Editörler
Doç. Dr. Mehtap YILDIRIM Gülsüm Yasemin UZ
Ankara 2020
Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktiviteleri
(Ortaokul Fen Bilimleri Öğretim Programı
Kazanımlarına Uygun)
Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktiviteleri (Ortaokul Fen Bilimleri Öğretim Programı Kazanımlarına Uygun) Editörler
Doç. Dr. Mehtap YILDIRIM Gülsüm Yasemin UZ
©Tüm Hakları Saklıdır.
Bu kitabın Türkiye’deki basım, yayın ve satış hakları Anı Yayıncılık Eğitim ve Danışmanlık San. Tic.
Ltd. Şti.’ne aittir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri herhangi bir bilgi depolama ve erişim sistemiyle, mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik veya başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, aktarılamaz, dağıtılamaz.
Yayıncı Sertifika No : 16003
e-ISBN : 978-605-170-430-2 Kapak Tasarımı : Kezban KILIÇOĞLU Mizanpaj : Göksel ÇAKIR Dil Kontrol : Göksel ÇAKIR
KÜTÜPHANE BİLGİ KARTI Editörler
YILDIRIM, Mehtap UZ, Gülsüm Yasemin Anı Yayıncılık, Ankara/Türkiye 2020, 1. Baskı, viii+256 Sf., 16x24 cm e-ISBN: 978-605-170-430-2
Eğitim, Fen Bilimleri, Ortaöğretim, STEM
STEM, 5E Öğrenme Modeli, Sorgulama, Öğretim, Açık Kaynak Kodlu Yazılım, Fen Öğretimi, Akti- vite, Plan, Uzay, Ses, Ortam, Işık, Micro:bit, Uyarı, Güvenli Viraj, Gaz Savar, Ses Ölçer, Astronot, Bitki, Akıllı İlaç, Deprem, Mevsim, Su Sebili, Araba Yarışları, Hava Kalitesi Ölçer
Anı Yayıncılık Kızılırmak Sokak 10/A Bakanlıklar/Ankara Tel: 0 312 425 81 50 pbx
e-posta: aniyayincilik@aniyayincilik.com.tr http://www.aniyayincilik.com.tr
A harfinin evrimi
Bugünlerin en ilgi çekici ve moda fen öğretim yaklaşımı hiç tartışmasız STEM’dir.
John Dewey’den beri süregelen yaparak yaşayarak öğrenme birçok yaklaşıma ilham kaynağı olmuştur. STEM yaklaşımı da bunlardan biridir. Zaman ilerle- dikçe ve teknoloji geliştikçe teknolojinin, mühendisliğin ve matematiğin fenle bütünleştirilerek verilmesinin önemi daha da artmış ve günlük hayat problemle- rini çözmeye koşulmuş öğrencilerin bunu disiplinler arası bir yaklaşımla yapa- bilmesinin onlara sadece bilgi değil birçok beceri de kazandırdığı görülmüştür.
21. Yüzyıl becerileri olarak adlandırılan ve hızla değişen çağa uyum sağlayabi- lecek nesiller yetiştirilmesi için hedeflenen bu becerilerin kazandırılması fen öğ- retiminin de amaçlarından olmuştur. Fen Öğretim Programı, yapılandırmacılık felsefesiyle hazırlanmış sorgulamaya dayalı öğrenme yaklaşımı ile ele alınmış bir programdır. Bu nedenle bu kitapta sorgulamaya dayalı yaklaşımı hedefleyen ve içerisinde disiplinler arası bir iş birliği ile çözülebilecek gerçek hayat prob- lemleri çerçevesinde yürüyen ders planları oluşturulmuştur. Bu planlarla fen öğ- retirken STEM yaklaşımını ve sorgulamaya dayalı öğrenmeyi kullanmakta zor- lanan öğretmen ve öğretmen adaylarına yol göstermesi hedeflenmiştir. Bunun için ortaokul öğretim programlarındaki kazanımlara yönelik tasarım içeren ak- tiviteler hazırlanmıştır. Bu aktivite örneklerinin öğretmen, lisans ve lisansüstü öğ- rencilerinin derslerine ve uygulamalarına kaynaklık edeceği düşünülmektedir.
Özellikle tasarımlar içerisine açık kaynak kodlu yazılımlar konularak hem öğ- rencilerin hem de öğretmenlerin bu kodlamalar yardımıyla teknolojiyi daha fazla kullanabilmeleri hedeflenmiştir. Çünkü birçok öğretmen ve öğretmen ada- yının kodlamayı bilmedikleri, kullanmaktan çekindikleri görülmektedir. Bu ne- denle kitapta yer alan örneklerde herkesin kolaylıkla kullanabileceği açık kod- lara, neyi nerede bulabileceklerine ve nasıl kullanabileceklerine dair bilgilere de yer verilmiştir. STEM uygulamaları; fen, teknoloji, mühendislik ve matematik kavramlarının entegre edilerek tasarımlar yapılmasından oluşmaktadır. Bu ki- tapta bu entegrasyon matematik ve mühendisliğin yanı sıra kodlama ve elekt-
ÖN SÖZ
ronik uygulamalar yardımıyla yapılmıştır. Bunun tercih edilmesinin sebebi öğ- retmen ve öğretmen adaylarının bu tarz uygulamalara yönelik dezavantajlarıdır.
Çünkü çoğu öğretmen ve öğretmen adayı bu konularla ilgili eğitim alma şansı bulamamışlardır. Bu kitapta STEM ile SDÖ yaklaşımını birleştiren ve 5E modeli içerisinde özellikle güncel Fen Bilimleri Öğretim Programı kazanımları ve onunla beraber kullanılabilecek matematik, teknoloji ve mühendislik kazanımlarını he- defleyen tasarımlara yer verilmiştir. Ayrıca bu tasarımlar daha yenilikçi tarzdaki kodlamalar ve elektronik uygulamalarla zenginleştirilmiştir. Bu uygulamaların neler olduğu, ne şekilde kullanılabileceği ve nereden ulaşılabileceği ile ilgili ör- nekler teşkil etmesi ve Fen Öğretim Programında geçen kazanımlarla nasıl bir- leştirilebileceğinin gösterilmesi açısından bu kitabın faydalı olacağı düşünül- mektedir.
Sonuç olarak bu kitapta fen bilimleri öğretmenleri ve öğretmen adaylarına ör- nek teşkil edecek şekilde SDÖ yaklaşımını hedef alarak hazırlanan 5E Modeli içerisine yerleştirilmiş STEM aktivitelerine yer verilmiştir. Kitaptaki aktiviteler Mar- mara Üniversitesi Fen Bilgisi Öğretmenliği Doktora Programında Fen Eğitiminde Teknoloji Kullanımı adlı dersi alan sekiz doktora öğrencisi ve iki özel öğrenci tarafından geliştirilmiş ve planlanmıştır. Kitabın ilk bölümünde sorgulamaya da- yalı öğrenme ve 5E öğrenme modeli tanıtılmıştır. İkinci bölümde STEM yaklaşı- mından, kodlamaların nasıl ele alındığından ve hangi programların kullanıla- bileceğinden bahsedilmiştir. Üç, dört, beş ve altıncı bölümlerde beşinci, altıncı, yedinci ve sekizinci sınıf fen bilimleri dersi kazanımları odağında dörder aktivite planı hazırlanmıştır. Her planda bir örnek tasarım verilmiş ve öğretmenlerin öğ- rencileri ile yeni tasarımlar yapabilmeleri için yönergeler içeren etkinlik kâğıtları oluşturulmuştur. Tasarımlarla ilgili örnek kodlar yazılmış, kolay ulaşılabilir ve ekonomik malzemelerle yapılmasına dikkat edilmiştir.
Bu kitap Fen Öğretim Programı kazanımları odağında uygulamalı örnekler içer- mesi açısından önem taşımaktadır. Zira öğretim programı kazanımlarına yöne- lik olması ve kolay ulaşılabilir, ucuz ve geri dönüşebilir malzemelerle bütünleş- tirilmiş kodlama ve elektronik malzemeler içeren tasarımları örneklemesi ile öğ- retmenlere, öğretmen adaylarına, lisansüstü öğrencilerine katkı sağlayacağı dü- şünülmektedir.
Kitabın hazırlanmasında büyük emeği olan sevgili öğrencim Gülsüm Yasemin’e doktora eğitimi boyunca STEM ile ilgili edindiği bilgileri tüm açıklığı ve özveri- siyle yeni yetişen doktora öğrencilerimizle paylaşması ve onların bu tasarımları gerçekleştirmesindeki katkılarından dolayı ayrıca teşekkür ederim. Yine kitapta bölüm yazarları olarak yer alan değerli öğrencilerim Uğur, Gözde, Sibel, Gök- han, Lerna, Özge, Figen, Şeyma, Cansu ve Banu’ya katkılarından dolayı teşek- kür ederim.
Editör Doç. Dr. Mehtap YILDIRIM
BÖLÜM 1
Neden STEM, Neden 5E Öğrenme Modeli ve Neden Sorgulamaya Dayalı Öğretim? ______________________________________________________ 1 Doç. Dr. Mehtap YILDIRIM
BÖLÜM 2
Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktivitelerinin Fen Öğretiminde Yeri ve Önemi ______________________________________________________ 9 Gülsüm Yasemin UZ
BÖLÜM 3
5. Sınıf Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktivite Planları _____ 15 Aktivite 1: Uzay Yolculuğu _______________________________________ 15 Uğur SARIÇAM
Aktivite 2: Ses Hızına Bağlı Ortam Sıcaklığı Ölçer ___________________ 33
İÇİNDEKİLER
Gökhan ÇALGICI
Aktivite 3: Işık Ölçer ____________________________________________ 45 Banu KARA
Aktivite 4: Micro:bit ile Uyarı Sistemi Geliştirme _____________________ 58 Uğur SARIÇAM
BÖLÜM 4
6. Sınıf Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktivite Planları _____ 73 Aktivite 5: Güvenli Viraj _________________________________________ 73 Şeyma ÇALLI
Aktivite 6: Gaz Savar ___________________________________________ 92 Lerna GÜRLEROĞLU
Aktivite 7: Ses Ölçer ___________________________________________ 109 Şeyma ÇALLI
Aktivite 8: Dokun İşit Kavra _____________________________________ 126 Lerna GÜRLEROĞLU
BÖLÜM 5
7. Sınıf Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktivite Planları ____ 141 Aktivite 9: Astronotlar Çimlendiriyor! _____________________________ 141 Merve Cansu İNCE
Aktivite 10: Bitkimi Besliyorum __________________________________ 155 Sibel ADIGÜZEL
Aktivite 11: Akıllı İlaç Taşıma Çantası _____________________________ 172 Gözde ÇALIŞKANER NİBAT
Aktivite 12: Deprem Bilekliği ____________________________________ 185 Sibel ADIGÜZEL
İçindekiler / vii
BÖLÜM 6
8. Sınıf Açık Kaynak Kodlu Yazılımlar İçeren STEM Aktivite Planları ____ 201 Aktivite 13: Mevsim Modeli _____________________________________ 201 Figen UZUN
Aktivite 14: Su Sebili ___________________________________________ 215 Figen UZUN
Aktivite 15: Araba Yarışları _____________________________________ 229 Özge KÖNGÜL
Aktivite 16: Hava Kalitesi Ölçer__________________________________ 240 Özge KÖNGÜL
Neden STEM, Neden 5E Öğrenme Modeli ve Neden Sorgulamaya Dayalı Öğretim?
Mehtap YILDIRIM1
Ülkemizde 2004 yılından itibaren fen öğretim programlarında köklü değişiklik- lere gidilmiş olup yapılandırmacı yaklaşımın esas alındığı öğrenci merkezli öğ- retimler önerilmiştir. Bu değişikliğin ardından 2013 ve 2017 yılında yapılan Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programları revizyonunda, Sorgulamaya Dayalı Öğ- renme (SDÖ) yaklaşımı, öğrencinin kendi öğrenmesinde sorumluluk alarak bil- giyi zihninde yapılandırmasını hedeflemesi nedeniyle özellikle ön plana çıkarıl- mıştır (MEB, 2013; MEB, 2017). SDÖ yaklaşımı yapılandırmacı öğrenme teori- sine dayanır. Çünkü yapılandırmacı öğrenme stratejileri, eleştirel ve yaratıcı dü- şünme yoluyla sorgulama ve problem çözme yoluyla öğrenmeye olanak sağlar (Ismail ve Elias, 2006).
Ulusal Araştırma Konseyi’ne (NRC) göre SDÖ, “öğrencilerin fen öğrenimine ak- tif katılmasıdır”. SDÖ yeni değildir ve nispeten 1993 yılından itibaren bilimsel okuryazarlık kapsamı içerisinde, 1996 yılından itibaren de NRC tarafından ha- zırlanan Ulusal Eğitim Standartlarında (NSES) yer alarak fen öğretimi içinde ayrı bir önem verilmiştir (Lederman, Abell & Akerson, 2008). Fen eğitimcileri SDÖ’nün fen öğretiminde istenilen hedef olduğu konusunda hemfikirdirler. Ulu- sal Fen Öğretmenleri Derneği, öğrencilerin “soru sormalarının, araştırmaları- nın, uygun araçlar kullanarak veri toplamalarının, toplanılan veriler arasındaki
1 mehtap.yildirim@marmara.edu.tr
BÖLÜM 1
ilişkileri mantıklı olarak açıklamalarının ve sonuçlandırmalarının geliştirmesinin gerekli olduğunu belirtmiştir (Martin, 1997).
SDÖ, öğrencinin çalışmasını teşvik eden bir öğrenme yöntemidir ve aynı za- manda bir öğrenme aracıdır. Bilgilerin oluşturulmasını sağlayarak öğrencilerin gerçek dünya ile ilgili problemleri görmesi ve bu problemlere çözüm yolu üret- mesine dayanmaktadır.
SDÖ yaklaşımının esasını, fen kavramlarını bilime dayalı olarak öğrenme ve öğretme oluşturur. Bu nedenle öğretim ve öğrenme sürecinde bilimsel araştırma yöntemleri ile öğretim ve öğrenme stratejilerinin etkin bir şekilde entegre edildiği görülmektedir (Bybee, 2006). Sorgulamalar öğretmen rehberliğinde öğrenciler tarafından gerçekleştirilir. Bu sorgulamalar, cevapların bulunması, doğrulan- ması, açıklanması, bilgilerin kazanılması, metotların ve tekniklerin kullanılma- sının öğrenilmesi ile sonuçlandırılır. SDÖ genel olarak bir problem geliştirmeyle başlar ve bu probleme yönelik bir hipotez kurmak, bu hipotezi test etmek için deneysel bir tasarım oluşturmak, o esnada veri toplamak, kaydetmek, analiz etmek, analizlerden sonuçlar çıkarmak, sonuçlardan genellemeler yapmak ve paylaşmak şeklinde devam eden bir öğrenme döngüsüdür (Dell’Olio & Donk, 2007). Diğer bir ifadeyle öğrencilerin bir bilim insanı gibi çalışıp dünyada olan bitenleri ve doğanın gerçeklerini anlamaya ve anlamlandırmaya çabalamaları söz konusudur (Duban, 2014).
SDÖ öğrencinin öğretim süreçlerinin kalbinde olmasına ve gerçek öğrenmenin sağlanmasına izin veren bir stratejidir. Öğrenci bilgi dağarcığını ve zekâsını kul- lanarak daha fazla ön planda olması bir bakıma araştırmada aktif rol alıp baş aktör olmasını isteyen bir yöntem olmasından dolayı gerçek ve anlamlı öğrenme için avantaj sağlamaktadır.
SDÖ öğrencilerin bilim adamlarının rolünü aldıkları ortamı yaratma sanatıdır.
Bu durumlarda, öğrenciler olayı gözlemlemek ve sorgulamak için girişimde bu- lunurlar; ne gördüklerini açıklama, teorilerini desteklemek için testler düzenler- ler; verileri analiz ederler; deneysel verilerden sonuçlar çıkarırlar; model düzen- ler ya da oluştururlar ya da bunlardan herhangi birini birleştirirler.
Bu öğrenme ortamları açık uçludur, yani sadece tek bir doğru cevap bulmayı amaçlamazlar. Bununla beraber, öğrenciler belli standartlar altında çalışırlar.
Çok iyi ve doğru gözlem yapmayı öğrenirler ve anlamlı bazı testler ya da araş- tırmalarla bir kısmı ya da tamamı cevaplanabilir sorular ortaya çıkarırlar. De- neme ve yanılmalara katılırlar ve dikkatlice analiz yapmayı ve nedenleri bulmayı öğrenirler.
SDÖ sürecinde öğrenci bir bilim insanı edasıyla sorgulama sürecine yönelik problem belirleyebilme, araştırma yapabilme, veri toplama ve analizi yapa- bilme, eldeki verileri kullanarak açıklamalar yapabilme ve sonuçlarla ilgili bağ-
Ortaokul Fen Bilimleri Öğretim Programı Kazanımlarına Uygun / 3 lantı kurabilme gibi becerilere sahip olması beklenmektedir. O nedenle öğret- menlerin SDÖ sürecinde iyi bir rehber olması önemlidir (Varelas, 1996; Metz, 2004).
Bir öğretmen bu yöntemi uygulamadan evvel bazı hazırlıklar yapmalı ve kendi- sine şu soruları sormalıdır (Meirieu, 1993):
Benim amacım nedir? Sunduğum bu problemle öğrenciye kazandırtmak istediğim nedir?
İletişimi çözümü yeniden yapılandırmayı sağlayabilmek için ne tür gö- revler vermeliyim?
Hangi düzenlemeleri yapmalıyım?
Hangi materyalleri, dokümanları, araçları birleştirmeliyim?
Öğrencilere görevlerini tamamlayabilsinler diye önerdiğim materyalleri kullandırtmak için ne tür amaçlar vermeliyim?
Öğrenme esnasında öğrencilerin farklı konulara girişini engellemek için ne tür sınırlamalar koymalıyım?
Farklı stratejilere göre durumu tartışmaya izin veren hangi aktiviteleri önermeliyim? Araçları, yöntemleri, rehberlik derecelerini, sınıflandırma modellerini nasıl çeşitlendirebilirim?
Sorgulamaya dayalı öğrenme yönteminin etkili olması için yapılması gerekenler;
Verilenler, öğrencinin bilgi dağarcığı içerisinde bir anlam içeriyor olma- lıdır.
Öğrenci problemin içinde cevap olabileceğini göz ardı etmemelidir.
Öğrenciler onların ön bilgilerini de hesaba katan bir problemin içerisine sokulmalıdırlar. Ama cevap kesin olmamalıdır. Bu demek oluyor ki öğ- renci soruyu hemen cevaplayamamalı, soruya tam bir cevap bulurken bir takım kanıtlar geliştirebilmelidir.
Problem zengin olmalıdır. Bu demektir ki istenen bilgiler yeterince çeşitli olmalı ama aşırıya kaçılmamalıdır, öğrencinin bireysel ya da grup ola- rak çözebileceği karmaşıklıkta olmalıdır.
Problem, öğrenciler sorular sorabilsinler diye, soruların çeşitliliği bakı- mından açık uçlu olmalıdır.
Problem farklı alanları entegre edecek şekilde (en azından 2 farklı alan, fizik, geometri, grafik gibi) olmalıdır.
Problemin çözümü ile öğrencilere kazandırılmak istenen bilgiler öğrenci seviyesine uygun olmalıdır.
Bununla birlikte, sınıfta yapılacak sorgulamaya dayalı uygulamalar, fen bilimleri öğretiminin ana kaynağı olarak ders kitabı bağımlılığından öğrencilerin öğ- renme durumlarının merkezi olduğu daha uygulamalı bir yaklaşıma geçişi zo- runlu kılabilir (Duran ve Duran, 2004). SDÖ program reformları sonrası ülke çapında yaygın olsa da, birçok öğretmen SDÖ’yi destekleyen fen dersleri tasar- lamanın yollarından habersiz olabilir. Oysa SDÖ uygulamalarının sınıfta akta- rılması ve uygulanması öğretim tasarımı için pratik araçlar veya şablonlar kul- lanılarak gerçekleştirilebilir. Örneğin, öğretmenlere sorgulamaya dayalı ders- lere giriştiklerinde, onlara yardımcı olabilecek bir stratejinin veya bir öğrenme döngüsünün kullanılması işe yarayabilir (Abraham, 1997). Öğrenme döngüle- rinin çeşitli varyasyonları olsa da, burada SDÖ’yi desteklemek için bir yöntem olarak vurgulanacak olan 5E Öğretim Modeli'dir (Bybee & Landes, 1990).
5E Öğrenme Modeli
5E öğrenme Modelinin tarihi, 1950'lerde bir ilkokul fen müfredatı projesi olan Bilim Müfredatını Geliştirme Çalışması'na (SCIS) dayanmaktadır (Atkin &
Karplus, 1962 akt. Duran & Duran, 2004). Bu öğrenme döngüsü modeli, eği- timi yerleşik bir planlama yöntemine dayanarak çeşitli aşamalara ayırır ve bi- reylerin nasıl öğrendikleri, bilimin doğasının yapılandırmacı fikirleri ve Jean Pi- aget'in gelişim teorisi ile ilgili çağdaş teorilerle tutarlıdır (Duran & Duran, 2004).
5E Öğrenme Modeli (Bybee & Landes, 1990) bilişsel psikoloji, yapılandırmacı yaklaşım ve fen öğretimindeki en iyi uygulamalara dayandırılarak bir fen dersi planlamak için kullanılabilir. 5E öğrenme modeli yapılandırmacı ilkelere odak- lanır ve olayların açıklanması ve araştırılması, sonuçları desteklemek için kanıt- ların kullanılması ve deneysel tasarım üzerinde durulur (Duran & Duran, 2004).
Bybee tarafından geliştirilen 5E modelinde beş aşamalı bir ders planlaması var- dır. Bunlar; giriş (engage), keşfetme (explore), açıklama (explain), derinleştirme (elaborate) ve değerlendirme (evaluation) aşamalarıdır (Keser, 2003).
Bybee (1997), bu yaklaşımı kullanarak, öğrencilerin kendi düşüncelerini ve ak- ranlarıyla ve çevreleriyle etkileşim yoluyla ön kavramlarını yeniden tanımladı- ğını, yeniden düzenlediğini, detaylandırdığını ve değiştirdiğini ifade etmektedir (Duran & Duran, 2004).
Duran ve Duran (2004) Bybee (1997)’den geliştirdiği 5E öğrenme modelinin aşamalarını aşağıdaki gibi açıklamıştır:
Giriş (Engagement): Döngünün bu ilk aşamasında, öğretmen öğrencinin ön bil- gilerini değerlendirmeyi ve/veya olası yanılgıları belirlemeyi amaçlar. Bu öğ- renci merkezli aşama, yaklaşan konu hakkında daha fazla bilgi edinme arzusu yaratabilen motivasyonel bir dönem olmalıdır. Öğrenciler dikkat çekici bir açılış sorusu üzerine beyin fırtınası yapabilir veya kendilerine şu soruyu sorabilir: “Bu konu hakkında önceden ne biliyordum?” Çelişkili olaylar anlatan senaryo ve karikatürler, gösteri deneyleri, sorgulama içeren tartışmalar gibi tekniklerle ilgi
