Bodner (1986), yayınladığı bir makalesinde Piaget’nin zihinsel gelişim teorisini şu şekilde özetlemiştir;
“Piaget çocukların fen bilgisi öğrenmekte neden zorlandığını merak etmiş ve çocukların kimya hakkındaki fikirlerini almak için on dakikalık yazılı bir test hazırlamıştır. Cevapları incelediğinde, çocukların kimya konusunda oldukça zayıf olduğunu, kavramlar konusunda doğru imajlar oluşturamadıklarını tespit etmiştir.
Piaget’nin tespit ettiği diğer bir husus da, öğrencilerin öğretmenler tarafından daha ilk günden itibaren özel ya da sıradan öğrenci olarak sınıflandırılmasıdır. Piaget “bu durumun eğitim sisteminin bir sonucu olduğunu” belirtmiştir.
Bodner’e göre Piaget, düşüncenin gelişimi üzerine çalışmış “bilgiyi nasıl elde ederiz?” sorusunun cevabının bu olduğunu düşünmüştür. Özümleme ve uyum gibi kavramlar Piaget’nin “kavrayışla ilgili yapılar” kavramıyla anlam kazanmıştır. Piaget bireylerin dünyayı kendi gördükleri gibi algıladıklarını, yeni öğrenilen bilgilerin daha önce zihinde oluşturulan fikirlerle uyum sağlaması gerektiğini, aksi takdirde zihindeki uyuşmazlıkların öğrenmeyi engelleyeceğini belirtmiştir (Bodner, 1986).
Yaklaşık 60 yıl çocuklar üzerinde araştırma yapan Piaget, zihinde yapılanma kuramını ortaya koymuştur. Fen eğitimcileri Piaget’in çalışmalarını 1960’lı yıllarda keşfetmişler ve günümüze kadar yapılan fen araştırmaları ile fen programlarını geliştirme çalışmaları, Piaget’den önemli ölçüde etkilenmiştir.
Piaget’nin fen öğretimine en büyük katkısı öğretim ortamında somut materyalleri kullanma ve araştırmaya dayalı öğrenmeye teşvik etmesidir. Piaget zihinsel gelişmeyi yaşa bağlı bir süreç olarak görür ve doğuştan yetişkinliğe doğru bu sürecin gelişim gösterdiğini savunur. Bu süreçleri kendi içinde 4 gruba ayırır. Bunlar:
1. Duyusal-Edimsel Dönem (0-2 yaş) 2. İşlem Öncesi Dönem (2-7 yaş) 3. Somut İşlemler Dönemi (7≥11 yaş) 4. Soyut İşlemler Dönemi (11≥)
Bilişsel gelişim büyük ölçüde biyolojik olgunlaşmadan etkilenmekle birlikte, bireyin yaşını bilmek, onun hangi dönemde olduğunu bilmek için kesin bir ölçü olmamaktadır. Öte yandan, herhangi bir yaşta, bilişsel olarak birden fazla dönemin özelliklerini taşımak da olasıdır. Piaget ergenlik dönemi ve sonrasına denk gelen son gelişim dönemini, "soyut işlemler dönemi" olarak ifade etmektedir. Ancak, yine Piaget'e göre, bilişsel gelişim biyolojik olgunlaşma ile birlikte geçirilen yaşantılardan da etkilendiği için, bazı yetişkinlerin yaşları ne olursa olsun, soyut işlemler dönemine ulaşamamış olması da mümkün olabilir.
2.9.1. Duyusal-Edimsel Dönem (0-2 yaş)
Bebek bu aşamada dış dünyayı keşfetmede duyularını ve motor becerilerini kullandığından, bu döneme duyusal-motor adı verilmektedir. Bütün bebekler doğuştan refkeksif davranışlara sahiptirler. Yeni doğan bebeğin dudaklarına dokunduğunuzda emmeye başlar; elinizi avucuna koyduğunuzda yakalar. Bu refleksler, çocuğun ilk biliş şemalarını oluşturur. Bebeğin çevresiyle etkileşimleri sonucu edindiği yaşantılarla oluşturduğu yeni bilişsel yapılar, refleksif davranışlardan, amaçlı davranışlara doğru ilerlemesini sağlar. Artık bebek, kendisine ilginç gelen bazı davranışları sadece tekrar etmez aynı zamanda bazı basit problemleri çözmeye de çalışır (Senemoğlu, 1998: 47).
2.9.2. İşlem Öncesi Dönem (2-7 yaş)
2-7 yaş aralığını kapsayan bu dönem kendi içinde sembolik (2-4 yaş) ve sezgisel (4-7 yaş) dönem olarak iki döneme ayrılır (Senemoğlu, 1998). Bu dönemde çocuğun kelime dağarcığı zenginleşir ve dili gelişir. Dil gelişimi sembolik düşünme becerisinin geliştiğinin göstergesidir. Sezgisel düşünme de bu dönemde gelişir. Çocuk sezgileriyle düşünür ve olaylara kendi bakış açısıyla açıklama getirir. 7- 8 yaşına kadar bu dönemde mantık yeterli değildir. Benmerkezci düşünce hâkimdir. Çocuk olayları başkalarının bakış açısıyla algılayamaz. Çocuk kendisini dünyanın merkezinde görür ve anne babası onu büyütmek için, arkadaşları da onunla oynamak için vardır. Cansız varlıkları canlı gibi düşünme ve ona göre davranış sergileme görülür. Tersine çevirme yeteneği gelişmemiştir. 1+5 ile 5+1’in aynı olduğunu kavrayamazlar. Tek bir özelliğe göre sınıflandırma yapabilirler, birden fazla özelliğe odaklanamazlar. Korunum ilkesi gelişmemiştir. Bir maddenin şekli ya da fiziksel özellikleri değiştiğinde kütlesinin ve hacminin sabit kaldığını kavrayamazlar (Piaget, 1972).
2.9.3. Somut İşlemler Dönemi (7 ≥ 11 yaş)
Bu dönemde çocuk kendi kafasında zihinsel işlemler yapabilir, görüşleri sıraya koyabilir, çocuk bütünü ve onun parçalarının çeşitli düzenlemelerini öğrenir. Korunum düşüncesi gelişmiştir. Çocuk madde miktarının, sıvı hacminin, uzunluğun ve ağırlığın korunumlarını kavrar. Sınıflama düşüncesi gelişmiştir.
Çocuk bir bütünü ve parçalarını aynı zamanda dikkate alabilir, bir bütün olarak gruplayabilir ve bir bütünü oluşturan elemanları belirleyebilir. Sıralama düşüncesi gelişmiştir. Bire bir eşleme yapabilir, ilişkileri, basit ilkeleri kullanır, neden-sonuç ilişkisini kavrar. Kavramlar, gözlenebilir eşya ve olaylara ilişkin basit önermeleri anlayabilir (Piaget, 1972).
2.9.4. Soyut İşlemler Dönemi (11 yaş ve üstü)
Piaget, bu basamağa erişmiş bir kişinin düşünüş biçiminin önermelerle akıl yürütme olduğunu belirtmektedir. Bu dönemdeki öğrencilerin hipotez kurma, bir konudaki tüm olası halleri dikkate alma yani kombinezonlarla düşünme, olaylardaki nedenleri, ilişkileri tanıma ve ilişkisel düşünme yetenekleri gelişmiştir.
Somut işlemler dönemindeki çocuklarla soyut işlemler dönemindeki ergenler arasındaki temel fark, ergenlerin bir olayın çok değişik yönlerini görebilmeleri ve bilgiyi soyut olarak üretebilmeleridir. Ayrıca dil gelişimi bakımından kavramların, atasözlerinin, deyimlerin anlaşılmasında artık problemleri yoktur. Ayrıca yazı dilini de bir yetişkin kadar etkili olarak kullanabilirler (Piaget, 1972).
Sonuç olarak çocuğun öğrenemeyeceği davranışları, zihin gelişiminin elvermediği bilişsel öğrenmeyi hedef alarak yapılan eğitim öğretimin çocukları fen dersinden soğutmak ve anlamlı öğrenmeyi etkisiz hale getirmekten başka bir işe yaramayacağı ortadadır. Bu nedenle Fen ve Teknoloji dersi eğitim programları, çocukların gelişim dönemlerinin özellikleri göz önünde bulundurularak hazırlanmalı, temel kavramların en basit, en kullanışlı şekilde gereksiz ayrıntılardan uzak ve mümkün olduğunca somutlaştırılarak anlatılmasına özen gösterilmelidir.
Araştırmanın örneklemini oluşturan ilköğretim 4, 5, 6, 7, 8. sınıf öğrencileri ile ortaöğretim 9, 10, 11 ve 12. sınıf öğrencileri Piaget’nin zihinsel gelişim basamaklarına göre sınıflandırılırken, ülkemizde öğrencilerin ilköğretimin birinci sınıfına altı yaşını bitirerek başladıkları göz önünde bulundurulmuştur.
Buna göre araştırmada ilköğretim 4 ve 5. sınıf öğrencilerinin somut işlemler döneminde, ilköğretim 6, 7 ve 8. sınıf öğrencileri ile ortaöğretim 9, 10, 11 ve 12. sınıf öğrencilerinin soyut işlemler döneminde oldukları kabul edilmiştir.
2.10. İlköğretim Fen ve Teknoloji Dersi Müfredatında Fizik, Kimya ve Biyoloji