
22. Fatacharmita, T., Hadinugrahaningsih, T., & Irwanto, I. (2024). Analysis of students’ conceptual understanding on colloidal materials through the flipped classroom learning model integrated peer-instruction. Journal of Computers for Science and Mathematics Learning, 1(2), 79-92. https://doi.org/10.70232/thnvb502
23. Gharehbaghi, K., Georgy, M., & Rahmani, F. (2019). Composite high-rise structures: Structural health monitoring (SHM) and case studies. In Materials Science Forum (Vol. 940, pp. 146-152). Trans Tech Publications Ltd.https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.940.146
24. Gong, J., Cai, S., & Cheng, M. (2024). Exploring the effectiveness of flipped classroom on STEM student achievement: A meta-analysis. Technology, Knowledge and Learning, 29(2), 1129-1150. https://doi.org/10.1007/s10758-023-09700-7
25. Güngenci, M. M. (2023). Ters yüz öğrenme modeline yönelik ders planı önerisi: Kitle iletişiminde Arapça dersi örneği. Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 21(3), 1562-1579.https://doi.org/10.37217/tebd.1353267 Herreid, C. F., & Schiller, N. A. (2013). Case study: Case studies and the flipped classroom. Journal of College Science Teaching, 42(5), 62-66. https://doi.org/10.2505/4/jcst13_042_05_62
26. Hidayah, L. R., & Mustadi, A. (2021). The implementation of the flipped classroom for early grade students in elementary school. International Journal of Elementary Education, 5(1), 98-106.https://doi.org/10.23887/ijee.v5i1.33151
27. Hwang, G. J., Lai, C. L., & Wang, S. Y. (2015). Seamless flipped learning: A mobile technology-enhanced flipped classroom with effective learning strategies. Journal of Computers in Education, 2(4), 449-473. https://doi.org/10.1007/s40692-015-0043-0
28. Hynes, M., Portsmore, M., Dare, E., Milto, E., Rogers, C., Hammer, D., & Carberry, A. (2011). Infusing engineering design into high school STEM courses. National Center for Engineering and Technology Education. https://ceeo.tufts.edu/documents/file/infusing_engineering_design.pdf
29. Irwanto, I., Rahmah, S. N., & Nanda, E. V. (2024). Flipped classrooms with peer instruction: The impact on students' conceptual understanding. TEM Journal, 13(2), 1363-1370.https://doi.org/10.18421/tem132-42
30. Jang, H. Y., & Kim, H. J. (2020). A meta-analysis of the cognitive, affective, and interpersonal outcomes of flipped classrooms in higher education. Education Sciences, 10(4), Article 115. https://doi.org/10.3390/educsci10040115
31. Jensen, J. L., Kummer, T. A., & Godoy, P. D. D. M. (2015). Improvements from a flipped classroom may simply be the fruits of active learning. CBE—Life Sciences Education, 14(1), Article ar5. https://doi.org/10.1187/cbe.14-08-0129
32. Karyadi, P. A., Paristiowati, M., & Afrizal, A. (2020). Analysis the 21st century skills of students in chemical equilibrium learning with flipped classroom-collaborative problem solving model. JTK (Jurnal Tadris Kimiya), 5(1), 48-60.https://doi.org/10.15575/jtk.v5i1.7971
33. Kaya İci, N., Kandemir, C., & Albayrak, H. (2024). Bilim ve Sanat Merkezine devam eden öğrencilerin devamsızlıklarına ilişkin öğrenci görüşleri. Social Mentality and Researcher Thinkers Journal (Smart Journal), 9(77), 5174–5181. http://dx.doi.org/10.29228/smryj.73581
34. Kettler, T. (2014). Critical thinking skills among elementary school students. Gifted Child Quarterly, 58(2), 127-136. https://doi.org/10.1177/0016986214522508
35. Kirch, C. (2012, January 23). My favorite WSQ. Flipping with Kirch. https://flippingwithkirch.blogspot.com/2012/01/my-favorite-wsq.html
36. Kumar, S. R., & Prakash, S. (2023). Tools and techniques for promoting collaborative learning in a virtual model-flipped classroom. Thiagarajar College of Preceptors Edu Spectra, 5(2), 18-25. https://doi.org/10.34293/eduspectra.v5i2.04
37. Külegel, S., & Umdu Topsakal, Ü. (2020). Özel yetenekli öğrencilerin E-STEM etkinliği ile ilgili görüşleri: “Yelkenbüs tasarlayalım”. USVES Uluslararası Sosyal Bilimler ve Eğitim Bilimleri Sempozyumu (ss. 758-774).
38. Lo, C. K., & Hew, K. F. (2021). Student engagement in mathematics flipped classrooms: Implications of journal publications from 2011 to 2020. Frontiers in Psychology, 12, 672610. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2021.672610
39. Macale, A., Lacsamana, M., Quimbo, M. A., & Centeno, E. (2021). Enhancing the performance of students in chemistry through flipped classroom with peer instruction teaching strategy. LUMAT: International Journal on Math, Science and Technology Education, 9(1), 717-747.https://doi.org/10.31129/LUMAT.9.1.1598 Mallick, P. K. (2007). Fiber-reinforced composites: Materials, manufacturing, and design(3rd ed.). CRC Press.https://doi.org/10.1201/9781420005981 Mann, E. L., Mann, R. L., Strutz, M. L., Duncan, D., & Yoon, S. Y. (2011). Integrating engineering into K-6 curriculum: Developing talent in the STEM disciplines. Journal of Advanced Academics, 22(4), 639-658. https://doi.org/10.1177/1932202x11415007
40. Merriam, S. B., & Tisdell, E. J. (2016). Qualitative research: A guide to design and implementation (4th ed.). Jossey-Bass.
41. Miles, M. B., & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis: An expanded sourcebook(2nd ed.). Sage Publications.
42. Milli Eğitim Bakanlığı. (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (İlkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar).https://mufredat.meb.gov.tr/Programlar.aspx
43. Milli Eğitim Bakanlığı. (2022). Milli Eğitim Bakanlığı bilim ve sanat merkezleri yönergesi. Tebliğler Dergisi, 85(2771).
44. Milli Eğitim Bakanlığı. (2024). Türkiye Yüzyılı Maarif Modeli fen bilimleri dersi öğretim programı (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar).https://tymm.meb.gov.tr/upload/program/2024programfen345678Onayli.pdf
45. Milli Eğitim Bakanlığı. (2025). Türkiye Yüzyılı Maarif Modeli öğretim programları ortak metni. https://tymm.meb.gov.tr/upload/brosur/ortak_metin.pdf
46. Mohd Nasir, M. A., Alaudin, R. I., Ismail, S., Mat Ali, N., Mohd Faudzi, F. N., Yusuff, N., & Mohd Pozi, M. S. (2020). The effectiveness of flipped classroom strategy on self-directed learning among undergraduate mathematics students. Practitioner Research, 2(2), 61-81.https://doi.org/10.32890/pr2020.2.4
47. Nouri, J. (2016). The flipped classroom: For active, effective and increased learning – especially for low achievers. International Journal of Educational Technology in Higher Education, 13, Article 33. https://doi.org/10.1186/s41239-016-0032-z
48. Özcan, Ş., Demir, M., Aksu, N., Urhan, S., & Zengin, Y. (2022). Ortaokul öğrencilerinin çember konusundaki kavramsal anlamalarının incelenmesi: 5E öğrenme modeli ile ters yüz edilmiş sınıf yaklaşımı. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 9(1), 110-133.https://doi.org/10.21666/muefd.988366
49. Özer, M. (2021). Türkiye’de özel yeteneklilere yetenek geliştirme desteğinde bilim ve sanat merkezleri: Mevcut durum ve iyileştirme alanları. OPUS International Journal of Society Researches, 17(33), 727-749.https://doi.org/10.26466/opus.810856
50. Özkan, R. A., & Sarıkaya, R. (2023). Mühendislik tasarım temelli fen öğretiminin dördüncü sınıf öğrencilerinin eleştirel düşünme becerilerine etkisi. Cumhuriyet Uluslararası Eğitim Dergisi, 12(2), 318-327.https://doi.org/10.30703/cije.1183659
51. Pahl, G., & Beitz, W. (2013). Engineering design: A systematic approach (3rd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-84628-319-2
52. Puspitasari, R. D., Herlina, K., & Suyatna, A. (2020). A need analysis of STEM-integrated flipped classroom e-module to improve critical thinking skills. Indonesian Journal of Science and Mathematics Education, 3(2), 178-184.https://doi.org/10.24042/ijsme.v3i2.6121
53. Rachmawati, Y., Mariono, A., & Arianto, F. (2023). The effect of the flipped classroom model on students’ Al-Quran reading ability in Islamic religious education at “Excellent Children’s Elementary School”. International Journal of Social Science and Human Research, 6(8), 4733-4737. https://doi.org/10.47191/ijsshr/v6-i8-15
54. Sak, U., & Ayas, B. (2020). EPTS curriculum model: Optimum curriculum differentiator for the education of gifted students. Gifted Education International, 36(2), 154-169. https://doi.org/10.1177/0261429420917879
55. Schroth, S. T., & Helfer, J. A. (2017). Gifted & green: Sustainability/environmental science investigations that promote gifted children’s learning. Gifted Child Today, 40(1), 14-28. https://doi.org/10.1177/1076217516675903
56. Serin, G., & Yalman, F. E. (2024). İlkokul öğrencilerinin ‘İnsan ve Çevre Ünitesi’ndeki kavramsal değişimlerinin incelenmesi: Ters yüz edilmiş öğrenme ortamlarının etkisi. Mersin Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 20(3), 602–625. https://doi.org/10.17860/mersinefd.1554156
57. Siegle, D. (2015). Technology: Learning can be fun and games. Gifted Child Today, 38(3), 192-197.https://doi.org/10.1177/1076217515583744
58. Sopakitiboon, T., Tuampoemsab, S., Howimanporn, S., & Chookaew, S. (2023). Implementation of new-product creativity through an engineering design process to foster engineering students' higher-order thinking skills. International Journal of Engineering Pedagogy, 13(5), 61-81. https://doi.org/10.3991/ijep.v13i5.38863
59. Treffinger, D. J., & Isaksen, S. G. (2005). Creative problem solving: The history, development, and implications for gifted education and talent development. Gifted Child Quarterly, 49(4), 342–353. https://doi.org/10.1177/001698620504900407
60. Ulrich, K. T., & Eppinger, S. D. (2015). Product design and development (5th ed.). McGraw-Hill Education. United Nations Office for Disaster Risk Reduction. (2023). Global assessment report on disaster risk reduction 2023. United Nations. https://www.undrr.org/publication/global-assessment-report-disaster-risk-reduction-2023
61. Uyar, A., Canpolat, M., & Şan, İ. (2021). STEM merkezindeki öğretmenlerin ve öğrencilerin STEM eğitimi hakkındaki görüşleri: PayaSTEM merkezi örneği. MANAS Sosyal Araştırmalar Dergisi, 10(1), 151-170. https://doi.org/10.33206/mjss.799488
62. Uzel, L. (2019). 6. sınıf madde ve ısı ünitesinde gerçekleştirilen mühendislik tasarım temelli uygulamaların öğrencilerin problem çözme ve tasarım becerilerine etkisinin değerlendirilmesi (Yayın No. 598369) [Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
63. Uzun, S., & Şen, N. (2023). The effects of a STEM-based intervention on middle school students' science achievement and learning motivation. Journal of Pedagogical Research, 7(1), 16-28. https://doi.org/10.33902/jpr.202319315
64. Ülger, B. B., & Çepni, S. (2020). Evaluating the effect of differentiated inquiry-based science lesson modules on gifted students' scientific process skills. Pegem Journal of Education and Instruction, 10(4), 1289-1324. https://doi.org/10.14527/pegegog.2020.039
65. Winarno, N., Rusdiana, D., Samsudin, A., Susilowati, E., Ahmad, N., & Afifah, R. M. A. (2020). The steps of the Engineering Design Process (EDP) in science education: A systematic literature review. Journal for the Education of Gifted Young Scientists, 8(4), 1345-1360. https://doi.org/10.17478/jegys.766201
66. Ye, Y. Y., Zeng, J. J., & Li, P. L. (2022). A state-of-the-art review of FRP-confined steel-reinforced concrete (FCSRC) structural members. Polymers, 14(4), 677.https://doi.org/10.3390/polym14040677
67. Yıldırım, A., & Şimşek, H. (2005). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri (5. bs.). Seçkin Yayıncılık.
68. Yiğit Özüdoğru, H., & Yalçın, A. (2023). Sorgulama temelli öğrenme etkinliklerinin Bilim ve Sanat Merkezleri (BİLSEM) öğrencilerinin coğrafi sorgulama becerilerine etkisi. Millî Eğitim Dergisi, 52(239), 1829-1858. https://doi.org/10.37669/milliegitim.1288722
69. Zhao, H. (2015). The practice and thinking of the flipped classroom model in the e-commerce course. In International Conference on Education, Management and Computing Technology (ICEMCT-15) (pp. 1484–1487). Atlantis Press. https://doi.org/10.2991/icemct-15.2015.312