Pre-service teachers' views on STEM education and Arduino practices

Abstract

In nowadays where science and technology are developing rapidly, countries aim to raise productive individuals who can solve problems, investigate and question and contribute to society. To achieve this goal, many countries have initiated new educational reforms and projects, and STEM education has gained popularity with this idea. STEM education and workforce improvement activities are carried out in Turkey, too. In this context, the aim of the study is to determine the opinions of science teacher candidates about STEM education and physical programming activities with Arduino within the scope of TÜBİTAK BİDEB 2237A. The study group consisted of 26 students in the 4th grade of the science teaching program of the universities. The study lasted 6 days under the activity program. One of the descriptive research methods, special case method was used. The data of the study was collected with semi-structured interview form and evaluated with content analysis technique. As a result of the analysis, it was determined that the students had positive opinions about STEM education and physical programming with Arduino and the program implemented provided significant gains in terms of knowledge, skills and experience. The participants stated that such practices can improve 21st century skills such as problem solving, creativity and entrepreneurship skills, adopting interdisciplinary approach in learning environments, increasing motivation and creating career awareness. The teacher candidates also stated they need such projects, courses and trainings in terms of their professional competencies.

Keywords

• STEM education
• Arduino
• physical programing
• science teaching

STEM Eğitimi ve Arduino Uygulamaları Hakkında Öğretmen Adaylarının Görüşleri

Öz

Bilim ve teknolojinin hızla geliştiği günümüzde ülkeler; problem çözebilen, araştıran-sorgulayan, topluma katkı sağlayan üretken bireyler yetiştirmeyi hedeflemektedir. Bu hedefle birçok ülke yeni eğitim reformları ve projeler başlatmış ve bu düşünceyle STEM eğitimi popülerliğini kazanmıştır. Türkiye’de de öğrencilerin STEM eğitimi ve STEM işgücünün iyileştirilmesi konusunda bilgi ve becerilerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Bu bağlamda çalışmanın amacı, fen bilgisi öğretmen adaylarının TÜBİTAK BİDEB 2237A Programı kapsamında gerçekleştirilen STEM eğitimi ve Arduino ile fiziksel programlama etkinlikleri hakkında görüşlerini belirlemektir. Araştırmanın çalışma grubunu, üniversitelerin fen bilgisi öğretmenliği programı 4. sınıfında okuyan 26 öğretmen adayı oluşturmaktadır. Çalışma, etkinlik programı kapsamında 6 gün süreyle yürütülmüştür. Betimsel araştırma yönteminde gerçekleştirilen araştırmada özel durum çalışması yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın verileri yarı yapılandırılmış görüşme formu ile toplanmış ve içerik analizi tekniği ile değerlendirilmiştir. Analiz sonucunda öğretmen adaylarının STEM eğitimi ve Arduino ile fiziksel programlama hakkında olumlu görüşlere sahip olduğu ve uygulanan programın bilgi, beceri ve deneyim anlamında önemli kazanımlar sağladığı belirlenmiştir. Katılımcılar bu tarz uygulamaların öğrencilerde problem çözme, yaratıcılık, girişimcilik becerileri gibi 21. yüzyıl becerilerini geliştirebileceğini, öğrenme ortamlarında disiplinlerarası yaklaşımı benimseme, motivasyonu artırma, kariyer bilinci oluşturma gibi olumlu etkilere sahip olabileceğini belirtmişlerdir. Ayrıca öğretmen adayları mesleki yeterlikleri anlamında, bu tarz proje, kurs ve eğitimlere ihtiyaç duyduklarını belirtmişlerdir.

Anahtar Kelimeler

• STEM eğitimi
• Arduino
• fiziksel programlama
• fen öğretimi

Kaynakça

1. Akgündüz, D., Aydeniz, M., Çakmakçı, G., Çavaş, B., Çorlu, M.S., Öner, T., & Özdemir, S. (Eds.) (2015). STEM eğitimi Türkiye raporu: “Günün modası mı? Yoksa gereksinim mi? İstanbul: STEM Merkezi ve Eğitim Fakültesi, İstanbul Aydın Üniversitesi.
2. Arslan, K. ve Tanel Z. (2017). Arduino ile dinleyen öğrencilerden yapan öğrencilere geçiş. In 11th International Computer & Instructional Technologies Symposium (ICITS), Malatya, Turkey (pp. 664-674).
3. Bakırcı, H, Kutlu, E. (2018). Fen Bilimleri Öğretmenlerinin FeTeMM Yaklaşımı Hakkındaki Görüşlerinin Belirlenmesi. Turkish Journal of Computer and Mathematics Education (TURCOMAT), 9 (2), 367-389. DOI: 10.16949/turkbilmat.417939
4. Bozkurt Altan, E, Hacıoğlu Y. (2018). Fen Bilimleri Öğretmenlerinin Derslerinde STEM Odaklı Etkinlikler Gerçekleştirmek Üzere Geliştirdikleri Problem Durumlarının İncelenmesi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 12 (2), 487-507. DOI: 10.17522/balikesirnef.506462
5. Bozkurt- Altan, E., Yamak, H., Buluş- Kırıkkaya, E. (2016). FeTeMM eğitim yaklaşımının öğretmen eğitiminde uygulanmasına yönelik bir öneri: Tasarım temelli fen eğitimi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 212-232.
6. Buyruk, B. ve Korkmaz, Ö. (2016). FeTeMM farkındalık ölçeği (FFÖ): Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Part B: Türk Fen Eğitimi Dergisi, 3(2), 61-76.
7. C. C. Johnson, E. E. Peters-Burton, & T. J. Moore (Eds.), (2016) STEM Road Map: A Framework for Integrated STEM Education. New York: Routledge.
8. Chen S, Lo H C, Lin J W, Liang J C, Chang H Y, Hwang F K and Wang C Y 2012 Development and implications of technology in reform-based physics laboratories Physical Review Special Topics-Physics Education Research 8, 020113, 1-12.

9. Cooper, R., & Heaverlo, C. (2013). Problem solving and creativity and design: What influence do they have on girls’ interest in STEM subject areas? American Journal of Engineering Education, 4(1), 27- 38.
10. Corlu, M. S., Capraro, R. M., & Capraro, M. M. (2014). Introducing STEM education: Implications for educating our teachers in the age of innovation. Eğitim ve Bilim, 39(171), 74-85.
11. Creswell, J. W. (2012). Educational Research Planning, Conducting and Evaluating (4. Baskı). Boston: Pearson Education
12. Çepni, S. (2014). Araştırma ve Proje Çalışmalarına Giriş (7. baskı). Trabzon 2011.
13. Çorlu, M. S. (2014). FeTeMM eğitimi makale çağrı mektubu. Turkish Journal of Education (TURJE), 3(1), 4-10.
14. Çömek, A. &Avcı, B. (2016). Fen eğitiminde robotik uygulamaları hakkında öğretmen görüşleri. Uluslararası yükseköğretimde yeni eğilimler kongresi: Değişime ayak uydurmak. 12-13 Nisan. İstanbul. 104-116.
15. English, L.D., King, D.T. STEM learning through engineering design: fourth-grade students’ investigations in aerospace. IJ STEM Ed 2, 14 (2015) doi:10.1186/s40594-015-0027-7
16. Geng, J., Jong, M.S. & Chai, C.S. Hong Kong Teachers’ Self-efficacy and Concerns About STEM Education. Asia-Pacific Edu Res 28, 35–45 (2019) doi:10.1007/s40299-018-0414-1
17. Gültepe, A. A. Kodlama Öğretimi Yapan Bilişim Teknolojileri Öğretmenleri Gözüyle Öğrenciler Kodluyor. Uluslararası Liderlik Eğitimi Dergisi-International Journal of Leadership Training, 2(2), 50-60. 2018
18. Günüç, S., Odabaşı, H.F. ve Kuzu, A. (2013). 21. Yüzyıl öğrenci özelliklerinin öğretmen adayları tarafından tanımlanması: Bir Twitter uygulaması, Eğitimde Kuram ve Uygulama, 9 (4), 436-455.
19. ITEA. (2007). Standards for technological literacy: Content for the study of technology. Reston, VA: Author https://www.iteea.org/File.aspx?id=42513&v=2a53e184 adresinden 29 Mart 2018 tarihinde edinilmiştir.
20. İnançlı, E, Timur, B. (2018). Fen Bilimleri Öğretmen Ve Öğretmen Adaylarının Stem Eğitimi Hakkındaki Görüşleri. Uluslararası Bilim ve Eğitim Dergisi, 1 (1), 48-68. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/ubed/issue/39599/438856
21. Junior, L. A., Neto, O. T., Hernandez, M. F., Martins, P. S., Roger, L. L., & Guerra, F. A. (2013). A low-cost and simple arduino-based educational robotics kit. Cyber Journals: Multidisciplinary Journals in Science and Technology, Journal of Selected Areas in Robotics and Control (JSRC), December edition, 3(12), 1-7.
22. Karasar, N. (2012). Bilimsel araştırma yöntemleri (23. Basım). Ankara: Nobel.
23. Kozcu Çakır, N, Güven, G. (2019). Effect of 5E Learning Model on Academic Achievement and Attitude towards the Science Course: A Meta-Analysis Study. Cukurova University Faculty of Education Journal, 48 (2), 1111-1140. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/cuefd/issue/49528/544825
24. Kuzu, A. ve Türk, M. (2018) Fiziksel Programlama, Kuramdan Uygulamaya Programlama Öğretimi s.339 -390, Editör: Gülbahar, Y., Karal, H., Ankara: Pegem Akademi.
25. Mcdonald, Cv. (2016). STEM education: a review of the contribution of the disciplines of science, technology, engineering and mathematics,’ Science Education International, 27(4), 530-569.
26. Merriam SB. (2013). Nitel Araştırma: Desen ve Uygulama İçin Bir Rehber. (S Turan Çev.) Ankara: Nobel Yayıncılık.
27. Miles, M. B. & Huberman, A. M., Qualitative data analysis. Thousand Oaks, CA: SAGE, 1994.
28. Milli Eğitim Bakanlığı 2018 Fen Bilimleri Öğretim Programı www.meb.gov.tr
29. Moore, T. J., Stohlmann, M. S., Wang, H. H., Tank, K. M., Glancy, A. W., & Roehrig, G. H. (2014). Implementation and integration of engineering in K12 STEM education. In Engineering in Pre-College Settings: Synthesizing Research, Policy, and Practices (pp. 35-60). Purdue University Press.
30. Moore, T.J., Guzey, S.S., & Brown, A (2014). Greenhouse desing to increase habitable land: An engineering unit. Science Scope, 37(7), 51-57.
31. National Research Council (NRC). (2011). Successful K-12 STEM education: Identifying effective approaches in science, technology, engineering, and mathematics. National Academies Press.
32. National Research Council (NRC). (2012). A Framework for k-12 science education: practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington DC: The National Academic Press.
33. National Research Council, 2000 Clean Coastal Waters: Understanding and Reducing the Effects of Nutrient Pollution. National Academies Press, Washington, DC. Özden, M. Y., ve Duru, L. (2016). Eğitimde Üretim Tabanlı Çalışmalar İçin Nitel Araştırma Yöntemleri, Ankara, Anı Yayıncılık.
34. Rubio, M. A., Hierro, C. M., & Pablo, A. P. D. M. (2013). Using arduino to enhance computer programming courses in science and engineering. In Proceedings of EDULEARN13 conference (pp. 1-3).
35. Russell D W, Lucas K B and McRobbie C J 2004 Role of the microcomputer-based laboratory display in supporting the construction of new understandings in thermal physics Journal of Research in Science Teaching 41(2), 165-185.
36. Sarı, U, Yazıcı, Y. (2019). Fen bilgisi öğretmenlerinin fen ve mühendislik uygulamaları hakkında görüşleri. International Journal of Social Sciences and Education Research, 5 (2), 157-167. DOI: 10.24289/ijsser.51944.
37. Sarı, U. & Kırındı, T. Using Arduino in Physics Teaching: Arduino-based Physics Experiment to Study Temperature Dependence of Electrical Resistance. Journal of Computer and Education Research, 7(14), 698-710.
38. Sarı, U. (2018). Disiplinlerarası Fen Öğretimi: FeTeMM Eğitimi. Güncel Yaklaşım ve Yöntemlerle Etkinlik Destekli Fen Öğretimi, s. 285-328. Editörler; Karamustafaoğlu, O., Tezel, Ö. & Sarı, U., Ankara: Pegem Akademi.
39. Sarı, U. (2019). Using the Arduino for the experimental determination of a friction coefficient by movement on an inclined plane. Physics Education, 54(3), 035010.
40. Siew, N.M., Amir, N. & Chong, C.L. The perceptions of pre-service and in-service teachers regarding a project-based STEM approach to teaching science. SpringerPlus 4, 8 (2015) doi:10.1186/2193-1801-4-8
41. Smith, J., & Karr-Kidwell, P. (2000). The interdisciplinary curriculum: A literary review and a manual for administrators and teachers. [ Çevrim içi: http://files.eric.ed.gov/fulltext/ED443172.pdf adresinden 15.03 2018 tarihinde erişilmiştir.
42. Tekerek, B., & Karakaya, F. (2018). STEM education awareness of pre-service science teachers. International Online Journal of Education and Teaching, 5(2), 348-359.
43. Tekin, S. ve AyaĢ, A. (2005). Kimya öğretmenlerine yönelik bir hizmet içi eğitim kursunun yansımaları: Akçaabat örneği. Milli Eğitim Dergisi, Sayı 165.
44. Türk Sanayicileri ve İş Adamları Derneği (TUSİAD). (2017). TÜSİAD Faaliyet Raporu 2017 2017 [Çevrim içi: https://www.tusiad.org/tr/faaliyet-raporlari/item/9911-tusiad-faaliyet-raporu-2017 adresinden 15/12/2019 tarihinde erişilmiştir.
45. Türk Sanayicileri ve İş Adamları Derneği (TUSİAD). (2017). TÜSİAD Faaliyet Raporu 2017.
46. Uzun, A., & Uz, R. Gömülü Sistemler ve Robotik Uygulamalar Dersine İlişkin Öğrenen Özellikleri ve Görüşleri: Bir Öğretim Tasarımına Doğru. Uludağ Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 31(2), 533-559.
47. Wang, H., Zhou, C., & Wu, Y. (2016, July). Smart Cup, Wisdom Creation: A Project-Based Learning Initiative for Maker Education. In Advanced Learning Technologies (ICALT), 2016 IEEE 16th International Conference on (pp. 486-488). IEEE.
48. Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2011). Sosyal Bilimlerde Nitel Araştırma Yöntemleri. (8. baskı). Ankara: Seçkin Yayıncılık.
49. Yıldırım, B, Türk, C. (2018). Sınıf Öğretmeni Adaylarının STEM Eğitimine Yönelik Görüşleri: Uygulamalı Bir Çalışma. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 8 (2), 195-213. DOI: 10.24315/trkefd.310112
50. Zengin, E. (2016). Ortaokul 8. sınıflarda hücre bölünmeleri konusunun öğretiminde 5E öğrenme modelinin öğrenci başarısına etkisi. Unpublished master’s thesis, Atatürk Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.