Ortaokul Öğrencilerinin STEM Etkinliklerindeki Nicel Muhakeme Becerilerinin İncelenmesi: Bir Öğretim Deneyi

Abstract

STEM is an integrated teaching method in which the interdisciplinary barriers are broken in order to improve the students' understanding of real-life problems. On the other hand, quantitative reasoning, a mathematical thinking process involving variational and covariational reasoning, is a master tool in STEM activities aiming to create a meaningful concept of Maths and Science and the role they play in STEM activities. The aim of this study is to examine how middle school students' quantitative reasoning skills have emerged in an environment where STEM activities are implemented, the opportunities that they provide regarding variational and covariational reasoning and the relationship between variational and covariational reasoning skills and quantitative reasoning. Students' determining quantities, associating quantities with each other and deciding on a quantitative operation and how students perform their quantification processes have also been examined. Within the scope of the teaching experiment which is the research method of the study, four STEM activities have been designed in order to put forward the quantitative reasoning skills and have been implemented on three volunteer students attending 7th grade. The duration of the teaching experiment carried out outside the class hours have lasted three days a week, 2-3 hours a day with a total of 4 weeks. Throughout the implementation, the qualitative data collected through student worksheets, audio and video records, computer screen records, researcher observation notes and teacher instruction worksheets have been analysed by continuous and retrospective analysis methods. As a result of the study, it has been noticed that the students have started quantitative reasoning and stated the relation between quantities in three forms: operational expressions regarding which calculation should be made between quantities, covariational expressions stating the interrelated change of quantities and expressions interpreting the results of the engineering and technological practices. Based on these relations, it has been seen that students have determined quantitative operations, made measurements by assigning numerical values to quantities, assessed the results of the measurements and hence reflected the quantification process. On the other hand, variational and covariational reasoning skills and levels have an effect on building a relation with quantities, determining quantitative operations and forming definitions in the process of quantification. It has been concluded that the engineering and technology practices involved in STEM projects provide opportunities to look into students' variational and covariational reasoning skills, brings out students' competence and monitors the effect of variational and covariational reasoning skills within the quantification process. In line with the findings of the research, teachers and researchers are strongly suggested to make use of STEM experiences and learning environments which enhance students' quantitative reasoning, variational and covariational reasoning skills.STEM, öğrencilerin gerçek yaşam problemlerine yönelik anlayışlarını geliştirecek şekilde disiplinler arasındaki sınırların kaldırıldığı bütünleşmiş bir öğretim şeklidir. Niceliklerle gerçekleştirilen matematiksel bir düşünme süreci olan, varyasyonel ve kovaryasyonel düşünmeyi de içine alan nicel muhakeme ise STEM etkinliklerinde matematik ve bilimin oynadığı rolü anlamlandırmak için güçlü bir araçtır. Bu araştırmanın amacı, STEM etkinliklerinin yer aldığı bir öğretim ortamında ortaokul öğrencilerinin nicel muhakeme becerilerinin nasıl ortaya çıktığını, STEM etkinliklerinin varyasyonel ve kovaryasyonel düşünmeye yönelik ne tür fırsatlar sunduğunu ve varyasyonel ve kovaryasyonel düşünme becerilerinin seviyeleri ile nicel muhakeme arasındaki ilişkiyi incelemektir. Öğrencilerin nicelikleri belirleme, nicelikleri birbiriyle ilişkilendirme, nicel operasyonlara karar verme ve nicelleştirme sürecini nasıl gerçekleştirdikleri de incelenmiştir. Araştırmanın yöntemi olan öğretim deneyi kapsamında nicel muhakeme becerilerini ön plana çıkaracak şekilde dört STEM etkinliği tasarlanmış ve 7. sınıfta öğrenim gören gönüllü üç öğrenciye uygulanmıştır. Ders saatleri dışında gerçekleştirilen öğretim deneyi haftada üç gün, günde 2-3 ders saati olmak üzere toplam 4 hafta sürmüştür. Uygulama boyunca öğrenci çalışma kâğıtları, ses ve video kayıtları, bilgisayar ekran kayıtları, araştırmacının gözlem notları ve öğretmen yönerge kâğıtları yardımıyla toplanan nitel veriler, sürekli ve geriye dönük analiz yöntemleri ile analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda, öğrencilerin nicelikleri belirleyerek nicel muhakemeye başladıkları ve nicelikler arasındaki ilişkiyi üç şekilde ifade ettikleri görülmüştür: Nicelikler arasında hangi işlemin yapılacağına yönelik ifadeler ile operasyonel olarak, niceliklerin birbirine bağlı değişimini belirten ifadeler ile kovaryasyonel olarak ve yapılan mühendislik uygulamalarından ve teknolojik çalışmalardan elde edilen sonuçları yorumlayarak. Sonrasında bu ilişkilerden yola çıkarak nicel operasyonları belirledikleri, niceliklere sayısal değerler atayarak ölçüm yaptıkları, yapılan ölçümün sonuçlarını değerlendirdikleri ve böylece nicelleştirme sürecini yansıttıkları belirlenmiştir. Diğer yandan varyasyonel ve kovaryasyonel düşünme becerileri ve seviyeleri nicelikler arasındaki ilişkiyi kurmada, nicel operasyonları belirlemede ve nicelleştirme sürecindeki tanımlamaları yapmada etkili olmuştur. Çalışmada ayrıca STEM'de yer alan mühendislik çalışmaları ve teknolojik çalışmaların öğrencilerin varyasyonel ve kovaryasyonel düşünme becerilerini incelemek, sahip oldukları seviyeleri ortaya çıkarmak ve nicelleştirme sürecinde varyasyonel ve kovaryasyonel düşünme becerilerinin etkisini gözlemlemek için fırsat sunduğu sonucuna varılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlar doğrultusunda, araştırmacılara ve eğitimcilere, öğrencilerin nicel muhakeme, varyasyonel ve kovaryasyonel düşünme becerilerinin gelişimine olanak sağlayan STEM etkinliklerinin yer aldığı öğrenme deneyimleri sunmaları önerilmektedir.