An Investigation into the Development of the Force and Energy Unit through STEM Integration in Science Course and its Effects on Students' Critical Thinking Skills

Abstract

In this study, to examine the change in individuals' critical thinking skills, a new unit was developed in which STEM was integrated. The outcomes of this 7th-grade unit were selected from related disciplines. During the learning process of the developed Force and Energy unit, it was aimed that individuals could make judgments by gaining critical thinking skills and evaluate events in a multi-dimensional way. In this study, which lasted for five weeks, the developed unit was used to conduct lessons with the experimental group (N=25) while the control group (N=25) was traditionally taught. The Critical Thinking Scales developed by Demir (2006a) were used in the research process. Before the implementation, no significant difference was found between the experimental and control groups regarding critical thinking skills, but after the implementation, a significant difference was observed in favour of the experimental group. When the scores obtained from the sub-scales (interpretation and explanation) were compared, a significant difference was found in favour of the experimental group. When the changes in the experimental and control groups were examined, there was no significant change in the control group students, but a significant change was found in favour of the experimental group. These changes occurred in the evaluation, Interpretation, and explanation sub-scales of the critical thinking scale. Based on these data, it can be said that the critical thinking skills of individuals who receive STEM education improve. Accordingly, making use of different disciplines simultaneously while designing a product in STEM education is an important factor in the development of individuals' critical thinking skills. Thus, teachers should carry out this process effectively.

Keywords

• Science education
• STEM education
• STEM unit development
• critical thinking
• force and energy unit

Kaynakça

1. Akgündüz, D., Aydeniz, M., Çakmakçı, G., Çavaş, Bület, Çorlu, M. S., & Öner, T. (2015). STEM eğitimi Türkiye raporu: “Günümüz modası mı yoksa gereksinim mi?”. İstanbul Aydın Üniversitesi STEM Merkezi.
2. Bahadır, E. (2018). GEMS ve matematik eğitimi I. Uluslararası Eğitimde Yeni Arayışlar Kongresi Bildiri Özetleri Kitabı, 149-152.
3. 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.
4. Bakırcı, H. & Çepni, S. (2016). Ortak bilgi yapılandırma modelinin ortaokul altıncı sınıf öğrencilerinin eleştirel düşünme becerilerine etkisi: Işık ve ses ünitesi Örneği. İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(3), 185-202. doi: 10.17679/inuefd.17308627
5. Büyüköztürk, Ş (2017). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı (23. Baskı). Pegem Akademi Yayınları.
6. Büyüköztürk, Ş., Kılıç Çakmak, E., Akgün, Ö.E., Karadeniz, Ş. & Demirel, F. (2018). Bilimsel araştırma yöntemleri (25. Baskı). Pegem Akademi Yayınları.
7. Çetin, A. (2020). Examining project-based STEM training in a primary school. International Online Journal of Education and Teaching (IOJET), 7(3). 811- 825.
8. Çınar, S., Pırasa, N., & Sadoğlu, G. P. (2016). Views of science and mathematics preservice Teachers Regarding STEM. Universal Journal of Educational Research, 4(6), 1479-1487.

9. Demir, M. K. (2006a). İlköğretim dördüncü ve beşinci sinif öğrencilerinin sosyal bilgiler derslerinde eleştirel düşünme düzeylerinin çeşitli değişkenler açisindan incelenmesi, Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 26(3),155-169.
10. Demir, M. K. (2006b). İlköğretim dördüncü ve beşinci sinif öğrencilerinin sosyal bilgiler derslerinde eleştirel düşünme düzeylerinin çeşitli değişkenler açisindan incelenmesi [Yayınlanmamış doktora tezi]. Gazi Üniversitesi.
11. Elliott, B., Oty, K., McArthur, J. & Clark, B. (2001). The effect of an interdisciplinary algebra/science course on students‟ problem solving skills, critical thinking skills and attitudes towards mathematics. International Journal of Mathematical Education in Science and Technology, 32(6), 811–816.
12. Engineering is Elementary (2013), The Engineering Design Process. Retrieved September, 04, 2018, from http://www.eie.org/overview/engineering-design-process
13. Ercan, S & Şahin, F. (2015). Fen eğitiminde mühendislik uygulamalarinin kullanimi: Tasarim temelli fen eğitiminin öğrencilerin akademik başarilari üzerine etkisi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 9(1), 128- 164.
14. Facione, P. A. (1990). Critical thinking: A statement of expert consensus for purposes of educational assessment and instruction - Executive Summary - The Delphi Report. Millbrae, CA: The California Academic Pres. Retrieved from https://www.qcc.cuny.edu/socialsciences/ppecorino/CT-Expert-Report.pdf
15. Ganesh T., Thieken J., Elser M., Baker, D., Krause, S., Roberts, C., Kurpius-Robinson, S., Middleton, J. & Golden, J. (2009). Eliciting underserved middle-school youths’ notions of engineers: Draw an engineer. Paper presented at American Society of Engineering Education. Annual Conference & Exposition; Austin, TX. Retrieved May, 10, 2020. https://peer.asee.org/5796
16. George, D., & Mallery, M. (2010). SPSS for windows step by step: A simple guide and reference, 17.0 update (10a ed.). Pearson.
17. Gülhan, F. &Şahin, F. (2016). Fen-teknoloji-mühendislik-matematik entegrasyonunun (STEM) 5. sınıf öğrencilerinin bu alanlarla ilgili algı ve tutumlarına etkisi. International Journal of Human Sciences, 13(1). 602-620. doi:10.14687/ijhs.v13i1.3447
18. Kökdemir, D. (2003). Belirsizlik durumlarinda karar verme ve problem çözme (Yayınlanmamış Doktora Tezi]. Ankara Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü.
19. Knight, M. & Cunningham, C. M. (2004). Draw an engineer test (DAET): Development of a tool to investigate students’ ideas about engineers and engineering. Retrieved May, 10, 2020, from https://www.researchgate.net/publication/237337105
20. MEB, (2016). STEM Eğitimi Raporu. Ankara: Yenilik ve Eğitim Teknolojileri Genel Müdürlüğü. Retrieved from http://yegitek.meb.gov.tr/stem_egitimi_raporu.pdf
21. MEB, (2018a). Fen bilimleri dersi öğretim programı, (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
22. MEB, (2018b). Matematik dersi öğretim programı (İlkokul ve Ortaokul 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
23. MEB, (2018c). Bilişim teknolojileri ve yazılım dersi öğretim programı, (Ortaokul 5 ve 6. Sınıflar). Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
24. MEB, (2018d). Teknoloji ve tasarım dersi öğretim programı (Ortaokul 7 ve 8. Sınıflar). Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
25. National Research Council. (2012). A framework for K–12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: The National Academies Press.
26. Next Generation Science Standards Lead States. (2013). Next generation science standards: For states, by states. Washington, DC: The National Academies Press.
27. Özbilen, A. G. (2018). Stem eğitimine yönelik öğretmen görüşleri ve farkındalıkları. Scientific Educational Studies, 2(1), 1-21.
28. Rehmat, A. P. (2015). Engineering the path to higher-order thinking in elementary education: A problem-based learning approach for STEM integration [Doctoral dissertation]. University of Nevada.
29. Şenşekerci E., & Bilgin A. (2008), Eleştirel düşünme ve öğretimi, U.Ü. Fen-Edebiyat Fakültesi Sosyal Bilimler Dergisi, 14(1), 15-41. Tabachnick, B. G., & Fidell, L. S. (2013). Using multivariate statistics (6th ed.). Pearson.
30. Tezcan, G. (2019). Ortaokul fen bilimleri ders kitaplarinda yer alan etkinliklerin bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik yaklaşimina uygunluğunun incelenmesi ve öğretmen görüşleri [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi.
31. Topsakal İ. (2018). Probleme dayalı STEM eğitiminin öğrencilerin öğrenme iklimlerine, eleştirel düşünme eğilimlerine ve problem çözme becerilerine yönelik algilarina etkisinin araştirilmasi [Yayımlanmamış üksek lisans tezi]. Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi.
32. Tozlu, İ., Gülseven, E. & Tüysüz, M. (2019). FeTeMM eğitimine yönelik etkinlik uygulamasi: kuvvet ve enerji örneği, YYÜ Eğitim Fakültesi Dergisi (YYU Journal of Education Faculty), 16(1), 869-896.
33. TÜSİAD (2014). STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics, Fen, Teknoloji, Mühendislik, Matematik) alanında eğitim almış işgücüne yönelik talep ve beklentiler araştırması. TUSİAD.
34. T.R. Ministry of Development [T.C. Kalkınma Bakanlığı] (2013), Onuncu Kalkınma Planı. Retrieved October, 04, 2020, from https://www.sbb.gov.tr/wp-content/uploads/2018/11/Onuncu-Kalk%C4%B1nma-Plan%C4%B1-2014-2018.pdf
35. T.R. Presidency Strategy and Budget Office [T.C. Cumhurbaşkanlığı Strateji ve Bütçe Başkanlığı] (2019), Onbirinci Kalkınma Kalkınma Planı. Retrieved October, 04, 2020, from https://www.sbb.gov.tr/wp-content/uploads/2019/11/ON_BIRINCI_KALKINMA-PLANI_2019-2023.pdf
36. Wagner, T. (2008). Rigor redefined. Educational Leadership, 66(2), 20-24.
37. Wicklein R. C. & Schell J. W. (Spring 1995). Case studies of multidisciplinary approaches to integrating mathematics, science and technology education. Journal of Technology Education. 6 (2), 59-76. Retrieved August, 07, 2020, from https://scholar.lib.vt.edu/ejournals/JTE/v6n2/wicklein.jte-v6n2.html
38. Yıldırım, B. & Altun, Y. (2015). STEM eğitim ve mühendislik uygulamalarının fen bilgisi laboratuvar dersindeki etkilerinin incelenmesi. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 28- 40.