İlgili Araştırmalar

Bu başlık altında bu noktaya kadar kuramsal çerçevesi çizilmeye çalışılan tasarım temelli fen eğitimine yönelik çeşitli araştırmalara yer verilecektir. Gerçekleştirilen literatür taramasında tasarım temelli fen eğitimine yönelik ülkemizde yürütülen herhangi bir araştırmaya rastlanmamıştır. Yurt dışı literatürde ise 90'ların başlangıcından itibaren fen eğitiminde mühendislik tasarım sürecinin odağa alındığı araştırmaların yer aldığı görülmektedir. Son yıllarda STEM eğitim yaklaşımının artan popülaritesi K-12 düzeyinde tüm kademelerde tasarım temelli fen eğitimini konu edinen araştırmaların sayısının artması sonucunu doğurmuştur. Bahsi geçen araştırmaların tamamına bu başlık altında yer verilmesi mümkün olmadığı için tasarım temelli fen eğitimi sürecini detaylı olarak ele alan, ilkokul ve ortaokul düzeyinde yürütülmüş çalışmaların sunulması daha uygun görülmüştür.

Penner, Giles, Lehrer ve Schauble (1997) tarafından öğrencilerin üç boyutlu ürünler tasarlamaları yoluyla fenle ilgili modellemeleri kavramalarına yönelik olarak yürütülen araştırma kapsamında 1. ve 2. sınıfta öğrenim gören toplam 48 öğrenci, öğretmenin sağladığı materyaller yardımıyla fonksiyonel bir insan dirseği modeli tasarlama görevini gerçekleştirmişlerdir. Bu tasarım görevi yardımıyla fen bağlamında öğrencilerin dirseğin yapısına yönelik anlayış geliştirmeleri ve kuvvet, tendon ve yük konumu arasındaki matematiksel ilişkiyi açıklamaları beklenmiştir. Sınıf aktivitelerinin gözlenmesi ve öğrencilerle yürütülen mülakatlar yoluyla verilerin toplandığı bu araştırma sonucunda deneysel sürecin, modellerin işlevselliğini değerlendirme becerisinin gelişimine katkı sağladığı belirlenmiştir.

Roth (2001) basit makineler konusunda 6. sınıf (10 öğrenci) ve 7. sınıftan (16 öğrenci) toplam 26 öğrenci ile yürüttüğü araştırmada öğrencilerin gerçekleştirecekleri tasarım aktivitelerini mühendislik uygulamalarıyla eşleştirmiş ve bu doğrultuda

gerçekleştirilecek ürün tasarım aşamalarını; ilk taslak ve inşa planlarının oluşturulması, bu planların slâytlar, grafikler, tablolar gibi yollarla ifade edilmesi, üç boyutlu prototipin yapılması, performans testlerinin gerçekleştirilip analiz edilmesi ve son olarak oluşturulan ürünün sunulması olarak tanımlamıştır. Sürecin akademik başarıya etkisi basit makineler başarı testinin işlem öncesi ve sonrası uygulanması yoluyla belirlenmiştir. Mühendislik tasarım süreci ile gerçekleştirilen öğretimin değerlendirilmesi için sürecin başlangıcı, ortası ve sonunda mülakatlar yürütülmüş, dersler video kayıt altına alınmış ve tüm öğretim materyalleri (öğrenci ürünleri, çalışma kağıtları gibi…) veri kaynağı olarak kullanılmıştır. Elde edilen bulgular sürecin akademik başarının artmasına yardımcı olduğunu ortaya koymuştur.

Sadler, Coyle ve Schwartz (2000) gerçekleştirdikleri araştırmada öğrencilerin kendilerine sunulan prototipleri iyileştirmelerini amaçlamışlardır. 6. sınıfa devam eden 17 öğrencinin yer aldığı araştırmada farklı bilimsel süreçlerin odağa alındığı altı öğretim modülü kapsamında öğretim gerçekleştirilmiştir. Öğrencilerin prototipi iyileştirme sürecindeki bilişsel çabalarıyla kritik fen prensiplerini keşfettikleri, aynı zamanda sürecin öğrencilerin bilimsel süreç becerilerin gelişimine katkı sağladığı tespit edilmiştir.

Tal, Krajcik ve Bluemenfeld (2006) yürüttükleri çalışmada “Bisiklet sürücüleri niçin kask takmalıdır?” şeklindeki yönlendirici bir soruyla konuya başlamışlar daha sonra bu soru çerçevesinde öğrencilerden küçük bir oyuncak araba içerisinde taşınan yumurtayı koruyacak mini bir kask geliştirmelerini istemişlerdir. Bu tasarım etkinliği ile öğrencilerin mekanik, kuvvet, kütle, sürat, ivme ve bunların birbirleriyle ilişkisini açıklayan Newton’un hareket kanunları konusunda derin kavrayışlar geliştirmeleri beklenmiştir. Konuya yönelik akademik başarı testinin öğretim öncesi ve sonrası uygulanması ile elde edilen veriler 29 kişiden oluşan deney grubunun toplam 49 kişiden oluşan diğer iki sınıfa nazaran daha başarılı olduğu sonucunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte aynı araştırmada öğretmen özelliklerinin yöntemin başarısını etkilediği sonucu da tespit edilmiştir.

Kolodner et al. (2003) yürüttükleri araştırmada TTFE sürecine yönelik kapsamlı bir analiz gerçekleştirmiştir. Ders sürecinde izlenecek uygulama adımlarının açıkça ifade edildiği araştırmada uygulama örneği olarak "Hareket Halindeki Araçlar" ünitesinin 8 haftalık öğretim etkinliklerine yer verilmiştir. Ünitedeki nihai tasarım hedefi mekanik

güçle çalışan bir aracın 10 cm yüksekliğe tırmanmasını sağlamak olarak belirlenmiştir. Bu doğrultuda nihai tasarımın oluşturulması aşamasına kadar öğrencilerin düşük sürtünme yüzeyli rampa için en uygun arabayı tasarlama, balonla çalışan kızaklı arabalar ve lastik bantla hareket edecek araçlar tasarlama gibi mini tasarımlar oluşturmaları sağlanmıştır. Bu tasarımlar yoluyla öğrencilerin temel mekanik ve Newton’un hareket kanunlarına yönelik derin bir kavrayış geliştirdikleri gözlenmiştir. Araştırmacılar tarafından iki öğretim yılı boyunca uygulanan bu ünite kapsamında 240 öğrenciye ait veriler “işbirliği sırasındaki müzakere”, “görev dağılımı”, “ön bilgileri kullanmaya yönelik girişim”, “ön bilgi yeterliliği”, “fen sözlüğü (fen kelimelerinin kullanımı)”, "bilimsel uygulama (göreve uygunluk)" ve "oto-kontrol" olmak üzere yedi boyut doğrultusunda video kayıtları analiz edilmiştir. Elde edilen bulgular sonucunda sürecin bu boyutlar üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir.

Doppelt, Mehalik, Schunn, Silk ve Krysinski (2008), 8. sınıfa devam eden 38 öğrenci ile elektrik ünitesi bağlamında yarım dönem boyunca yürüttükleri araştırmada tasarım temelli fen eğitiminin hem düşük seviyede hem de yüksek seviyede başarıya sahip öğrencilerin akademik başarısını arttırdığı sonucuna ulaşmışlardır. Akademik başarı testinden elde edilen verilere göre yüksek seviyede başarıya sahip öğrencilerdeki gelişimin daha fazla olduğu gözlenmiştir. Öğrenci ürün dosyalarının analizi ile elde edilen veriler düşük başarıya sahip öğrencilerin tasarım sürecinde daha üretken olduklarını göstermiştir. Sunumların kalitesine yönelik olarak öğretmen ve akran değerlendirme sonuçları yine düşük başarıya sahip öğrenciler lehinedir.

Schnittka ve Bell (2011) yürüttükleri araştırmada mühendislik tasarım aktivitelerinin 8. sınıf öğrencilerinin ısı enerjisi ve ısı transferi konusundaki kavramsal bilgilerine etkisini incelemişlerdir. Aynı öğretmen tarafından derslerin yürütüldüğü toplam 71 öğrencinin bulunduğu üç sınıf araştırmanın çalışma grubunu oluşturmuştur. Bu sınıflardan ilkinde (27 öğrenci) dersler öğretmenin bir önceki öğretim döneminde kullandığı bilimsel araştırma - sorgulamaya dayalı aktif öğretim yöntemleri ile yürütülmüştür. Diğer sınıfta (23 öğrenci) dersler, öğretim süreci öncesi uygulanan test sonuçları doğrultusunda tespit edilen kavramlara yönelik olarak yapılandırılmış deneyler ile zenginleştirilmiş (bu deneyler bağlamında öğrencilerin bilimsel araştırma süreçlerini kullanmaları sağlanmıştır) mühendislik tasarım süreci yürütülmüştür. Son sınıfta (21 öğrenci) ise dersler özel deneyler olmaksızın yalnızca mühendislik tasarım süreci ile yürütülmüştür.

Derslerin mühendislik tasarım süreci ile yürütüldüğü sınıflar için diğer sınıfla aynı öğretim hedeflerine sahip "Penguenleri koruyalım" ünitesi geliştirilmiştir. Ünite bağlamındaki tasarım görevi ampul yardımıyla ısınan test fırınında penguen şeklindeki buzları erimeden koruyacak kaplar inşa etmek olarak belirlenmiştir. 12 ders saati süren uygulamalar sonrasında kavramsal gelişimin özel deneylerle zenginleştirilmiş mühendislik tasarımları ile yürütülen sınıfta en fazla olduğu, yalnızca tasarım sürecinin kullanıldığı sınıfta ise en az olduğu gözlenmiştir.

Marulcu (2010) yürüttüğü araştırmada 5. sınıf basit makineler ünitesi bağlamında özel olarak hazırlanmış legoların materyal olarak kullanıldığı tasarım temelli fen eğitimi süreci ile bilimsel araştırma temelli öğretim sürecinin öğrencilerin akademik başarıları üzerine etkisini incelemiştir. Öğretim için her iki grupta da 11 ders saati kullanılmıştır. Tasarım temelli fen eğitimi için hazırlanan ünite bağlamında öğrencilerin büyük tasarım görevini gerçekleştirmek için ihtiyaç duyacakları bilgi ve becerileri geliştirmeye yönelik mini araştırmalar ve mini tasarım görevlerine yer verilmiştir. Başarı testi ve basit makineler ile ilgili yürütülen mülakatlar her iki öğretim sürecinin de öğrencilerin başarılarına katkı sağladığı sonucunu ortaya koymuştur.