Biyoloji Eğitiminde Sistem Düşüncesinin Yeri

Daha önce de değinildiği üzere karmaşık sistemleri anlamanın zorluğu beraberinde birçok problemi de getirmektedir. Bilimi anlamanın temeli karmaşık sistemleri anlamaktan geçmektedir (Hmelo-Silver vd., 2007). Biyolojik sistemlerin karmaşıklığı, bunları anlamayı çok zorlaştırmaktadır. Karmaşık sistemleri anlama, bilim okur-yazarlığı için gerekli bir bileşen ve çok sayıdaki gerçek-dünya olgusunun çalışmasının nasıl olduğunun kavranması için önemlidir (Hmelo-Silver vd., 2008). Bu nedenle özellikle karmaşık olan biyolojik sistemleri anlamada Hmelo-Silver vd. (2007) bir yol önermişlerdir. Bunu Yapı–Davranış– İşlev Teorisi (Structures–Behaviors–Functions [SBF] Theory) olarak adlandırmışlardır. Araştırmacılar, Yapı–Davranış–İşlev Teorisi (Structures–Behaviors–Functions Theory

55

Yapılar (Structures): Bir sistemin yapısal elemanlarını ifade eder. Biyolojik sistemler

doğada çok çeşitlidir, dolayısıyla yapılar boyut ve organizasyonu değiştirebilir. Yapılar, çıplak gözle görülebilir; yani makroskobik olabilir. Mikroskobik de olabilirler, kırmızı kan hücreleri veya bakteriler gibi. Hiyerarşik olarak organize olabilirler; hücrelerin dokuları oluşturduğu, üstelik sistemi oluşturduğu solunum sisteminde olduğu gibi. Bununla birlikte, başka çeşit sistemde (ör: ekosistem), bunlar yarı-otonom olabilirler, fakat sistemin parçaları etkileşir; balık ve bakteri gibi.

Davranışlar (Behaviors): Bir sistemin yapılarının, çıktı veya işlevini nasıl başardığının

mekanizmalarını ifade eder. Makroskobik ve mikroskobik yapıların her ikisi de onlarla ilintili belirli davranışlara sahiptir. Davranışlar iç içe düzenlenebilir (organın ve dokuların davranışları gibi) veya etkileşebilirler (farklı genlerin davranışları, organizmanın görünür davranışını tam olarak meydana getirmek için etkileşir).

İşlevler (Functions): Bir elemanın bir sistem içindeki rolünü ifade eder (ör: alveoller gaz

değişiminin meydana geldiği yerdir). Organizasyonun çeşitli seviyelerindeki birçok farklı yapı işlevi yerine getirmek için bir etkileşim tutumu içinde davranabilir. Ör: solunum sistemi enerji sağlamak için oksijen sağlayan sistemdir ve hücresel süreçler gibi, bunlar bu işleve olanak sağlar. Farklı organizmalar, özdeş işlevleri tamamlamak için çeşitli davranışlar sergileyen farklı yapılara sahiptir.

Araştırmacılar yaptıkları akademik çalışmalarda bu teoriyi kullanarak karmaşık sistemlerin eğitim, analiz ve değerlendirmesini yapmışlardır. Örneğin Hmelo, Holton ve Kolodner (2000), SBF modeli çerçevesinde solunum sistemi üzerinde uyguladıkları eğitimde, öğrencilerin (6.sınıf) “işlev”den çok “yapı”yı ve solunum sisteminin farklı bileşenlerinin nedensel davranışlardan çok işlevlerini çok daha iyi anladıklarını ortaya koymuşlardır. Yine solunum sistemi ve bir akvaryum ekosistemi olmak üzere, iki karmaşık sistemin anlaşılmasında bu teoriyi Hmelo-Silver vd. (2007) kullanmışlardır. Buna göre öğretmen adaylarının ve öğrencilerin (7.sınıf) anlayışlarının “yapılar” üzerinde minimal seviyede farklılaştığı tespit edilmiştir. Fakat farklılığın yeri, sistemlerin en az göze çarpan elemanlarının, nedensel “davranış” ve “işlevlerini” anlamadır. Öğretmen adaylarının ortaokul öğrencilerine göre birazcık daha karmaşık bir zihin modelleri olduğu tespit edilmiştir.

Hmelo-Silver vd. (2008) yaptıkları çalışmada, SBF düşüncesini pratik bir örnek vererek açıklamaya çalışmıştır. Hatta burada bir akvaryumu bir ekosistem modeli olarak kullanarak

56

bu düşüncenin nasıl uygulanabileceğini, öğretmenler ve öğrenciler çerçevesinden ortaya koymuştur. Bunun yanında Vattam vd. (2011) çalışmalarında karmaşık sistemlerin nasıl çalıştığını derinlemesine anlamak için ortaya atılmış olan SBF modelini, interaktif bir öğrenme ortamıyla desteklemişlerdir. Sonuçta öğrencilerin (7. ve 8. sınıf) “davranış” ve “işlev” anlayışının geliştiği tespit edilmiştir. Görüldüğü gibi SBF modelinde, öğrencilerin veya diğer katılımcıların yapı ve işlev boyutlarını daha iyi anladıkları ve daha iyi öğrendikleri tespit edilmiştir. Kavraması zor olan “davranış” boyutudur.

Başka bir model de Raved ve Yarden (2014) tarafından ortaya konulmuştur. Bu model üç farklı çalışmada ortaya konulmuş olan sistem düşüncesi modelini birleştirerek oluşturulmuş bir modeldir. Bu modeller; sistem düşüncesi hiyerarşik modeli, hücre biyolojisi eğitimi için sistem düşüncesi yeteneği ve yapı-davranış-işlev modelidir. Bu model, biyolojideki sistem düşüncesi yeteneklerini nitelemenin yanı sıra öğrenme materyalleri geliştirme imkânı da sunmaktadır. Çalışmalarını bu modele göre tasarlamışlardır.

Tablo 1. 3

Biyolojide Sistem Düşüncesi Yeteneklerini Nitelemek İçin Birleştirilmiş Bir Model Sistem düşüncesi gelişim

aşamaları

Temel düzey Yüksek düzey

Sistemdeki bileşenleri

tanımlama becerisi Bir organizasyonel seviye

Organizasyonun farklı seviyeleri

Sistem bileşenleri arasındaki basit ilişkileri tanımlama becerisi

Organizasyonun aynı

seviyesindeki sistem bileşenleri arasında (yatay uyum)

Organizasyonun farklı seviyelerindeki bileşenler arasında (dikey uyum) Sistem bileşenleri arasındaki

dinamik ilişkileri tanımlama becerisi

Organizsasyonun aynı

seviyesindeki sistem bileşenleri arasında (yatay uyum)

Organizasyonun farklı seviyelerindeki bileşenler arasında (dikey uyum) Sistem bileşenlerini karşılıklı

ilişkiler çatısı altında organize etme becerisi

Bir kavramlar ve ilişkiler çatısı Kavram ve ilişkiler çatısı dallanmış

Raved, L., & Yarden, A. (2014). Developing seventh grade students’ systems thinking skills in the context of the human circulatory system. Frontiers in Public Health. 2, Artical 260, 1-11, kaynağından uyarlanmıştır.

Raved ve Yarden (2014)’e göre, bu modelde, temel olarak aşağıdaki üç ilke öne çıkmaktadır: o Sistem düşüncesi yeteneklerinin gelişimi, bir hiyerarşik düzen içinde artarda gelen

birkaç aşamadan oluşur.

57

o Bir kişi biyolojik bir sistemdeki süreçleri, organizasyonun farklı seviyelerinde bulunan bileşenlerini ve süreçlerini anlamaksızın anlayamaz.

Raved ve Yarden (2014) oluşturdukları bu modelle, insan dolaşım sistemine dair, öğrencilerin öğrenme sürecinin devamında sistemin farklı organizasyon seviyeleri arasındaki ilişkilerin yanı sıra, sistem içinde meydana gelen sistem bileşenlerini ve süreçlerini tanımlama becerisinde, anlamlı bir ilerleme olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, öğrenmeye devam eden öğrenciler, sistem bileşenlerini ve onun süreçlerini bir ilişkiler çerçevesinde organize edebilmiştir. Diğer bir ifade ile öğrencilerin sistem düşüncesi yeteneklerinde ilerleme olmuştur. Böylece bu modelin etkililiği ortaya konulmuştur.

Buna benzer modelleri ortaya atan araştırmacılar çalışmalarında kendi geliştirdikleri modelleri kullanmışlardır. Mesela hücre biyolojisi eğitiminde sistem düşüncesini değerlendiren Verhoeff (2003), sistem düşüncesinin biyoloji konularını öğrenme ve öğretmede büyük bir fayda sağladığını belirtmiştir. Gelişmiş “bir sistem olarak hücre” stratejisi organizasyonun farklı seviyelerini ayırt etme ve bunlar arasında ilişki kurma ve her seviyedeki farklı kavramlar arasında ilişki kurmada faydalı olmuştur. Sonuçta bunun da mantıklı bir biyolojik anlayışı geliştirdiği belirtilmiştir. Sistemlerde seviye ve karşılıklı ilişkiler sistemin kavranmasında oldukça önemli kavramlardır.

Bunun yanında sistemlerdeki “süreç” algısı da sistemin işleyişini anlamak açısından oldukça gereklidir. Çünkü burada da yine sistemin temel kavramlarına vurgu vardır. Bu nedenle Barak, Sheva ve Gorodetsky (1999) öğretme/öğrenme programlarında birbiriyle alakası olan sistemler arasındaki geçişmelere vurgu yapılması, süreçlerin bileşenlerinden ziyade etkileşimin altının çizilmesi ve evrende izole edilmiş sistemlerden ziyade sistemik doğaya vurgu yapılması gerektiğini söylemişlerdir. Buna göre konu-tabanlı bir yaklaşımdan ziyade süreç-tabanlı bir yaklaşımla öğrenciler biyolojik süreçleri “süreç” olarak algılamakta ve böylece daha anlamlı sonuçlar çıkmaktadır. Araştırmacılara göre bu yaklaşım, karşılıklı ilişkilerin analizine dayalıdır ve dolayısıyla bütüncüldür, çeşitlidir ve daha çok bağlantıyı gösterir. Sonuçta bu açıklamalar genel ve formel açıklamaları içerir; esnektir ve öğrencilerin bilgisinin sınırlarını genişletir.

Daha önce bahsedilmiş olan Sistem Düşüncesi Hiyerarşisi (STH) modelini temel alarak araştırmalarını sürdüren Ben-Zvi Assaraf vd. (2013), bir sistem olarak insan vücudunu almışlar ve homeostazi kavramının önemini vurgulamışlardır. İnsan vücuduna dair Hiyerarşi-Homeostazi-Dinamiklik kategorileri oluşturulmuştur. Onuncu sınıf öğrencilerinin

58

bu modelin ilk ve öncelikli basamağı olan “bileşenleri tanımlama seviyesi”nin ötesinde sistem düşüncesinde büyük ölçüde başarılı olamadıkları ortaya çıkmıştır. Yine buna dikkat çeken Lin ve Hu (2003), canlı dünyanın hiyerarşik ve karmaşık doğasını göstermede, çeşitli kavramlar arasındaki karşılıklı ilişkileri fark etmede öğrencilerin (7.sınıf) büyük bölümünün başarısız olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, öğrencilerin, biyoloji eğitiminin arzulanan bir hedefi olarak düşünülen, karmaşık biyoloji kavramlarını birleştirilmiş ve karşılıklı-ilişkili bir yoldan kavrama ve gösterme problemi olduğu tespit edilmiştir. Bu problemin, ders kitaplarında bir öğretim materyali sunumunun bölümlere ayrılmasından kaynaklanabileceği ileri sürülmüştür (Lin & Hu, 2003). Sistem düşüncesinin bileşenleri hakkındaki bilgilenme önemlidir, ancak yeterli değildir; bileşenler arasında basit etkileşimler olduğunun da anlaşılması önemlidir; böylece birbirini etkileyen farklı etkileşimleri anlamaya yönelebilirler (Joyce, Bull, Hipkins, & MacIntyre, 2008).

Sistem düşüncesinde yer alan “zuhur etme” (emergence) kavramı önemli özelliklerden biridir ve anlaşılması zor bir kavramdır. Buna karmaşık sistemlerde çok rastlanmaktadır. Bu olgunun anlaşılmasını araştıran Penner (2000)’a göre böyle sistemler, sistem bileşenlerinin mikro-seviyedeki etkileşimlerinin sonucu olarak ortaya çıkan makro-seviye özellikleri bakımından dikkate değerdir. Araştırmaya göre, öğrencilerin (ortaokul) mikro ve makro düzeyler arasını ayıramadıkları tespit edilmiş, dolayısıyla zuhur etme olgusunu içeren sistemlerin doğasını çok az veya hiç anlamadıkları görülmüştür. İnsanların bu düşünme yollarını nasıl geliştireceğinin açık olmadığı belirtilmiştir. Zuhur etme özelliğinin daha iyi anlaşılması öğrencilerin ön bilgilerinin iyi olmasıyla bağlantılıdır.

Sistemdeki hiyerarşik yapının bir sonucu olan “seviye” kavramı da kritik bir özelliktir. Seviye ve alt seviyedeki nesnelerin aralarındaki etkileşimlerden ortaya çıkan zuhur etme özelliğinde, seviye kavramının anlaşılması gerekmektedir. Wilensky ve Resnick (1999)

seviye kavramının bilim eğitimindeki rolünden bahsedip, buna dair yanlış-anlamalara vurgu

yapmıştır. Seviyeler, “karmaşıklık biliminin” merkezinde yer alan kavramlardan biridir; basit bileşenler ve basit etkileşimlerden ortaya çıkmaktadır. Çalışmalarında dünyadaki örgü ve olgulara dair birçok insanın yanlış anlamalarının kaynağı olarak, seviyelerin karmaşıklığını ve seviyeler arasındaki kaymayı göstermişlerdir. Bu yanlış anlamalar sadece bilimin örgün öğrenimdeki zorluklarından kaynaklanmamakta, aynı zamanda öğrencilerin informel bir öğrenme olan günlük yaşamlarındaki tecrübelerine dayanan kavram yanılgılarından da kaynaklanmaktadır.

59

Seviye kavramına vurgu yapan başka bir çalışmada ise (Westra vd., 2007) karmaşık ve

dinamik bir görüşten ortaya çıkan ekosistem davranışını anlayabilmek için sistem düşüncesinin öğrenimi ve öğretimi ve modelleme yeteneklerinin gerekliliğinden yola çıkılarak bir öğrenme ve öğretme stratejisi geliştirilmiştir. Buna göre öğrencilerin (16-17 yaş) temel sistem düşüncesini kazandığı görülmüştür. Öğrenciler bu sayede biyolojik organizasyon seviyeleri arasındaki benzerlik ve farklılıkları (birey, popülasyon ve ekosistem) açık seçik belirtebilmişlerdir. Bir ekosistemde hangi faktörlerin çok önemli olduğunu ve bunların nasıl çalıştığı, özellikle birbirlerini nicelik bakımından nasıl etkilediklerini anlamışlardır. Sistem düşüncesine göre gerekli olan sistem elemanları, bunların birbirlerine etkileri ve seviye kavramının oluştuğu anlaşılmıştır.

Ayrıca Eilam (2012) beslenme ilişkilerinin karmaşık, çok-seviyeli, sistemik yapısını, daha büyük bir sistemle iç-içe geçmiş canlı bir modelde araştırmıştır. Buna göre öğrencilerin (9.sınıf), başlangıç düzeyde sistem düşüncesi sergilediği ve farklı seviyelerde “tanımlama yeteneği” artışının açıkça görüldüğü söylenmiştir. Ancak, çoğunun hala eksik bir sistem düşüncesi anlayışı sergilediği belirtilmiştir. Sistem anlayışı ve sistem düşüncesinin kazanılma yolu çift yönlüdür; diğer bir ifade ile hem kavram hem de sistem bilgisinin olması gerekmektedir (kavramlardan sistemlere ve sistemlerden kavramlara doğru bir akış vardır) (Eilam, 2012).

Chandi, Reid, McWilliam ve Gray (t.y) sistem-tabanlı bir modelin biyoloji öğretiminde ve öğreniminde kullanılmasına yönelik öğrenci (18-20 yaş) görüşlerini ortaya koymuştur. Buna göre sistem-tabanlı modelin öğrenciler tarafından birçok bakımdan faydalı bulunduğu tespit edilmiştir. Bunlar, bilginin akılda tutulması ve kolayca geri çağırılması, düşüncenin organizasyonu, bilginin düzenlenmesi, mental modellerin gelişmesi ve biyolojik organizasyon seviyeleri kavramının içselleştirilmesi ve biyolojik organizasyon seviyeleri açısından düşünmeyi içermektedir. Sonuçta biyoloji eğitiminde sistem-tabanlı bir modelin etkili bir araç olduğu söylenmiştir.