Eğitim Bilimleri Enstitüsü
İlköğretim Ana Bilim Dalı
Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı
FEN EĞİTİMİNDE MÜHENDİSLİK UYGULAMALARININ
KULLANIMI: TASARIM TEMELLİ FEN EĞİTİMİ
Serhat ERCAN
(Doktora Tezi)
Eğitim Bilimleri Enstitüsü
İlköğretim Ana Bilim Dalı
Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı
FEN EĞİTİMİNDE MÜHENDİSLİK UYGULAMALARININ
KULLANIMI: TASARIM TEMELLİ FEN EĞİTİMİ
Serhat ERCAN
(Doktora Tezi)
Danışman
Prof. Dr. Fatma ŞAHİN
Tüm kullanım hakları
M.Ü. Eğitim Bilimleri Enstitüsü'ne aittir.
© 2014
i
Fransa, İngiltere, ABD modern dönem, Almanya ve Japonya İkinci Dünya Savaşı sonrası, Güney Kore ve Singapur 1960 sonrası… Dünyada zaman zaman çeşitli kalkınma dalgaları gerçekleşmiş ve bu dalgalara tutunabilen ülkeler dünya sahnesindeki rollerini artırmıştır. Son 100 - 150 yıllık dönemde gerçekleşen bu kalkınma ataklarına cevap veremeyen ülkemiz ise maalesef bu kategorideki ülkelerden biri olmayı başaramamış, gelişmişlik düzeyi açısından bu ülkeler ile rekabetin çok uzağında kalmıştır.
Teknolojinin şekillendirdiği günümüz dünyası için, bu açığı kapatmanın temel yolu, ileri teknoloji üretimi konusunda yetkin bir toplum olabilmemizden geçmektedir. Zira mevcut şartlar bağlamında ekonomik rekabetin en önemli araçları teknolojik inovasyon ve AR-GE olarak görülmektedir. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, bu doğrultuda AR-GE çalışmalarına verdiği teşvikleri yıldan yıla artırmakta, bu çalışmaların ekonomik girdilere dönüşebilmesi için gerekli finansal ve yasal desteğin oluşması hususunda çeşitli girişimlerde bulunmaktadır. Fakat inovasyon ve AR-GE konusunda rekabet edebilir bir ülke haline gelebilmek için bu faktörlerin yanı sıra nitelikli beşeri sermayeye de gereksinim duyulmaktadır.
Konunun öneminin farkında olan ülkeler, bu doğrultuda, teknolojik inovasyonların dayandığı, matematik, fen, mühendislik gibi temel disiplinlerde istidat sahibi bireyler yetiştirmeyi, eğitim politikalarının odağına almışlardır. Son yıllarda gerçekleştirilen eğitim reformu hareketlerinde dikkatlerin STEM eğitim yaklaşımı üzerine verilmesi bu durumun somut bir göstergesidir. İleri teknolojilerin üretim sürecini, öğretim ortamlarına taşıyan STEM eğitim yaklaşımı, fen (Science), teknoloji (Technology), mühendislik (Engineering) ve matematik (Mathematics) disiplinlerinin entegrasyonuna dayanan bir öğretim öngörmektedir.
STEM eğitim yaklaşımının, mevcut öğretim programları kapsamında uygulanmasına imkân sağlayan bir modelin sunulduğu, tasarım temelli fen eğitimi odaklı bu araştırmanın yukarıda ele alınan sorunlar bağlamında önem taşıdığı düşünülmektedir. Zira, araştırmanın, fene yönelik akademik başarının artırılması, karar verme becerisinin iyileştirilmesi, mühendisliğe yönelik yeterlik ve düşüncelerin gelişimi gibi ilk planda ele
ii
kazanımları açısından da olumlu bazı etkilerinin olacağı düşünülmektedir.
Önemi yukarıda kısaca tartışılan bu araştırmanın ortaya çıkmasında, “Sen, bu konuyu çalışmalısın.” diyerek, ilk kıvılcımı yakan ve araştırma süresince desteğini hiç eksik etmeyen değerli danışmanım ve hocam Prof. Dr. Fatma ŞAHİN’e, büyük bir arzu ile yürüttüğüm bu çalışmaya beni yönlendirdiği ve yol boyunca değerli fikirleri ile yanımda olduğu için çok teşekkür ederim. Ayrıca, araştırma sürecinde karşı karşıya kaldığım problem durumlarında geliştirdiği pratik çözüm önerileri ile desteğini hissettiren Doç. Dr. Halil TURGUT’a, araştırmanın daha iyi olması yönünde önerilerinden yararlandığım Prof. Dr. Yıldız GÜVEN, Yrd. Doç. Dr. İlknur GÜVEN, Doç. Dr. Hakan AKÇAY ve Doç. Dr. Serhat İREZ’e, bu süreçte yoğun iş yükümü paylaşan mesai arkadaşlarım Arş. Gör. Esra BOZKURT, Yrd. Doç. Dr. Nurhan ÖZTÜRK GEREN, Yrd. Doç. Dr. Hüseyin EŞ ve Öğr. Gör. Bekir TAŞTAN’a şükranlarımı sunuyorum. Bu yolculuğun başlangıcında beni teşvik eden ve süreç boyunca da yardımlarını esirgemeyen Yrd. Doç. Dr. Aysun ÖZTUNA KAPLAN ve Yrd. Doç. Dr. Zeynep Zennur IŞIK ERCAN’a, araştırmanın birçok aşamasına katkı sağlayan Manolya YÜCEL DAĞ ve Recai EKENEL’e teşekkürlerimi sunuyorum.
En büyük motivasyon kaynağım olan canım annem Hatice ERCAN'a ve bu araştırma süresince çoğu zaman ihmal ettiğim, birlikte zaman geçirebilmemiz adına masa başında yiten saatleri benimle paylaşan canım eşim Fatma ERCAN’a gösterdikleri sabır ve temin ettikleri huzur için çok teşekkür ederim.
Son olarak çalışmamın son bir senesinde hayatıma giren ve varlığıyla benim için dünyayı daha güzel bir yer haline getiren biricik oğlum Serdar Ali’ye hissettirdikleri için teşekkür ederim.
iii
Bu çalışmada, tasarım temelli fen eğitimi uygulamalarının, ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin Kuvvet ve Hareket ünitesine yönelik akademik başarılarına, karar verme becerilerine, mühendislik disiplinine yönelik görüş ve yeterliklerine etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Araştırmanın pilot uygulaması 2012-2013 eğitim-öğretim yılında, 8 öğrencinin eğitim gördüğü bir ilköğretim 7. Sınıf şubesinde, asıl uygulama ise 2013-2014 eğitim-öğretim yılında 30 öğrencinin eğitim gördüğü bir ilköğretim 7. sınıf şubesinde gerçekleştirilmiştir.
Karma yöntem araştırma desenlerinden iç içe gömülü desenin özel bir türü olarak, tek aşamalı deneysel gömülü desen ekseninde kurgulanan bu araştırmanın yedi hafta süren uygulama süreci, 7. sınıf Kuvvet ve Hareket ünitesi kazanımlarını kapsayacak şekilde organize edilmiş, üç tasarım temelli fen eğitimi modülü çerçevesinde yürütülmüştür. Karma yöntem araştırma metodolojisine uygun olacak şekilde nicel ve nitel verilerin bir arada kullanıldığı bu araştırmada veri toplama aracı olarak, nicel veriler için araştırma kapsamında geliştirilen Kuvvet ve Hareket ünitesi akademik başarı testi, Ercan ve Bozkurt (2013) tarafından geliştirilen karar verme becerisi testi ve yine araştırma kapsamında geliştirilen mühendislik disiplini bilgi formu kullanılmıştır. Nitel veriler içinse uygulamalar süresince öğrencilerin temel ders materyali olarak kullandıkları mühendisin tasarım kılavuzu dokümanları, serbest öğrenci günlükleri, görüşme formları, saha notları ve mühendisliğe yönelik düşünceler soru formları kullanılmıştır. Araştırma kapsamında elde edilen nicel verilerin çözümlenmesi, SPSS 17.0 paket programı ile gerçekleştirilmiştir. Nitel verilerin çözümlenmesinde ise betimsel analiz ve içerik analizi yaklaşımları kullanılmıştır.
Araştırmanın nicel verilerinin çözümlenmesi ile elde edilen bulgular doğrultusunda, tasarım temelli fen eğitiminin öğrencilerin kuvvet ve hareket ünitesine yönelik akademik başarılarının, karar verme becerilerinin ve mühendisliğe yönelik bilgi düzeylerinin gelişimine katkı sağladığı sonucuna ulaşılmıştır.
İç içe geçmiş çoklu durum çalışması ile elde edilen bulgular doğrultusunda uygulamalar süresince "problem ya da ihtiyacın belirlenmesi", "olası çözümlerin araştırılması", "en
iv gösterdiği tespit edilmiştir.
Araştırmanın nitel veri kaynakları arasında yer alan mühendisliğe yönelik düşünceler soru formundan elde edilen bulgular doğrultusunda ise öğrencilerin mühendislerin sahip olması gereken özelliklerle ilgili düşüncelerinin uygulamalar sonrasında mühendisliğin özel bağlamını yansıtacak şekilde gelişim gösterdiği, uygulamalar öncesinde kariyer planlamaları açısından mühendisliği düşünmeyen bazı öğrencilerin uygulamalar sonrasında mühendisliği bu anlamda bir alternatif olarak görmeye başladıkları ve yine uygulamalar öncesinde mühendisliğin erkeklere has bir meslek olduğunu düşünen bazı öğrencilerin bu düşüncelerinden vazgeçtikleri saptanmıştır.
Anahtar kelimeler: Tasarım Temelli Fen Eğitimi, STEM Eğitim Yaklaşımı, İlköğretim Mühendislik Uygulamaları, Fen Eğitimi, Karma Yöntem Araştırması
v
The purpose of this study is to examine the effect of design-based science education practices on the 7th Grade students’ academic achievement in Force and Motion unit, their decision making skills, and their perspectives and abilities on engineering discipline. Pilot research was conducted in a small 7th grade elementary class where only 8 students were taking Science Classes during the academic year of 2012-2013. Original research has been conducted in a 7th grade class with 30 students.
The seven-week application phase took place during the 7th grade Force and Motion unit and conducted in a three-design based science education module. Mixed methods were used as a research design, particularly a special type of embedded design, a one-phase experimental embedded pattern design was applied.
In accordance with mixed-methods research design, both quantitative and qualitative data were collected. Quantitative measures included Force and Motion unit academic achievement test and engineering discipline information form that were developed as part of the study, as well as the decision making ability test that was developed by Ercan and Bozkurt (2013). These data were analyzed using SPSS 17.0 program.
Qualitative measures included engineering design handbook documents that were used by students as main class material, student journals, interview forms, field notes, and question forms for student perspectives towards engineering. These data were analyzed using descriptive analysis and content analysis.
Findings from quantitative analysis indicated that design-based science education contributed to the growth of knowledge related to engineering discipline, the academic achievement in Force and Motion unit, and decision making skills.
Findings from embedded multiple-case design study indicated that during the unit, students’ engineering design process application skills were enhanced in the categories of “defining the problem or need”, “researching possible solutions”, “determining best solution”, “constructing and testing prototypes”, and “communication”.
vi
engineers need to possess encompassed more specific aspects of engineering after the study. Indeed, some students who did not consider engineering as an occupation before the study began considering engineering as an alternative career path after the study. In addition, those students who viewed engineering as a career for males changed their views after the study.
Key words: Design-Based Science Education, STEM Education, Elementary Engineering Practices, Science Education, Mixed Methods Research
vii ÖNSÖZ ... İ ÖZET ... İİİ ABSTRACT ... V İÇİNDEKİLER ... Vİİ TABLOLAR LİSTESİ ... Xİİ ŞEKİLLER LİSTESİ ... XİV BÖLÜM I: GİRİŞ ... 1 1.1 Problem ... 1 1.2 Amaç ... 6 1.3 Önem ... 7 1.4 Sınırlılıklar ... 8 1.5 Sayıltılar (Varsayımlar) ... 9 1.6 Tanımlar ... 9 1.7 Kısaltmalar ... 10
BÖLÜM II: ALAN YAZIN ... 11
2.1 Fen - Teknoloji - Mühendislik ve 21. Yüzyıl ... 11
2.2 Disiplinlerin Entegrasyonuna Yönelik Modeller ... 13
2.2.1 Multidisipliner Yaklaşım ... 15
2.2.2 İnterdisipliner Yaklaşım ... 15
2.2.3 Transdisipliner Yaklaşım ... 16
viii
Çabalar ... 19
2.4.2 K-12 Düzeyinde Mühendislik Eğitimi ... 21
2.4.2.1 Mühendislik Tasarım Süreci ... 23
2.4.2.1.1 Problem ya da İhtiyacın Belirlenmesi ... 29
2.4.2.1.2 Olası Çözümlerin Geliştirilmesi ... 29
2.4.2.1.3 En Uygun Çözümün Belirlenmesi ... 30
2.4.2.1.4 Prototipin Yapılması ve Test Edilmesi ... 30
2.4.2.1.5 İletişim ... 31
2.4.3 Tasarım Temelli Fen Eğitimi (TTFE) ... 32
2.4.3.1 TTFE ve Karar Verme Becerisi ... 42
2.4.3.2 TTFE'nin Kuramsal Dayanakları ... 44
2.4.3.3 İlgili Araştırmalar ... 46
BÖLÜM III: YÖNTEM ... 50
3.1 Araştırmanın Modeli ... 50
3.1.1 Deneysel Desen ... 55
3.1.2 Durum Çalışması ... 57
3.2 Araştırmanın Çalışma Grubu ... 57
3.2.1 Araştırmanın Nicel Çalışma Grubu ... 58
3.2.2 Araştırmanın Nitel Çalışma Grubu ... 59
3.3 Veri Toplama Araçları ... 60
3.3.1 Nicel Veri Toplama Araçları ... 62
3.3.1.1 Kuvvet ve Hareket Ünitesi Akademik Başarı Testi (KHÜABT) ... 62
3.3.1.2 Karar Verme Beceri Testi (KVBT) ... 69
3.3.1.3 Mühendislik Disiplini Bilgi Formu ... 70
3.3.2 Nitel Veri Toplama Kaynakları ... 74
3.3.2.1 Dokümanlar ... 74
3.3.2.1.1 Mühendisin Tasarım Kılavuzu Dokümanları (MTKD) ... 74
ix
3.3.2.3 Görüşme ... 76
3.4 Araştırmanın Uygulanması ... 77
3.4.1 Araştırmanın Pilot Uygulaması ... 81
3.4.2 Asıl Uygulama ... 81
3.5 Verilerin Çözümlenmesi ... 89
3.5.1 Nicel Verilerin Çözümlenmesi ... 89
3.5.2 Nitel Verilerin Çözümlenmesi ... 90
3.5.3 Geçerlik ve Güvenirlik ... 95
BÖLÜM IV: BULGULAR ... 98
4.1 Akademik Başarıya İlişkin Bulgular ... 98
4.2 Karar Verme Becerisine İlişkin Bulgular ... 99
4.3 Mühendislik Disiplinine Yönelik Bilgi Düzeyi ile İlişkili Bulgular ... 100
4.4 Mühendislik Tasarım Süreci Uygulama Becerilerine İlişkin Bulgular ... 100
4.4.1 Ayla ile İlgili Bulgular ... 101
4.4.1.1 Problem ya da İhtiyacın Belirlenmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 101
4.4.1.2 Olası Çözümlerin Geliştirilmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 108
4.4.1.3 En Uygun Çözümün Belirlenmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 115
4.4.1.4 Prototip Yapımı ve Test Etme Aşamasına Yönelik Bulgular ... 122
4.4.1.5 İletişim Aşamasına Yönelik Bulgular ... 125
4.4.2 Gül ile İlgili Bulgular ... 127
4.4.2.1 Problem ya da İhtiyacın Belirlenmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 127
4.4.2.2 Olası Çözümlerin Geliştirilmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 130
4.4.2.3 En Uygun Çözümün Belirlenmesi Aşamasına Yönelik Bulgular ... 139
4.4.2.4 Prototip Yapımı ve Test Etme Aşamasına Yönelik Bulgular ... 144
4.4.2.5 İletişim Aşamasına Yönelik Bulgular ... 148
4.4.3 Can ile İlgili Bulgular ... 149
x
4.4.3.4 Prototip Yapımı ve Test Etme Aşamasına Yönelik Bulgular ... 168
4.4.3.5 İletişim Aşamasına Yönelik Bulgular ... 172
4.5 Mühendisliğe Yönelik Düşünceler ile İlgili Bulgular... 173
4.5.1 Mühendislerin Sahip Oldukları Özellikler ile İlgili Düşünceler ... 174
4.5.2 Kariyer Planlaması Açısından Mühendislik ile İlgili Düşünceler ... 180
4.5.3 Mühendisliğin Cinsiyete Özgü Bir Meslek Olup Olmadığına Yönelik Düşünceler ... 185
BÖLÜM V: SONUÇ, TARTIŞMA VE ÖNERİLER ... 188
5.1 Sonuç ve Tartışma ... 188
5.1.1 TTFE Uygulamalarının Öğrencilerin Akademik Başarılarına Etkisi ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 188
5.1.2 TTFE Uygulamalarının Öğrencilerin Karar Verme Becerilerine Etkisi ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 190
5.1.3 TTFE Uygulamalarının Öğrencilerin Mühendislik Disiplinine Yönelik Bilgi Düzeyleri Üzerine Etkisi ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 192
5.1.4 Mühendislik Tasarım Süreci Uygulama Becerileri ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 194
5.1.4.1 Problem ya da İhtiyacın Belirlenmesi Aşaması ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 194
5.1.4.2 Olası Çözümlerin Araştırılması Aşaması ile İlgili Sonuç ve Tartışma . 195 5.1.4.3 En Uygun Çözümün Belirlenmesi Aşaması ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 197
5.1.4.4 Prototipin Yapılması ve Test Etme Aşaması ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 198
5.1.4.5 İletişim Aşaması ile İlgili Sonuç ve Tartışma ... 200
5.1.5 Mühendislik ile İlgili Görüşlere Yönelik Sonuç ve Tartışma ... 202
5.2 Öneriler ... 203
xi
KAYNAKÇA ... 206 EKLER ... 218
xii
Tablo 2.1 Çeşitli Tasarım Süreci Yaklaşımları ve Yürütülen İşlemler ... 26
Tablo 2.2 Fen ve Mühendislik Uygulamaları ... 33
Tablo 3.1 Araştırmanın Deneysel Deseni ... 56
Tablo 3.2. Araştırmanın Nicel Çalışma Grubunun Cinsiyete Göre Dağılımı ... 59
Tablo 3.3 Nitel Çalışma Grubunun Özellikleri ... 60
Tablo 3.4 Veri Toplama Araçlarının Araştırmanın Alt Problemlerine Göre Dağılımı .. 61
Tablo 3.5 Madde Ayırıcılık Gücü İndeksi Değerlendirme Kriterleri ... 64
Tablo 3.6 Madde Güçlük İndeksi Değerlendirme Kriterleri ... 65
Tablo 3.7 Deneme Formunda Yer Alan Maddelerin İlişkili Olduğu Kazanımlar, Analiz Değerleri ve Değerlendirme Sonuçları ... 65
Tablo 3.8 Nihai Form için Belirlenen Maddelere Ait Özellikler ... 67
Tablo 3.9 Dereceli Puanlama Anahtarının Puanlanması ... 72
Tablo 3.10 Farklı Puanlayıcıların MDBF'ye Verdikleri Puanların Ortalamalarının Eşleştirilmiş Gruplar t-testi Sonuçları ... 73
Tablo 3.11 Pilot Çalışma Öncesinde Belirlenen Mühendislik Tasarım Görevleri ... 79
Tablo 3.12 Asıl Uygulama için Belirlenen Mühendislik Tasarım Görevleri ... 79
Tablo 3.13 Betimsel Analiz Sürecinde Verilerin Düzenlenmesine Yönelik Olarak Oluşturulmuş Genel Çerçeve ... 92
Tablo 3.14 Araştırmanın Alt Problemleri, Veri Toplama Araçları ve Kullanılan Veri Analiz Teknikleri ... 94
Tablo 4.1 KHÜABT, KVBT ve MDBF Sonuçlarının Normallik Analizi Sonuçları ... 98
Tablo 4.2 KHÜABT Öntest - Sontest Puan Ortalamalarının Eşleştirilmiş Gruplar t-testi Sonuçları ... 99
xiii
Tablo 4.4 MDBF Öntest - Sontest Puan Ortalamalarının Eşleştirilmiş Gruplar t-testi Sonuçları ... 100 Tablo 4.5 Ayla ve Arkadaşlarının Birinci Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi .... 116 Tablo 4.6 Ayla ve Arkadaşlarının Üçüncü Modül için Hazırladıkları Karar Matrisleri ... 120 Tablo 4.7 Öğrencilerin Uygulamalar Öncesi Mühendislerin Sahip Oldukları Özellikler ile İlgili Düşünceleri ... 174 Tablo 4.8 Öğrencilerin Uygulamalar Sonrası Mühendislerin Sahip Oldukları Özellikler ile İlgili Düşünceleri ... 177 Tablo 4.9 Çalışma Grubundaki Öğrencilerin Uygulamalar Öncesinde Mühendis Olmakla İlgili Düşünceleri ... 181 Tablo 4.10 Çalışma Grubundaki Öğrencilerin Uygulamalar Sonrasında Mühendis Olmakla İlgili Düşünceleri ... 181 Tablo 4.11 Çalışma Grubundaki Öğrencilerin Uygulamalar Öncesinde Mühendisliğin Erkeklere Daha Uygun Bir Meslek Olup Olmadığına Yönelik Düşünceleri ... 185 Tablo 4.12 Çalışma Grubundaki Öğrencilerin Uygulamalar Sonrasında Mühendisliğin Erkeklere Daha Uygun Bir Meslek Olup Olmadığına Yönelik Düşünceleri ... 186
xiv
Şekil 1.1 Fen, Teknoloji ve Mühendislik Arasındaki İlişki ... 3
Şekil 2.1 MDOE (2010) Mühendislik Tasarım Süreci Yaklaşımı ... 28
Şekil 2.2 Mühendislik Tasarım Süreci ... 32
Şekil 2.3 Tasarım Temelli Fen Eğitimi Süreci ... 36
Şekil 2.4 Wendell et al. (2010) Tasarım Temelli Fen Eğitim Süreci ... 40
Şekil 2.5 MEB (2013) Fen Bilimleri Öğretim Programı ile TTFE ilişkisi ... 41
Şekil 3.2 Deneysel Gömülü Desen (Creswell ve Plano Clark, 2007, s.68) ... 54
Şekil 3.4 Araştırmada Kullanılan Tasarım Temelli Fen Eğitimi Modeli ... 84
Şekil 3.5 İkinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi ... 84
Şekil 3.6 İkinci Modüldeki Birinci Mini Araştırma ... 85
Şekil 3.7 İkinci Modüldeki Birinci Araştırmaya Yönelik Öğrencilerin Doldurmaları Gereken Alanlar ... 86
Şekil 3.8 İkinci Modüldeki Birinci Mini Tasarım ... 87
Şekil 3.9 İkinci Modüldeki İkinci Mini Tasarım ... 88
Şekil 3.10 Betimsel Analiz ve İçerik Analizi Aşamaları ... 91
Şekil 4.1 Birinci Modül için Belirlenen Büyük Tasarım Problemi ... 101
Şekil 4.2 Ayla’nın Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 102
Şekil 4.3 Ayla’nın Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için İlk Çözüm Önerisi ... 103
Şekil 4.4 İkinci Modül için Belirlenen Büyük Tasarım Problemi ... 104
Şekil 4.5 Ayla’nın İkinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 104
xv
Şekil 4.8 Ayla’nın Üçüncü Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için İlk Çözüm Önerisi ... 107 Şekil 4.9 Ayla’nın Mini Araştırma 1 Sonrasında Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemine Yönelik İlk Çözüm Önerisinde Gerçekleştirmek İstediği Değişiklik... 109 Şekil 4.10 Ayla'nın Birinci Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Geliştirdiği Çözüm Önerisi ... 110 Şekil 4.11 Ayla'nın İkinci Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Geliştirdiği Çözüm Önerisi ... 112 Şekil 4.12 Ayla'nın Üçüncü Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Geliştirdiği Çözüm Önerisi ... 114 Şekil 4.13 Birinci Modül için Hazırlanan Karar Matrisi ... 115 Şekil 4.14 Ayla ve Arkadaşlarının İkinci Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi ... 117 Şekil 4.15 Ayla ve Arkadaşlarının İkinci Modül için Belirledikleri Grup Tasarım Kararı ... 119 Şekil 4.16 Ayla ve Arkadaşlarının Üçüncü Modül için Belirledikleri Grup Tasarım Kararı ... 121 Şekil 4.17 Ayla ve Arkadaşlarının İkinci Modül için Hazırladıkları Prototip Değerlendirme Ölçeği ... 123 Şekil 4.18 Ayla ve Arkadaşlarının Üçüncü Modül için Hazırladıkları Prototip ... 124 Şekil 4.19 Gül'ün Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 127 Şekil 4.20 Gül'ün Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için İlk Çözüm Önerisi ... 128 Şekil 4.21 Gül'ün İkinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 129
xvi
Şekil 4.23 Gül'ün Esneklikle İlgili Tanımı ... 131 Şekil 4.24 Gül'ün Birinci Modülde Gerçekleştirilen 1. Mini Araştırma Sonrasında Bireysel Dokümanında Doldurduğu Etkinlik ... 132 Şekil 4.25 Gül'ün Birinci Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Çizdiği Tasarım Önerisi ... 133 Şekil 4.26 Gül'ün İkinci Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Çizdiği Çözüm Önerisi ... 135 Şekil 4.27 Gül'ün Üçüncü Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Çizdiği Çözüm Önerisi ... 137 Şekil 4.28 Gül ve Arkadaşlarının Birinci Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi ... 140 Şekil 4.29 Birinci Modül için Gül ve Arkadaşlarının Belirledikleri Nihai Çözüm Önerisi ... 140 Şekil 4.30 Gül ve Arkadaşlarının İkinci Modül İçin Hazırladıkları Karar Matrisi ... 142 Şekil 4.31 İkinci Modül için Gül ve Arkadaşlarının Belirledikleri Nihai Çözüm Önerisi ... 143 Şekil 4.32 İkinci Modül için Gül ve Arkadaşlarının Hazırladığı Tasarım Değerlendirme Ölçeği ... 146 Şekil 4.33 Can'ın Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 149 Şekil 4.34 Can'ın Birinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için İlk Çözüm Önerisi ... 150 Şekil 4.35 Can'ın İkinci Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 151 Şekil 4.36 Can'ın Üçüncü Modüldeki Büyük Tasarım Problemi için Belirlediği Kriter ve Kısıtlamalar ... 152
xvii
Şekil 4.38 Can'ın Yürütülen Mini Araştırmalara Bağlı Olarak Çözüm Önerisinde Gerçekleştirdiği Değişiklik ... 155 Şekil 4.39 Can'ın Hız Treni Oluşturma Etkinliği için Tasarım Çizimi ... 157 Şekil 4.40 Can'ın İkinci Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Çizdiği Tasarım Önerisi ... 158 Şekil 4.41 Can'ın Üçüncü Modül için Mini Araştırma ve Mini Tasarımlar Sonrası Çizdiği Tasarım Önerisi ... 160 Şekil 4.42 Can ve Arkadaşlarının Birinci Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi ... 161 Şekil 4.43 Birinci Modül için Can ve Arkadaşlarının Belirledikleri Nihai Çözüm Önerisi ... 162 Şekil 4.44 Can ve Arkadaşlarının İkinci Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi ... 163 Şekil 4.45 İkinci Modül için Can ve Arkadaşlarının Belirledikleri Nihai Çözüm Önerisi ... 164 Şekil 4.46 Can ve Arkadaşlarının İkinci Modül için Belirledikleri Malzeme Listesi .. 165 Şekil 4.47 Can ve Arkadaşlarının Üçüncü Modül için Hazırladıkları Karar Matrisi ... 166 Şekil 4.48 Üçüncü Modül için Can ve Arkadaşlarının Belirledikleri Nihai Çözüm Önerisi ... 167 Şekil 4.49 Can ve Arkadaşlarının Birinci Modül için Geliştirdikleri Prototip ... 169 Şekil 4.50 İkinci Modül için Can ve Arkadaşlarının Hazırladığı Tasarım Değerlendirme Ölçeği ... 170 Şekil 4.51 Can ve Arkadaşlarının Üçüncü Modül için Geliştirdikleri Prototip Üzerinde Yaptıkları İyileştirmeler ... 171 Şekil 4.52 Üçüncü Modül için Can ve Arkadaşlarının Hazırladığı Tasarım Değerlendirme Ölçeği ... 172 Şekil 4.53 Uygulama Öncesi ve Uygulama Sonrası Öğrencilerin Mühendislerin Sahip Olması Gereken Özelliklere Yönelik Düşüncelerinin Kategorilere Göre Dağılımı ... 180
xviii
Şekil 4.55 Erkek Öğrencilerin Mühendis Olmaya Yönelik Düşüncelerinin Uygulamalar Öncesinde ve Sonrasındaki Dağılımı ... 183 Şekil 4.56 Çalışma Grubundaki Tüm Öğrencilerin Mühendis Olmaya Yönelik Düşüncelerinin Uygulamalar Öncesinde ve Sonrasındaki Dağılımı ... 184 Şekil 4.57 Çalışma Grubundaki Öğrencilerin Mühendisliğin Cinsiyete Özgü Bir Meslek Olup Olmadığına Yönelik Düşüncelerinin Uygulamalar Öncesinde ve Sonrasındaki Dağılımı ... 187 Şekil 5.1 Öğrencilerin Prototip Geliştirme Süreci ... 200
BÖLÜM I: GİRİŞ
1.1 Problem
Çağımızda dünyadaki güçler dengesi içerisinde söz sahibi ülkelerin, sanayi devrimi öncesinden farklı olarak tarımsal üretimde ya da cephelerde avantaj sağlayacak büyük nüfuslara, çok özel coğrafi konumlara, derin tarihsel ve kültürel bir mirasa sahip olma gibi gereksinimler taşımadıkları görülmektedir. Nüfusu ve yüzölçümü çok küçük, doğal kaynakları sınırlı ülkelerin ekonomik ve askeri olarak dünyanın büyük güçleri arasında yer alabileceği örnekleri ile ortadadır. Bilgi ve teknoloji günümüzde bir ülkenin kaderini belirlemede en etkin faktörler olarak tanımlanabilir. Dünya’nın büyük ekonomileri incelendiğinde gelir kalemlerinin en üst sıralarını teknolojik ürün ihracatının oluşturduğu görülmektedir. Her yıl yayınlanan dünyanın en zenginleri listesinde bilgi ve teknoloji üreterek servet sahibi olmuş insanlar üst sıralarda yer almaktadır. Bu açıdan incelendiğinde ülkelerin dünya sahnesindeki rollerinin bilgi ve teknoloji üretiminde gösterdikleri başarıya - inovasyon yeteneğine- bağlı olarak belirlendiği söylenebilir. Güney Kore'nin son 50-60 yıllık tarihi bu iddianın ispatı olarak gösterilebilir. Zira 1960'lı yıllarda Amerika'nın önemli yardım kuruluşu USAID (Birleşik Devletler Uluslararası Yardım Ajansı) tarafından ekonomisinin mevcut durumu itibarıyla "dipsiz kuyu" olarak nitelendirilen Güney Kore günümüzde Dünya'nın en büyük 5 ekonomisi arasında yer almaktadır. Ülke, 1960'lı yıllarda yalnızca işlenmemiş maden, balık, sebze ve meyve ihraç ederken günümüzde dünya markası olan şirketlerinin ürettiği teknolojik ürünleri dünya piyasasına sürmektedir. Güney Kore'nin ekonomik gelişimi ihracat ürünleri üzerinden okunduğunda teknolojik inovasyonun ülke ekonomileri üzerindeki etkisi açık olarak ortaya çıkmaktadır. Işık ve Kılınç (2012, sf.36) ekonomi ile inovasyon arasındaki bu ilişkiye yönelik olarak "İktisadi kalkınmadaki her büyük sıçrama, mevcut inovasyonlardaki gelişmeler ve yeni inovasyonların ortaya çıkması ile birlikte olmuştur." ifadesini kullanmaktadır.
Teknolojik inovasyon ve bunun dayandığı AR-GE faaliyetlerinin ülke ekonomileri için büyük önem kazanması ülkelerin bu alanlarda istihdam edeceği mühendislere ve fen bilimi uzmanlarına olan gereksinimlerini artırmıştır. Bu durum beşeri sermayelerini en iyi şekilde kullanmak isteyen ülkelerin eğitim politikalarını yeniden gözden
geçirmelerine sebep olmuştur. Öğrencilere çok küçük yaşlardan itibaren inovasyon yeterlikleri kazandırma ve onlar için mühendisliği hedef meslek haline getirme günümüzde gerçekleştirilen eğitim reformlarının odak noktası olarak görülmektedir. Bu açıklama, gerçekleştirilen reform hareketlerinin yalnızca geleceğin mühendisleri ya da fen bilimi uzmanları için anlamlı olduğu gibi yanlış bir yoruma sebebiyet vermemelidir. Zira bahsi geçen reform hareketlerinin en somut önerisi durumundaki "öğrencilerin çok küçük yaşlardan itibaren mühendislik disipliniyle tanışmasının" çağımızda eğitimin genel hedefleri arasında gösterilen teknoloji okuryazarı bireyler yetiştirilmesine katkı sağlayacağı açıktır.
Toplumumuzda bireylerin teknoloji ile olan ilişkisi genellikle son ürün kullanıcısı olma konumundan öteye geçmemektedir. Teknolojik ürünlerin üretim süreci hakkında bilgi sahibi olmayan, teknolojinin sağladığı avantajların yanı sıra toplum ve çevre için bazı dezavantajları da beraberinde getirebileceğinin farkına varmayan, teknolojik ürünlerin değerlendirilmesi sürecinde ürünle ilgili birçok parametreyi göz ardı ederek yalnızca bir özellik üzerinden değerlendirme yapan bireylerin teknolojinin şekillendirdiği günümüz dünyasında arzulanan becerilerden yoksun oldukları aşikârdır. Isınma, barınma, ulaşım, eğlence, sağlık, beslenme gibi yaşamın tüm alanlarında hemen her gün teknoloji merkezli bir değişim gerçekleşirken bireylerin bu değişime ayak uydurması kaçınılmaz bir gereksinimdir. Dolayısıyla mevcut şartlar bağlamında sahip olduğu meslek, ilgi alanı, yaşadığı coğrafya ne kadar farklı olursa olsun tüm insanlar teknolojiye yönelik genel bir anlayışa sahip olmalıdır. Toplumlarını yarına hazırlamak isteyen ülkeler bu doğrultuda teknoloji okuryazarlığını tüm bireyler için ulaşılması beklenen bir hedef olarak ortaya koymuştur. Bu doğrultuda teknoloji okuryazarlığının, mühendislik disiplini ile küçük yaşlarda tanışmış, mühendislerin çalışma alanları, karşılaştıkları problemler ve bu problemleri çözmede kullandıkları stratejiler hakkında bilgi sahibi olan öğrenciler için ulaşılabilir bir hedef haline geleceği açıktır. Dolayısıyla gerçekleştirilen reform hareketleri, ilk planda toplumun küçük bir kesimini yansıtan geleceğin mühendis, fen bilimi uzmanı ve teknik personeli ile ilişkili görünse de gerçekte toplumun tamamını etkileyen bir gerekliliğe cevap niteliğindedir.
Gündemdeki eğitim reformları ile hedeflenen, öğrencilerin mühendislik disiplini ile tanışmalarını üniversite sıralarına bırakmadan formel eğitimin alt kademelerinde gerçekleştirme düşüncesi, bazı tartışmaları da beraberinde getirmektedir. Mühendislik
disiplininin bağımsız bir ders olarak öğretim programlarına dahil edilmesi, okulların mevcut yapısı, uzman personel eksikliği, ders programlarının yoğunluğu gibi etkenler nedeniyle çok mümkün gözükmemektedir. Bu durum mühendislik disiplininin, okul programlarında hâlihazırda bulunan dersler bağlamında ele alınabileceği görüşünü doğurmuştur.
Gerçekleştirilen reform hareketleri doğrultusunda fen derslerine özel bir önem verilmesi bu görüş çerçevesinde açıklanabilir. Zira fenin, teknoloji ve mühendislikle olan ilişkisi, fen dersini, mühendislik ve teknolojinin ele alınabileceği bir zemin haline getirmektedir. MDOE (2006) tarafından hazırlanan raporda, fen, teknoloji ve mühendislik arasındaki ilişki Şekil 1.1'de görülen görsel yardımıyla açıklanmıştır.
Şekil 1.1 Fen, Teknoloji ve Mühendislik Arasındaki İlişki
Mühendislik, fen ve teknoloji disiplinleri arasındaki ilişki çoğu zaman mühendisliğin fenin uygulaması, teknolojinin ise mühendisliğin ürünü olduğu şeklinde sığ bir bakış açısı ile açıklanmaktadır. Oysa bu disiplinler arasındaki ilişki tek yönlü bir akıştan ziyade karşılıklı etkileşim çerçevesinde gerçekleşmektedir. Bilim insanları, fenin temel konusu olan doğayı anlama ve keşfetme sürecinde, mühendislerin tasarladıkları ve teknoloji yoluyla ulaşılır hale getirilen ürünlerden yararlanmakta benzer şekilde mühendisler tasarımlarını gerçekleştirirken bilim insanlarının ortaya koyduğu bilimsel prensipleri işe koşmakta, tasarımları önündeki sınırlılıkları ortadan kaldırmak için
FEN
TEKNOLOJİ MÜHENDİSLİK
teknolojiye başvurmaktadır. Bu doğrultuda Şekil 1.1'deki gösterim disiplinlerin karşılıklı etkileşimini kesişim alanları çerçevesinde yansıttığı için önemli görülmektedir. Fenin, teknoloji ve mühendislik disiplinleri ile olan bu karşılıklı etkileşimi fen eğitimi açısından da önemli sonuçlar doğurmaktadır. Fen eğitimi ile öğrencilere kazandırılması beklenen yeterlikler, içinde bulunulan zamanın koşullarına göre şekillenmektedir. Günümüz koşulları için bu yeterlikleri özet olarak anahtar fen kavramlarına sahip olma, bilgiye ulaşma yollarını bilme, günlük yaşamda karşılaşılan problemler için bilimsel yöntemleri kullanarak yaratıcı çözümler ortaya koyabilme, teknolojik gelişmelerin altında yatan bilimsel prensipleri açıklayabilme, geliştirilen teknolojileri etkin bir şekilde kullanma, bilimin doğasına yönelik genel bir anlayış geliştirme, fen - teknoloji - toplum etkileşimini anlama, yeni teknolojiler ortaya koyma olarak sıralayabiliriz. Fen eğitimi ile öğrencilere kazandırılması hedeflenen bu yeterlikler aynı zamanda fen eğitiminin hangi bağlamda ele alınması gerektiği hakkında da yol göstericidir. Sıralanan yeterlilikler bu doğrultuda bir kez daha gözden geçirildiğinde teknoloji ve mühendislik disiplinlerinden bağımsız olarak ele alınan bir fen eğitimi ile bu hedeflere ulaşılamayacağı açık olarak görülmektedir. Dolayısıyla günümüz şartlarında fen eğitiminin fen, teknoloji, mühendislik entegrasyonu çerçevesinde yeniden yapılandırılması, öğrencilerin erken yaşlarda mühendislikle tanışmalarını sağlamanın yanı sıra fen eğitiminin etkinliği ve başarısının artırılması içinde bir gereklilik olarak görülmektedir.
Tasarım temelli fen eğitimi bu ihtiyaç doğrultusunda şekillenmiş bir yaklaşımdır. Mühendislik tasarım problemlerinin fen eğitimi için gerekli gerçek yaşam bağlamını oluşturduğu bu yaklaşımda öğretim mühendislik tasarım süreci çerçevesinde gerçekleştirilmektedir. Tasarım sürecinin içerdiği uygulama adımları doğrultusunda bir yandan fene yönelik anlamlı öğrenmenin gerçekleştirilmesi bir yandan ise öğrencilerin mühendislik disiplinine yönelik yeterlikleri edinmeleri hedeflenmektedir.
Bilimsel araştırma-sorgulama ve mühendislik tasarımının kombinasyonu olarak değerlendirilebilecek tasarım temelli fen eğitimi ile öğrenciler, fene yönelik kuramsal bilgileri, karşılaştıkları tasarım problemlerini çözüme kavuşturmak için uygulamada kullanma fırsatı yakalamaktadır. Bu durum okulda öğrenilenler ile gerçek yaşam arasında bağlantı kurulmasına hizmet etmekte ve fene yönelik anlamlı öğrenmenin gerçekleşmesine olanak tanımaktadır.
Mühendislik tasarımı en temel manasıyla mühendislerin problem çözme yaklaşımı olarak tanımlanabilir. Bu sebeple tasarım, mühendisliğin özü olarak değerlendirilmektedir. Öğrencilerin küçük yaşlardan itibaren bu etkinlik içerisinde yer alması onların mühendisliğe yönelik yeterlikleri kazanmaları için büyük önem taşımaktadır. Lisans öncesi düzey için mühendislik yeterlikleri ilgili literatürde bilme ve beceri boyutları altında tanımlanmaktadır. Bilme boyutu disipline yönelik kavramsal gelişimi ifade ederken, beceri boyutu ise özellikle bu seviye için karşılaşılan problemi çözüme kavuşturmak için tasarım sürecini uygulama olarak ifade edilmektedir. Gerçekleştirilecek öğretimle öğrencilere bu yeterliklerin kazandırılması daha önce belirtildiği gibi hem geleceğin mühendislerini en donanımlı şekilde yetiştirmek hem de bireysel ve toplumsal yaşam için temel bir gereklilik konumundaki teknoloji okuryazarlığını yaygınlaştırmak için önem taşımaktadır. Tasarım temelli fen eğitimi profesyonel mühendislerin çalışma deneyimlerini fen sınıflarına taşıyarak öğrencilerin mühendisliğe yönelik yeterlikleri kazanmaları için gerekli zemini hazırlamaktadır. Ülkemizde 2006 yılında uygulamaya konulan Fen ve Teknoloji dersi öğretim programı (MEB, 2006, s.8-9) kapsamında öğrencilerin;
- Her sınıf düzeyinde bilimsel ve teknolojik gelişme ile olaylara merak duygusu geliştirmelerini teşvik etmek,
- Fen ve teknolojinin doğasını; fen, teknoloji, toplum ve çevre arasındaki karşılıklı etkileşimleri anlamalarını sağlamak,
- Eğitim ile meslek seçimi gibi konularda, fen ve teknolojiye dayalı meslekler hakkında bilgi, deneyim, ilgi geliştirmelerini sağlayabilecek alt yapıyı oluşturmak,
- Karşılaşabileceği alışılmadık durumlarda, yeni bilgi elde etme ile problem çözmede fen ve teknolojiyi kullanmalarını sağlamak,
- Kişisel kararlar verirken uygun bilimsel süreç ve ilkeleri kullanmalarını sağlamak, - Fen ve teknolojiyle ilgili sosyal, ekonomik ve etik değerleri, kişisel sağlık ve çevre sorunlarını fark etmelerini, bunlarla ilgili sorumluluk taşımalarını ve bilinçli kararlar vermelerini sağlamak,
- Bilmeye ve anlamaya istekli olma, sorgulama, mantığa değer verme, eylemlerin sonuçlarını düşünme gibi bilimsel değerlere sahip olmalarını, toplum ve çevre ilişkilerinde bu değerlere uygun şekilde hareket etmelerini sağlamak,
- Meslek yaşamlarında bilgi, anlayış ve becerilerini kullanarak ekonomik verimliliklerini artırmalarını sağlamak,
şeklinde belirtilen amaçlar tasarım temelli fen eğitiminin Fen ve Teknoloji dersi öğretim programı kapsamında kullanılması gereken bir yaklaşım olduğunu ortaya koymaktadır. Benzer şekilde 2013 yılında 5. sınıflardan başlayarak kademeli olarak her sınıf düzeyinde uygulanması planlanan Fen Bilimleri dersi öğretim programının amaçları arasında yer alan;
- Bilimin toplumu ve teknolojiyi, toplum ve teknolojinin de bilimi nasıl etkilediğine ilişkin farkındalık geliştirmek,
- Birey, çevre ve toplum arasındaki karşılıklı etkileşimi fark etmek ve toplum, ekonomi, doğal kaynaklara ilişkin sürdürülebilir kalkınma bilincini geliştirmek,
- Fen bilimleri ile ilgili kariyer bilinci geliştirmek,
- Günlük yaşam sorunlarına ilişkin sorumluluk alınmasını ve bu sorunları çözmede fen bilimlerine ilişkin bilgi, bilimsel süreç becerileri ve diğer yaşam becerilerinin kullanılmasını sağlamak,
- Bilim insanlarının bilimsel bilgiyi nasıl oluşturduğunu, oluşturulan bu bilginin geçtiği süreçleri ve yeni araştırmalarda nasıl kullanıldığını anlamaya yardımcı olmak,
- Bilimin, teknolojinin gelişmesi, toplumsal sorunların çözümü ve doğal çevredeki ilişkilerin anlaşılmasına olan katkısını takdir etmeyi sağlamak (MEB, 2013, s. 11). maddelerinin de tasarım temelli fen eğitimini işaret ettiği görülmektedir.
Tüm bu açıklamalar ışığında gerçekleştirilen bu araştırmanın problem cümlesi "İlköğretim 7. Sınıf Fen ve Teknoloji Dersi Kuvvet ve Hareket Ünitesi kapsamında gerçekleştirilen tasarım temelli fen eğitimi uygulamalarının öğrencilerin akademik başarı düzeylerine, karar verme becerilerine, mühendislik disiplinine yönelik görüş ve yeterliklerine etkisi nasıldır?" olarak belirlenmiştir.
1.2 Amaç
Gerçekleştirilen bu araştırmada aşağıdaki alt problemlere cevap bulunması amaçlanmıştır.
1. Alt Problem: Tasarım temelli fen eğitiminin ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin Kuvvet ve Hareket ünitesine yönelik akademik başarıları üzerine etkisi var mıdır?
2. Alt Problem: Tasarım temelli fen eğitiminin ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin karar verme becerileri üzerine etkisi var mıdır?
3. Alt Problem: Tasarım temelli fen eğitiminin ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin mühendislik disiplinine yönelik bilgi düzeyleri üzerine etkisi var mıdır?
4. Alt Problem: Tasarım temelli fen eğitimi süresince ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin mühendislik tasarım sürecini uygulama becerileri nasıl değişmektedir?
5. Alt Problem: Tasarım temelli fen eğitimi süresince ilköğretim 7. sınıf öğrencilerinin mühendislik ile ilgili görüşleri nasıl değişmektedir?
1.3 Önem
Eğitimde fen (Science), teknoloji (Technology), mühendislik (Engineering) ve matematik (Mathematics) disiplinlerinin entegrasyonunu hedef alan STEM eğitim yaklaşımının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde AB ve ABD'de STEM eğitiminin yaygınlaştırılması genel bir politika halini almış ve bu doğrultuda büyük bütçeli fonlar oluşturulmuştur. Öğretim programlarının revize edilerek okul müfredatlarında STEM disiplinlerine yer verilmesi ve okul saatleri dışında öğrencilerin STEM uygulamalarına katılım sağlayacağı merkezler inşa edilmesi bu doğrultuda gerçekleştirilen uygulamalar arasında yer almaktadır. Ülkemizde ise STEM eğitim yaklaşımına yönelik gerçekleştirilmiş resmi bir girişim bulunmamaktadır.
Tasarım temelli fen eğitiminin, mevcut öğretim programları ve okul yapısı içerisinde STEM disiplinlerinin entegrasyonunu sağlamaya yönelik bir model olarak ele alındığı bu araştırma neticesinde elde edilen bulguların, STEM eğitim yaklaşımını, mevcut şartlar bağlamında sınıflarına taşımak isteyen fen bilimleri öğretmenlerine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Son yıllarda yurt dışında gerçekleştirilen program geliştirme çalışmalarında mühendislik disiplinine, formel eğitimin alt kademelerinden başlanarak her düzeyde yer verildiği görülmektedir. Durum ülkemiz açısından incelendiğinde ise mühendislik disiplinine ilkokul seviyesinden başlanarak eğitimin her kademesinde yer verilmesi gerektiği 2004 yılında TÜBİTAK tarafından yayınlanan "Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları, 2003 - 2023 Strateji Belgesi"nde belirtilmiştir. Fakat bu tespite rağmen bu doğrultuda herhangi bir resmi girişim gerçekleştirilmemiştir. Bu doğrultuda, uluslararası raporlar çerçevesinde ortaokul düzeyi için mühendislik yeterliklerinin tanımlandığı ve
tasarım temelli fen eğitiminin bu yeterliklerin gelişimi üzerindeki etkisinin incelendiği bu araştırmadan elde edilen bulguların, mühendislik disiplininin K-12 düzeyinde ele alınmasına yönelik gerçekleştirilebilecek program geliştirme çalışmaları için önem taşıdığı düşünülmektedir.
Gerek ulusal gerekse uluslararası sınavlarda alınan puanlar ülkemizde fen eğitiminin arzulanan düzeyin uzağında olduğunu göstermektedir. Bu durum fen eğitiminin öğrencilerin fene yönelik ilgi ve motivasyonlarını artıracak, akademik başarılarına katkı sağlayacak, öğrenilenlerin günlük yaşama transfer edilmesini kolaylaştıracak bir bağlamda gerçekleştirilmesini gerekli kılmaktadır. Tasarım temelli fen eğitimi bilimsel araştırma - sorgulama ve mühendislik tasarımını fen sınıflarına getirerek öğrenciler için eğlenceli bir öğrenme ortamı hazırlamakta, fene karşı ilgilerini ve motivasyonlarını artırmakta, bilimsel bilgiyi yapılandırmalarına ve pratik uygulamalarda kullanmalarına imkan sağlamaktadır. Bu doğrultuda araştırma sonucunda elde edilen bulguların fen bilimleri öğretmenleri için önemli olduğu düşünülmektedir.
Problem çözme ve karar verme günümüzde bireylerin sahip olması gereken temel yeterlikler arasında gösterilmektedir. Mühendislerin problem çözme yaklaşımı olarak tanımlanan tasarım süreci çerçevesinde gerçekleştirilen tasarım temelli fen eğitimi ile öğrenciler gerçek yaşam problemlerine çözüm aramakta ve bu süreçte profesyonellerin kullandıkları karar verme stratejilerini kullanmaktadır. Bu durum araştırma bulgularını, öğrencilerine yaşam becerileri kazandırmak isteyen öğretmenler için önemli hale getirmektedir.
Gerçekleştirilen literatür çalışmasında ülkemizde tasarım temelli fen eğitimine yönelik olarak yürütülen herhangi bir araştırmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple çalışmanın daha sonra gerçekleştirilecek çalışmalara ışık tutacağı düşünülmektedir.
1.4 Sınırlılıklar
2013-2014 eğitim-öğretim yılının ilk döneminde gerçekleştirilen bu araştırmada 7.sınıf fen ve teknoloji öğretim programında yer alan Kuvvet ve Hareket ünitesine yönelik öğretim, tasarım temelli fen eğitimi çerçevesinde gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda araştırma sonucunda elde edilen bulguların;
1. Fen ve teknoloji dersi 7. sınıf Kuvvet ve Hareket ünitesi ile, 2. Uygulamanın gerçekleştirildiği 7 haftalık süre ile,
3. Çalışmanın nicel verileri için uygulamanın gerçekleştirildiği sınıfta öğrenimine devam eden 30 öğrenci, nitel verileri içinse 3 öğrenciden oluşan nitel çalışma grubuyla sınırlı olduğu ifade edilebilir.
1.5 Sayıltılar (Varsayımlar)
Gerçekleştirilen bu araştırmada;
1. Araştırmacının çalışma süresince ön yargılarından bağımsız olarak hareket ettiği, 2. Araştırma kapsamında kullanılan ölçeklerin geliştirilmesinde görüşlerine başvurulan uzmanların, yansız ve samimi bir şekilde görüş bildirdiği,
3. Öğrencilerin ölçme araçlarına objektif ve gerçekçi cevaplar verdikleri varsayılmaktadır.
1.6 Tanımlar
Bu bölümde araştırmanın temel değişkenleri konumundaki tasarım temelli fen eğitimi, mühendislik yeterlikleri ve karar verme becerisi tanımlanmıştır.
Tasarım Temelli Fen Eğitimi: Öğrencilerin hedeflenen mühendislik yeterlikleri ve fen kazanımlarını edinmelerini desteklemek için bilimsel araştırma-sorgulama ile mühendislik tasarımının bir arada işe koşulduğu öğretim yaklaşımıdır. Öğrenciler bu yaklaşım doğrultusunda gerçek yaşam bağlamını oluşturan mühendislik tasarım problemlerine mühendislik tasarım süreci çerçevesinde çalışarak çözümler üretirler. Mühendislik Yeterlikleri: Çalışma bağlamında ortaokul öğrencilerinin mühendislik disiplinine yönelik olarak bilme ve beceri boyutlarında sahip olması arzulanan yeterlikler olarak tanımlanmıştır. Bilme boyutu mühendislik disiplinine yönelik kavramsal gelişimi ifade ederken beceri boyutu bu seviye için bir problem durumu bağlamında mühendislik tasarım sürecini uygulama olarak görülmektedir.
Karar Verme Becerisi: Her bireyin günlük yaşamında karşılaşabileceği, alternatif seçenekler arasından birinin tercih edilmesini gerekli kılan durumlarda, uygun stratejileri kullanarak problem bağlamı için en uygun seçeneğin belirlenmesi becerisidir.
1.7 Kısaltmalar
TTFE: Tasarım Temelli Fen Eğitimi
MTKD: Mühendisin Tasarım Kılavuzu Dokümanları SÖG: Serbest Öğrenci Günlükleri
KHÜABT: Kuvvet ve Hareket Ünitesine Yönelik Akademik Başarı Testi KVBT: Karar Verme Beceri Testi
MYDSF: Mühendisliğe Yönelik Düşünceler Soru Formu NRC: Ulusal Araştırma Kurulu
MEB: Milli Eğitim Bakanlığı
TÜBİTAK: Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu NAE: Ulusal Mühendislik Akademisi
MDOE: Massachusetts Eğitim Departmanı PDOE: Pennsylvania Eğitim Departmanı ODE: Oregon Eğitim Departmanı
NAGB: Ulusal Değerlendirme Yönetim Kurulu NGSS: Yeni Nesil Fen Kazanımları
ITEA: Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği
BÖLÜM II: ALAN YAZIN
2.1 Fen - Teknoloji - Mühendislik ve 21. Yüzyıl
Teknoloji ve toplum arasındaki ilişkinin kökleri insanlık tarihinin başlangıcına kadar uzanmaktadır. Mızrak uçlarından modern iletişim araçlarına, paleolitik dönemde kullanılan taş aletlerden günümüzde çevremizi kuşatan bilgisayar ve internete kadar tüm teknolojiler, insanların istek ve ihtiyaçlarını karşılamak için fiziksel dünyayı şekillendirmelerine olanak sunmuş ve uygarlığın temel parçaları arasında yer almışlardır (NAGB, 2010). Yeni teknolojilerin sosyal yaşamı şekillendirmesi tarih boyunca yaşanmış bir durum olmasına rağmen tarihin hiçbir döneminde görülen değişim bugün yaşanılan kadar hızlı olmamış, ekonomik ve sosyal açıdan bu oranda büyük etkiye sebebiyet vermemiştir (NAE ve NRC, 2002).
Günümüzde toplum büyük oranda teknolojiye bağımlı hale gelmiştir (ITEA, 2007). Yaşamımızı çevreleyen bilgisayarlar, akıllı telefonlar, otomobiller, uçaklar, evler, işyerleri, ısınma-soğutma sistemleri, yiyecekler, giyecekler, sağlık hizmetleri teknoloji yoluyla yaratılmakta ve/veya yürütülmektedir (NAGB, 2010). İnsanlar, günlük yaşamlarında bir elektronik alet alırken hangi ürünü tercih etmeleri ya da hangi tür sağlık hizmetini seçmeleri gerektiği gibi temelinde teknoloji bulunan çeşitli bireysel kararlarla yüz yüze gelmektedirler. Bireylerin bu doğrultuda verecekleri kararların niteliği teknolojiye yönelik anlayışlarına bağlı olarak değişecektir. Öte yandan alınacak bazı kararlar; "ekolojik olarak hassas alanlarda petrol sondajlarının açılması" ya da "genetik mühendisliği uygulamalarının beklenmeyen sonuçlar doğurabilme riskine rağmen desteklenmesi" konularında olduğu gibi tüm toplumu etkileyecek düzeyde olabilmektedir (NAE ve NRC, 2002; ITEA, 2007; NAGB, 2010). Teknoloji yoluyla ortaya konulan ürün, araç ve süreçlerin bu şekilde çevrelediği günümüz toplumunda yaşayan tüm insanların hem toplumun bütünü hem de toplum içindeki bireysel konumlarının gereği olarak teknolojiye yönelik temel bir anlayış geliştirmesi gerekmektedir (NAE ve NRC, 2002; Cuijck, Keulen ve Jochems, 2009).
Fikirlerin yeni ve kullanışlı ürün veya süreçlere dönüşümü olarak tanımlanan inovasyon ile teknoloji arasında sıkı bir ilişki vardır. Günümüzde teknolojik inovasyonun ülke ekonomileri üzerindeki etkileri giderek büyümektedir. (NAE ve NRC, 2002; ITEA,
2007). Ulusal Araştırma Kurulu (NRC) konuyla ilgili olarak aşağıda belirtilen ifadelere yer vermiştir.
Gelecekte ekonomik kalkınmanın temel dayanağı ve yeni iş imkanlarının yaratıcısı, genel anlamda fen ve mühendislikteki gelişmeler yoluyla ortaya konulan inovasyon ile olacaktır. Ülkenin iş gücünün yalnız % 4'lük bölümü mühendisler ve fen bilimi uzmanlarından oluşmasına rağmen bu % 4'lük grup diğer % 96'lık dilim için iş fırsatları oluşturmaktadır (NRC, 2011, s.3).
Bu durum mühendislik, fen ve teknoloji ile ilgili mesleklerin toplum açısından öneminin artmasına sebep olmaktadır. Zira inovasyon için yaratıcılığın yanı sıra teknoloji, fen ve mühendislik alanlarında istidat sahibi insanlara gereksinim vardır (NAE ve NRC, 2002). Günümüzde, ülkeler için ekonominin mevcut koşulları bağlamında geleceğin mühendislerini, fen bilimleri alanında uzman insanlarını yetiştirmek ve teknoloji okuryazarlığını yaygınlaştırmak daha önce olmadığı kadar önem arz etmektedir (Miaoulis, 2009).
Son yıllarda eğitim alanındaki reform çalışmalarının merkezinde K-12 düzeyinde fen (Science), teknoloji (Technology), mühendislik (Engineering) ve matematik (Mathematics) disiplinlerinin entegrasyonunu hedef alan (STEM) öğretim programlarının yapılandırılmasının yer alması bu durumun doğal bir yansımasıdır (NAE ve NRC, 2009; NAE, 2010; Williams, 2011; Asghar, Ellington, Rice, Johnson ve Prime, 2012). Eğitimde fen, teknoloji, mühendislik ve matematik disiplinlerinin entegrasyonunun gerçekleştirilmesine yönelik bu çaba ülke politikaları bağlamında da gündeme alınmıştır. Zira Amerika Birleşik Devletleri Başkan'ı Barrack Obama tarafından açıklanan "Amerikan İnovasyon Stratejisi: Ekonomik Büyüme ve Refahı Koruma" (NEC, CEA ve OSTP, 2011) adlı raporda STEM eğitiminin yaygınlaştırılması, Amerikan İnovasyon Stratejisinin üç temel ayağından biri olarak belirlenmiştir. Benzer şekilde “Fen, Teknoloji, İnovasyon ve Sürdürülebilir Ekonomik
Kalkınma Üzerine Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa Birliği Zirvesi” 2010 - 2012
yılına ait nihai raporunda hem Avrupa Birliği Ülkeleri'nde hem de Amerika Birleşik Devletleri'nde STEM eğitiminin desteklenmesi gerektiği yönünde karar alınmıştır. Ülkemiz bağlamında ele alındığında da TÜBİTAK (2004, s.39) tarafından yayınlanan "Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları, 2003 - 2023 Strateji Belgesi"nde yer alan;
... geleceğin teknolojilerine ve bu teknolojileri destekleyen bilim alanlarına egemen olabilmek, öncelikle o konularda yetişmiş insan gücüne sahip olmayı gerektirir. Bu
insan gücü, söz konusu bilim ve teknoloji alanlarında ARGE personelini, fen ve mühendislik eğitimi almış kişileri ve sanayide çalışabilecek teknik personeli kapsar. Dolayısıyla, bu özelliklere sahip insanların yetiştirilmesi için eğitim sisteminin tüm kademelerinin dikkate alınması gereklidir. Amacımız her ne kadar ülkemiz eğitim sistemi ile bilim ve teknoloji sisteminin ara kesiti ile ilgili görünse de Vizyon 2023 çalışmasının kapsadığı zaman dilimi düşünüldüğünde eğitim sisteminin bütününün ele alınmasının kaçınılmaz olduğu görülür. Bugünün henüz okul çağına gelmemiş bebeklerinin 2023 yılının meslek insanları olacağı unutulmamalıdır.
ifadeleri, fen, teknoloji, mühendislik ve matematik entegrasyonunun sağlandığı öğretim programlarının tüm öğretim düzeylerinde kullanılması gerekliliğini işaret etmektedir. Devam eden kısımda, yukarıda tartışıldığı gibi önemi, hem ulusal düzeyde hem de uluslararası bağlamda kabul edilen fen, teknoloji, mühendislik ve matematik disiplinlerinin entegrasyonu yoluyla gerçekleştirilecek eğitim yaklaşımına (STEM) yönelik açıklamalar ele alınacaktır. Fakat bu açıklamaların öncesinde disiplinlerin entegrasyonunun ne şekilde gerçekleştirileceğine yönelik teorik çerçevenin sunulması ve bu süreci açıklayan modellerin genel özelliklerine yer verilmesi daha uygun görülmüştür.
2.2 Disiplinlerin Entegrasyonuna Yönelik Modeller
İnsanlar dünyayı anlamlandırma çabasında bütüncül bir perspektifle farklı konu alanlarına yönelik anlamlı örüntüler oluşturmak eğilimindedirler (Yıldırım, 1996). Zira gerçek yaşamda karşılaşılan problemler belirli bir disipline ait bilgi ve beceriler ile sınırlandırılamamaktadır (Beane, 1991). Günlük hayatta problemler çözülürken farklı disiplinlere ait bilgi ve becerilerin bir arada kullanılması gerekmektedir (Wang, 2012). Bu bağlamda öğrencilerin gerçek yaşamda farklı disiplinlerin birbiriyle nasıl ilişki içerisinde olduklarını algılamalarını sağlayacak, disiplinlerin entegrasyonu yoluyla gerçekleştirilecek eğitim, öğrencilerin günlük hayatlarını daha iyi yansıtacağı için öğrenilenlerin daha anlamlı olmasına hizmet edecektir (Alberta Education, 2007; Harrel, 2010). Yıldırım (1996) disiplinlerin entegrasyonunun daha olumlu bir öğrenme ortamı sağlayacağını belirtmekte ve aşağıda yer alan ifadeleri kullanmaktadır.
... disiplinler çerçevesinde bilgi ve becerilerin organizasyonu ve öğretilmesi bir dereceye kadar anlayışla karşılanmalıdır; çünkü disiplinlerin bilimsel düşünme ve araştırma becerilerinin geliştirilmesinde önemli bir yeri vardır. Ancak, sadece disipliner yaklaşımla organize edilen öğretim gerçek yaşamla bağlantı kurmakta ve bu bilgileri bütünleştirerek kullanma konusunda sıkıntılara yol açabileceği için öğrenmeyi zevksiz hale getirebilir (s. 89).
Beane (1995) disiplinlerin entegrasyonu ile öğrencilerin karmaşık ve zorlu bir süreç içerisinde bulunmalarının farklı disiplinlere yönelik alan bilgilerinde kavramsal anlayışlarını artıracağını belirtmektedir. Bu yolla öğrenciler disiplinlere yönelik bilgiler ile kişisel ve gerçek dünya deneyimleri arasında bağlantı kurarak daha anlamlı öğrenme deneyimleri yaşayacaklardır (Wang, 2012). Aynı zamanda disiplinlerin entegrasyonu ile öğrenciler bilgilerini yeni durumlarda kullanma fırsatlarına sahip olacaklardır (Nargund-Joshi ve Liu, 2013).
Eğitsel sonuçları hakkındaki görüşlerin bu şekilde ifade edildiği disiplinlerin entegrasyonuna yönelik öğretim, basit bir şekilde farklı derslere ait konu ya da kavramların bir dersin içerisinde ele alınması olarak algılanmamalıdır (Yıldırım, 1996; Smith, 2006; Wang, 2012). Merrill (2001) tarafından ifade edilen puzzle analojisi disiplinlerin entegrasyonuna yönelik doğru bir kavrayış oluşturmak için oldukça kullanışlıdır. Karmaşık şekilli parçalardan oluşan bir puzzle'da her bir parça diğer parçalarla tam bir uyum oluşturarak puzzle'ın bir bütün olarak elde edilmesine imkan sağlar. Fakat bu parçalardan yalnızca birinin eksikliği bile bu bütünlüğü bozacaktır.
Kotar, Guenter, Metzer ve Overholt (1998) disiplinlerin entegrasyonunu insanların gerçek yaşamda nasıl çalıştıkları ve öğrendikleri ile çok benzeyen bir öğrenme - öğretme yaklaşımı, "bütün onu oluşturan parçaların toplamından daha fazlasıdır" düşüncesiyle öğrencilerin öğrenmeleri arasında bağlantılar oluşturmalarına yardımcı olan güçlü bir müfredat hareketi olarak tanımlamaktadırlar (Akt. Smith, 2006, s. 23).
Lederman ve Niess (1997) bu düşünceyi açıklamak için bir kimya analojisinden yararlanmakta ve disiplinlerin entegrasyonunu farklı bileşenlerden oluşan kimyasal bir bileşikle eşleştirmektedir. Zira kimyasal bileşiklerde bileşenler kendi özelliklerini yitirirler, oluşan bileşik ise kendine has özelliklere sahip olur. Tüm bu açıklamalar doğrultusunda disiplinlerin entegrasyonu, kavramları daha anlamlı bir şekilde öğretmek
amacıyla farklı konu alanlarına yönelik bilgi, beceri ve değerlerin bütünleştirildiği bir yaklaşım ya da öğretim stratejisi olarak tanımlanmaktadır (Wang, 2012).
Disiplinlerin entegrasyonun nasıl sağlanacağına yönelik olarak ilgili literatürde çok sayıda model yer almaktadır. Smith (2006) bu durumun temel sebebini entegrasyon sürecinin öznel bir şekilde onu oluşturan kişi tarafından şekillendirilebilir oluşuna bağlamaktadır. Bu durum her uygulama için farklı bir model tanımlanabileceği anlamına gelse de birçok araştırmacının bu modelleri sınıflandırma yoluna gittikleri görülmektedir. (Fogarty, 1991; Petrie, 1992; Lederman ve Niess, 1997; Drake ve Burns, 2004).
Drake ve Burns (2004) ve Petrie (1992) disiplinlerin entegrasyonuna yönelik multidisipliner, interdisipliner ve transdisipliner olmak üzere 3 yaklaşım tanımlamaktadırlar.
2.2.1 Multidisipliner Yaklaşım
Multidisipliner yaklaşımda öğrencilerden farklı derslerde benzer zamanda öğrendiklerini bir konu ya da bir tema yoluyla bir araya getirmeleri beklenmektedir (Drake ve Burns, 2004). Bu sebeple bu yolla ortaya çıkacak sonuç entegrasyondan ziyade ekleme, yürütülen faaliyetler ise takım çalışmasından ziyade grup çalışması olarak ifade edilmektedir (Petrie, 1992).
2.2.2 İnterdisipliner Yaklaşım
Lederman ve Niess (1997) bu yaklaşımın multidisipliner yaklaşımdan farkını açıklarken çorba analojisinden yararlanmışlardır. Multidisipliner yaklaşımı heterojen yapıdaki şehriyeli tavuk çorbasına benzeten araştırmacılar, interdisipliner yaklaşımı tüm bileşenlerin (derslerin) homojen yapıda, birbirinden ayırt edilemeyen bir karışım oluşturduğu domates çorbasına benzetmektedirler.
İnterdisipliner yaklaşımda program, disiplinler arasındaki sınırların ortadan kalktığı farklı öğrenme alanlarına yönelik ortak öğrenmeyi sağlayacak şekilde organize edilir (Nargund-Joshi ve Liu, 2013). Bu yaklaşımda konu ya da temaların ötesinde öğrenme alanları (disiplinler) düzeyinde bağlantı söz konusudur (Drake ve Burns, 2004). Wang (2012) interdisipliner yaklaşımı, öğrencilerin matematik, fen gibi farklı öğrenme alanlarına yönelik bilgileri yapılandırmalarına imkan tanıyan ve bu bilgileri bir arada
kullanmalarını gerektiren "güneş enerjisi ile çalışan bir araç yapma" örneği ile açıklamaktadır. Bu yaklaşımda odak noktası yukarıda belirtilen (güneş enerjisi ile çalışan araç) örnekte olduğu gibi "büyük fikir" üzerindedir (Drake ve Burns, 2004).
2.2.3 Transdisipliner Yaklaşım
Transdisipliner yaklaşımda ise odak farklı öğrenme alanlarından ziyade gerçek yaşam konularıdır (Alberta Education, 2007). Bu yaklaşımda amaç disiplinlere yönelik bilgi ve becerilerden ziyade öğrencilerin gerçek yaşam konularının disiplinlerle olan karşılıklı etkileşimini ve bunların insan hayatını nasıl etkilediğini anlamalarını sağlamaktır (Alberta Education, 2007; Drake ve Burns, 2004; Wang, 2012).
Anlamlı öğrenmenin gerçekleşebilmesi için öğrencilerin sınıfta öğrendikleri ile kendi yaşam deneyimleri arasında bağlantı kurmaları gerekmektedir (Kolodner et al., 2003). Bu sebeple yukarıda bahsi geçen modellerden hangisi kullanılırsa kullanılsın başarılı bir entegrasyon için gerçek yaşam bağlamı ele alınmalıdır. Bu yolla öğrenciler gerçek yaşam problemlerinin çözümü için farklı disiplinlerin birbirleri ile nasıl bağlantılı olduklarını keşfederek hem disiplinlere yönelik alan bilgilerini hem de problem çözme becerilerini geliştirebilirler. Özetle başarılı bir entegrasyon öğrencilerin problem çözme sürecini destekleyecek gerçek yaşam problemlerini içermelidir (Wang, 2012; Nargund-Joshi ve Liu, 2013).
2.3 STEM Eğitim Yaklaşımı
21. yüzyıl toplumlarının fen ve teknoloji okuryazarı vatandaşlara duydukları gereksinim; öğrencilerin eğitim yoluyla fen, teknoloji, mühendislik ve matematik alanlarında temel kavramsal anlayış ve beceriler geliştirmeleri gerektiği yönünde bir görüş birliği oluşturmasına rağmen çoğunlukla bu alanlardan yalnızca fen ve matematik K-12 düzeyindeki öğretim programlarında yer almaktadır (NAE, 2010). Bybee (2010) bu durumu STEM eğitiminin önündeki temel engellerden biri olarak tanımlamakta ve teknoloji ile mühendislik disiplinlerinin öğretim programlarına dahil edilmesi gerektiğini belirtmektedir. Fakat bu disiplinlerin tamamının öğretim programlarına dahil edilmesi dahi STEM eğitiminin başarısı için yeterli görülmemektedir (Dugger, 2010). Zira ABD'de az sayıdaki okul STEM disiplinlerinin tamamına yer veren öğretim
programlarına sahip olmasına rağmen bu programlarda fen, teknoloji, mühendislik ve matematik ayrı alanlar olarak ele alınmakta ve aralarındaki bağlantılara çok az yer verilmektedir (Breiner, Harkness, Johnson ve Koehler, 2012). Bu durum fen bilimleri ve teknoloji uzmanlarının, matematikçilerin ve mühendislerin problemleri çözmek için takım olarak bir arada çalıştıkları teknoloji geliştirme süreçleri ve gerçek yaşam araştırmalarındaki duruma tezat oluşturmaktadır (NAE ve NRC, 2009). Oysa STEM eğitimi, bu alanlardaki profesyonellerin çalışmaları ile mümkün olduğunca bağlantılı olmalıdır (Wang, 2012). Roberts (2012) bu duruma paralel olarak STEM eğitim yaklaşımının disiplinler arasındaki sınırların kaldırıldığı, entegre bir öğretimi gerektirdiğini belirtmektedir. Zira öğrencilerin, STEM kavramlarının gerçek yaşam problemlerindeki uygulamalarına yönelik anlayışlarını geliştirmek için bu entegrasyona ihtiyaç duyulmaktadır (Asghar, Ellington, Rice, Johnson ve Prime, 2012).
STEM disiplinlerinin tamamının vurgulandığı entegre programlar yoluyla öğretimin gerçekleştirilmesi düşüncesi STEM eğitiminin doğasına en uygun yaklaşım olmasına rağmen formel eğitimde pratik uygulamalar bağlamında bunun gerçekleştirilebilmesi çok mümkün olmamaktadır. Zira okulların ve öğretim programlarının bugünkü yapısı kazanımlar, kapsam, öğretim etkinlikleri ve değerlendirme yaklaşımları açısından bahsi geçen entegrasyona elverişli değildir (NRC, 2012; Bybee, 2010; NAE ve NRC, 2009). Bu durum STEM eğitiminin farklı şekillerde ele alınması sonucunu doğurmuştur. Bu doğrultuda ele alınan yaklaşımlardan biri STEM disiplinlerinden bir ya da ikisi üzerine odaklanılması durumudur (Sanders, 2009). Dugger (2010), "SteM" olarak adlandırdığı bu eğilimde, teknoloji ve mühendisliğin geri plana itildiğini belirtmektedir. Teknoloji ve mühendislik üzerinde çok az vurgu yapan bu yaklaşım ile STEM eğitimine yönelik beklentilerin karşılanması mümkün değildir (Bybee, 2010). Bir diğer yaklaşım STEM disiplinlerinden birinin ayrı ayrı diğer disiplinler içerisine dahil edilmesidir. Mühendislik disiplinine fen, matematik, teknoloji dersleri içerisinde yer verilmesi bu yaklaşıma örnek olarak verilebilir. Fakat bunun yerine STEM disiplinlerinden birinin içerisine diğer STEM disiplinlerinin dahil edilmesi daha uygun bir yaklaşım olarak görülmektedir. Fen dersi bağlamında gerçekleştirilecek matematik, mühendislik ve teknoloji entegrasyonu bu yaklaşıma örnek olarak verilebilir (Dugger, 2010). Bybee (2010) bu yaklaşıma uygun olarak K-12 düzeyinde öğretim programlarında yer alan fen ve matematik dersleri kapsamına diğer STEM disiplinlerinin entegre edilmesini en
