Kimya Derslerinde STEM Yaklaşımına Dayalı Örnek Etkinliklerin Tasarlanması: Sis Yakalama Ağı
Özet
Bu çalışma, kimya derslerinde STEM (Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) yaklaşımına dayalı olarak geliştirilen "Sis Yakalama Ağı" başlıklı örnek bir öğretim etkinliğini ve bu etkinliğin teorik alt yapısını kapsamlı bir şekilde sunmaktadır. Tarihsel süreçte ABD'deki ekonomik ve teknolojik rekabetin bir sonucu olarak eğitim reformu niteliğinde ortaya çıkan STEM eğitimi, disiplinler arası bütüncül bir yaklaşımla öğrencilerin 21. yüzyıl becerilerini, akademik başarılarını, duyuşsal gelişimlerini ve mesleki farkındalıklarını artırmayı hedeflemektedir. Yapılandırmacı öğrenme kuramına ve 5E öğrenme döngüsü modeline (Giriş, Keşfetme, Açıklama, Derinleştirme, Değerlendirme) uygun şekilde kurgulanan bu araştırmada Entegre STEM eğitim yaklaşımı esas alınmıştır. Ortaöğretim kimya öğretim programında yer alan "Doğa ve Kimya" ünitesinin "Su ve Hayat" konusu çerçevesinde 4 ders saati sürecek şekilde planlanan etkinlikte, öğrenciler birer çevre mühendisi rolünü üstlenmektedir. Öğrencilerden küresel su krizine yenilikçi bir çözüm üretmek amacıyla alternatif bir içme suyu elde etme yöntemi olan sis yakalama ağı prototipi tasarlamaları, bütçe ve maliyet analizleri yapmaları, matematiksel hesaplamalar gerçekleştirmeleri, ürünlerini değerlendirmeleri ve toplumsal farkındalık oluşturacak bir hikaye kaleme almaları istenmektedir. Sonuç olarak bu uygulama, soyut kimya kavramlarını günlük yaşamla ilişkilendirip somutlaştırarak öğrencilerin üst düzey düşünme, problem çözme, yaratıcılık ve girişimcilik becerilerini geliştirmeyi amaçlamaktadır.
This study comprehensively presents a sample instructional activity titled "Fog Catching Net," developed based on the STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) approach in chemistry classes, along with its theoretical foundation. STEM education, which emerged historically as an educational reform resulting from economic and technological competition in the USA, aims to enhance students' 21st-century skills, academic achievement, affective development, and career awareness through an interdisciplinary holistic approach. Built upon constructivist learning theory and the 5E instructional model (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate), this research adopts the Integrated STEM education approach. Planned for 4 class hours within the scope of the "Water and Life" topic of the "Nature and Chemistry" unit in the secondary chemistry curriculum, students assume the role of environmental engineers during the activity. Students are requested to design a fog-catching net prototype—an alternative method for obtaining drinking water to provide an innovative solution to the global water crisis—perform budget and cost analyses, conduct mathematical calculations, evaluate their products, and write a story to raise social awareness. Consequently, by contextualizing and making abstract chemistry concepts concrete through daily life connections, this activity aims to foster students' higher-order thinking, problem-solving, creativity, and entrepreneurship skills.
Referanslar
Barry, D. M., & Kanematsu, H. (2006). International program to promote creative thinking in chemistry and science. The Chemist, 83(2), 10-14.
Becker, K., & Park, K. (2011). Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students' learning: A preliminary meta-analysis. Journal of STEM Education: Innovations and Research, 12(5/6), 23.
Brooks, J. G., & Brooks, M. G. (1993), The case for constructivist classrooms, Virginia: ASCD Alexandria Press. http://www.ascd.org /publications/ books/ 199234. aspx 15.05. 2021 tarihinde erişildi.
Bybee, R. W. (1997). Achieving scientific literacy: From purposes to practices. Heinemann, 88 Post Road West, PO Box 5007, Westport, CT 06881.
Bybee, R. W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30-35.
Bybee, R. W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. NSTA press.
Bybee, R. W., Taylor, J. A., Gardner, A., Van Scotter, P., Powell, J. C., Westbrook, A., & Landes, N. (2006). The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness. Colorado Springs, Co: BSCS, 5, 88-98.
Campbell, M. (2006). The Effects of the 5e learning cycle model on students’ understanding of force and motion concepts. (Unpublished master’s thesis). University of Central Florida Department of Teaching and Learning Principles, Florida.
Corlu, M. S., Capraro, R. M., & Capraro, M. M. (2014). Introducing STEM education: Implications for educating our teachers for the age of innovation. Eğitim ve Bilim, 39(171), 74-85.
Cousins, A. (2007). Gender inclusivity in secondary chemistry: A study of male and female participation in secondary school chemistry. International Journal of Science Education, 29(6), 711-730.
Dass, P. M. (2015). Teaching STEM effectively with the learning cycle approach. K-12 STEM Education, 1(1), 5-12.
Doppelt, Y., Mehalik, M. M., Schunn, C. D., Silk, E., & Krysinski, D. (2008). Engagement and achievements: a case study of design-based learning in a science context. Journal of Technology Education, 19(2), 22-39.
Dugger, W. E. (2010). Evolution of STEM in the United States (Paper) Presented at the 6th Biennial International Conference on Technology Education Research on Dec 8-11, 2010 in Australia.
Eisenkraft, A. (2003). Expanding the 5E model. Scıence Teacher-Washıngton, 70(6), 56-59.
Ercan, S. (2014). Fen eğitiminde mühendislik uygulamalarının kullanımı: Tasarım temelli fen eğitimi. Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Erduran, S. (2013). Fen bilimlerine alanlar arası bakış ve eğitimde uygulamalar. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 1(1), 43-49.
Eroğlu, S. (2018). Atom ve Periyodik Sistem Ünitesindeki STEM Uygulamalarının Akademik Başarı, Bilimsel Yaratıcılık ve Bilimin Doğasına Yönelik Düşünceler Üzerine Etkisi. Yayınlanmamış Doktora Tezi Erciyes Üniversitesi, Kayseri.
Eroğlu, S., Öner Armağan, F., & Bektaş, O. (2015). Fen bilimleri dersi öğrenme ortamlarının yapılandırmacı özellikler açısından değerlendirilmesi. Journal of Kırşehir Education Faculty, 16(2), 293-312.
Fosnot, C. T. (2013). Constructivism: Theory, perspectives, and practice. Teachers College Press.
Gallo, A.M. (2004). 5 Simple Steps to Designing a Rubric. Strategres 17(5)
Gencer, A. S. (2017). Fen eğitiminde bilim ve mühendislik uygulaması: Fırıldak Etkinliği. Journal of Inquiry Based Activities, 5(1), 1-19.
Gonzalez, H. B., & Kuenzi, J. J. (2012, August). Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education: A primer. Congressional Research Service, Library of Congress.
Guzey, S. S., Harwell, M., & Moore, T. (2014). Development of an instrument to assess attitudes toward science, technology, engineering, and mathematics (STEM). School Science and Mathematics, 114(6), 271-279.
Han, S., Capraro, R., & Capraro, M. M. (2015). How science, technology, engineering, and mathematics (STEM) project-based learning (PBL) affects high, middle, and low achievers differently: The impact of student factors on achievement. International Journal of Science and Mathematics Education, 13(5), 1089-1113.
Henriksen, D. (2014). Full STEAM ahead: Creativity in excellent STEM teaching practices. The STEAM journal, 1(2), 15.
Keçeci, G., Alan, B., & Kırbağ Zengin, F. (2017). 5. Sınıf öğrencileriyle STEM eğitimi uygulamaları. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi (KEFAD), 18, 1-17.
Kelley, T. R., & Knowles, J. G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM Education, 3(1), 1-11.
King, K. P. (2005). Making Sense of Motion. Science Scope, 27 (5), 22–26.
Knezek, G., Christensen, R., & Tyler-Wood, T. (2011). Contrasts in teacher and student perceptions of STEM content and careers. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education, 11(1), 92-117.
Kuenzi, J. J. (2008). Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education: Background, federal policy, and legislative action.
Lantz, H. B. (2009). Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education what form? What function. Report, CurrTech Integrations, Baltimore.
Liao, C. (2016). From interdisciplinary to transdisciplinary: An arts-integrated approach to STEAM education. Art Education, 69(6), 44-49.
Marrero, M. E., Gunning, A. M., & Germain-Williams, T. (2014). What is STEM education?. Global Education Review, 1(4), 1-6.
Martins E.C. & F.Terblanche.(2003). Building Organisational Culture +at Stimulates Creativity and Innovation. European Journal of Innovation Management Journal. 6(1), 64-74.
MEB. (2016). STEM Eğitimi Raporu. Yenilik ve Eğitim Teknolojileri Genel Müdürlüğü. Erişim adresi: http://yegitek.meb.gov.tr/STEM_Egitimi_Raporu.pdf
Millî Eğitim Bakanlığı. MEB. (2018). Ortaöğretim kimya dersi öğretim programı. http://mufredat.meb.gov.tr/Dosyalar/201812102955190 19.01.2018KimyaDersiFretimProgram1.pdf
Moore, T. J., Stohlmann, M. S., Wang, H. H., Tank, K. M., Glancy, A. W., & Roehrig, G. H. (2014). Implementation and integration of engineering in K-12 STEM education. In Engineering in pre-college settings: Synthesizing research, policy, and practices. Purdue University Press.
Mosborg, S., Adams, R., Kim, R., Atman, C. J., Turns, J., & Car, M. (2005). Conceptions of the engineering design process: An expert study of advanced practicing professionals. Proceedings of the 2005 American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition (s. 27). American Society for Engineering Education.
NAE, 2010. https://www.nap.edu/download/21739 adresinden 03.05.2021 tarihinde erişilmiştir.
National Research Council [NRC]. (2012). A Framework for k-12 science education: practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington DC: The National Academic Press.
Partnership for 21st Century Skills (2011). A Report and Mile Guide for 21st Century Skills.http://www.21stcenturyskills.org/downloads/P21_Report.pdf adresinden 05.07.2021 tarihinde edinilmiştir.
Riechert, S. E., & Post, B. K. (2010). From skeletons to bridges & other STEM enrichment exercises for high school biology. The american biology Teacher, 72(1), 20-22.
Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEMmania. The Technology Teacher, 68(4), 20-26.
Schnittka, C., & Bell, R. (2011). Engineering design and conceptual change in science: Addressing thermal energy and heat transfer in eighth grade. International Journal of Science Education, 33(13), 1861-1887.
Selvi, M., & Yıldırım, B. (2017). STEM öğretme-öğrenme modelleri: 5E öğrenme modeli, proje tabanlı öğrenme ve STEM sos modeli. Pegem Atıf İndeksi, 203-236.
Smith, J., & Karr-Kidwell, P. (2000). The interdisciplinary curriculum: a literary review and a manual for administrators and teachers. Retrieved from ERIC database. (ED443172).
Thomasian, J. (2011). Building a science, technology, engineering, and math education agenda: An update of state actions. Washington, DC: National Governors Association (NGA), Center for Best Practices. Retrieved from http://www.nga.org/files/live/sites/NGA/files/ pdf/1112STEMGUIDE.PDF adresinden 03.04.2017 tarihinde erişilmiştir.
Turgut, H., & Fer, S. (2006). Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Bilimsel Okuryazarlık Yeterliklerinin Geliştirilmesinde Sosyal Yapılandırmacı Öğretim Tasarımı Uygulamasının Etkisi. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 24, 205-229.
URL-1 https://www.nsf.gov/about/
URL-2 https://images.app.goo.gl/oyDhJLSqx2mzfSr36
URL-3 https://bit.ly/3B4qzwr
URL-4 https://bit.ly/3ULVYLf
URL-5 https://bit.ly/3Vyq2uW
Wagner, T. (2008). Rigor redefined. Educational Leadership, 66(2), 20–24.
Walsh, E., Anders, K., & Hancock, S. (2013). Understanding, attitude and environment: The essentials for developing creativity in STEM researchers. International Journal for Researcher Development, 4(1), 19-38.
White, D. W. (2014). What is STEM education and why is it important. Florida Association of Teacher Educators Journal, 1(14), 1-9.
Yamak, H., Bulut, N., & Dündar, S. (2014). 5. sınıf öğrencilerinin bilimsel süreç becerileri ile fene karşı tutumlarına FeTeMM etkinliklerinin etkisi. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34(2).
Yıldırım, B. (2018). Teoriden pratiğe STEM eğitimi uygulama kitabı. Nobel Bilimsel Eserler.
Yıldırım, B., & Altun, Y. (2015). STEM eğitim ve mühendislik uygulamalarının fen bilgisi laboratuar dersindeki etkilerinin incelenmesi. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2(2), 28-40.
