The Effect of Argumentation-Based STEM Activities on Pre-service Teachers' Argumentation Skills and STEM Competencies

Year 2024, Issue: 60, 1394 - 1421, 28.06.2024

Zeynep Merve Oskay Güven , Gül Ünal Çoban

https://doi.org/10.53444/deubefd.1441654

Cited By: 1

Abstract

For individuals to adapt to complex global issues and evolving technologies, having an interdisciplinary perspective in the fields of Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) is inevitable. This interdisciplinary approach is inseparable from the research-inquiry process and therefore, cannot be dissociated from the process of argumentation. The process of argumentation involves individuals defending their claims by using data, justifications, supports, reasoning, and refuting counterclaims with rebuttals, forming a process where they critique and attempt to resolve opposing views.In this study, the impact of activities prepared in line with the Argumentation-Based STEM Model proposed on the argumentation skills and STEM competencies of teacher candidates has been examined. The participants of the research consisted of 91 prospective science teachers in the fourth grade. The research process extended over 14 weeks. Throughout this period, the argumentation skills of the teacher candidates were evaluated using the Pre- and Post-tests of the Scientific Argumentation Skills Test (SAST), and the data obtained were analyzed and evaluated using dependent t-tests and independent t-tests.As a result of the evaluation, it was observed that argumentation-based STEM applications positively influenced the argumentation skills of teacher candidates. The impact of the implementation process on the STEM competencies of teacher candidates was evaluated based on the scores obtained from the STEM Competency Assessment Form (SCAF), developed after three consecutive applications carried out over a period of 12 weeks. For repeated measurements, the one-way Analysis of Variance (ANOVA) and mixed-measures two-way ANOVA were used to analyze the data, suggesting that Argumentation-Based STEM applications had a positive effect on STEM competency.

Keywords

Argumentation Based STEm, Argumentation Skills, STEM Competencies, Pre- service Teachers

Argümantasyon Temelli FeTeMM Etkinliklerinin Öğretmen Adaylarının Argümantasyon Becerilerine ve FeTeMM Yeterliklerine Etkisi

Abstract

Kişilerin karmaşık dünya problemleri ve değişen teknolojilere ayak uydurabilmeleri için fen, teknoloji, mühendislik, matematik (FeTeMM) alanlarında disiplinler arası bir bakış açısına sahip olmaları kaçınılmazdır. Bu disiplinler arası bakış açısı araştırma-sorgulama sürecinden dolayısıyla argümantasyon sürecinden ayrı düşünülemez. Argümantasyon süreci kişilerin iddialarını veriler, gerekçeler, destekler, akıl yürütmeler kullanarak savunmaları ve karşı iddiaları kullandıkları çürütücüler ile eleştirip ortadan kaldırmaya çalıştıkları bir süreçtir. Bu çalışmada ortaya atılan Argümantasyon Temelli FeTeMM Modeli’ne uygun olarak hazırlanan etkinliklerinin öğretmen adaylarının argümantasyon becerilerine ve FeTeMM yeterliklerine etkisi incelenmiştir. Araştırmanın katılımcılarını 91, dördüncü sınıf fen bilimleri öğretmen adayı oluşturmaktadır. Araştırma süreci 14 hafta sürmüştür. Süreçte öğretmen adaylarının argümantasyon becerileri ön test ve son test olarak uygulanan Bilimsel Argümantasyon Becerileri Testi (BABT) ile elde edilen verilerin bağımlı t testi ve bağımsız t testi ile analiz edilmiş ve değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonucu Argümantasyon Temelli FeTeMM uygulamalarının öğretmen adaylarının argümantasyon becerilerini olumlu yönde etkilediği görülmüştür. Uygulama sürecinin öğretmen adaylarının FeTeMM yeterliklerine etkisi, 12 hafta boyunca ard arda yapılan 3 uygulama sonrası geliştirilen FeTeMM Yeterliği Değerlendirme Formu (FYDF)’ndan alınan puanlara göre değerlendirilmiştir. Tekrarlı ölçümler için tek faktörlü Varyans Analizi (ANOVA) ve karışık ölçümler iki faktörlü Varyans Analizi (ANOVA) ile analiz edilen verilere göre Argümantasyon Temelli FeTeMM uygulamalarının FeTeMM yeterliğini olumlu yönde etkilediği söylenebilir.

Keywords

Argümantasyon Temelli FeTeMM, Argümantasyon Becerileri, FeTeMM Yeterlikleri, Öğretmen Adayları

References

• Acar, Ö. (2008). Argumentatıon skılls and conceptual knowledge of undergraduate students ın a physıcs by ınquıry class. dıssertatıon. Presented in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Doctor of Philosophy in the Graduate School: Ohio. The Ohio State University.
• Arikan, S., Erktin, E., & Pesen, M. (2020). Development and validation of a STEM competencies assessment framework. International Journal of Science and Mathematics Education, 1-24.
• Arıkan, S., Pesen, M. ve Erktin, E. (2023). STEM yeterlikleri değerlendirme çerçevesinin 4. sınıf düzeyi için uyarlanması. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi [PAÜEFD], 60, https://doi.org/10.9779/pauefd.1249861
• Arslanhan, H. (2019). Tasarım temelli öğrenme uygulamalarının fen bilimleri öğretmen adaylarının STEM anlayışlarını geliştirmeye etkisi. Yüksek Lisans tezi. Kafkas Üniversitesi.
• Ault, M., Craig-Hare, J., Frey, B., Ellis, J. D., & Bulgren, J. (2015). The effectiveness of Reason Racer, a game designed to engage middle school students in scientific argumentation. Journal of Research on Technology in Education, 47(1), 21-40.
• Bahar, A.N (2023). Fen eğitiminde stem entegreli argümantasyon temelli uygulamaların ortaokul 6. sınıf öğrencilerinin madde ve ısı konusundaki başarılarına, girişimciliklerine ve motivasyonlarına etkisinin incelenmesi. Yüksek Lisanas Tezi. Marmara Üniversitesi.
• Ball, T., Beckett, L., & Isaacson, M. (2015, October). Formulating the problem: Digital storytelling and the development of engineering process skills. In 2015 IEEE Frontiers in Education Conference (FIE) (pp. 1-5). IEEE.
• Baydar, Z. (2018). Elektrik enerjisi ünitesinin FeTeMM ve argümantasyona dayalı işlenmesinin öğrencilerin yaratıcılık, tutum, beceri ve öğretim hakkındaki görüşlerine etkisi. Yüksek lisans tezi. Kocaeli Üniversitesi.
• Baydar, Z., ve Acar, Ö. (2018). FETEMM Eğitimi ve Argümantasyona DayalıOlarak İşlenen 7. Sınıf Elektrik Enerjisi Ünitesinin Öğrenci Kazanımlarına Etkisi. Bildiri Tam Metin Kitabı Proceedıng Book, 88.
• Büyüköztürk, Ş. (1997). İki Faktörlü varyans Analizi. Ankara University Journal of Faculty of Educational Sciences (JFES),30 (1) https://doi.org/10.1501/Egifak_0000000272 Büyüköztürk, Ş. (2012). Sosyal Bilimler İçin Veri Analizi El Kitabı, Ankara: Pegem Akademi. Büyüköztürk, Ş., Çokluk, Ö. ve Köklü, N. (2013). Sosyal Bilimler için İstatistik. (12. Baskı). Ankara: Pegem Akademi Yayınları Can, A. (2019). SPSS ile Bilimsel Araştırma Sürecinde Nicel Veri Analizi. Pegem Yayınları. Ankara
• Capraro, R. M., Capraro, M. M., & Morgan, J. R. (Eds.). (2013). STEM project-based learning: An integrated science, technology, engineering, and mathematics (STEM) approach. Springer Science & Business Media. Cohen, J. (1960). A coefficient of agreement for nominal scales. Educational and psychological measurement, 20(1), 37-46.
• Creswell, J. W., Fetters, M. D., Plano Clark, V. L., & Morales, A. (2009). Mixed methods intervention trials. Mixed Methods Research For Nursing And The Health Sciences, 159-180.
• Çayır Ervural, B. (2020). Varyans analizi (anova) ve kovaryans analizi (ancova) ile deney tasarımı: bir gıda işletmesinin tedarik süresine etki eden faktörlerin belirlenmesi . Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi , 7 (2) , 923-941 . DOI: 10.35193/bseufbd.719341
• Demircioğlu, T., ve Uçar, S. (2014). İnvestigation of written argüments about akkuyu nuclear power plant.Elemantary Education Online, 13(4) 1373-1386. DOI: 10.17051/io.2014.31390
• Driver, R., Newton, P., & Osborne, J. (2000). Establishing the norms of scientific argumentation in classrooms. Science Education, 84(3), 287-312.
• Duschl, R. A., & Grandy, R. (2013). Two views about explicitly teaching nature of science. Science Education. 22 (9), 2109–2139. doi:10.1007/s11191-012-9539-4
• Ekici, F. (2022). Fen bilgisi öğretmen adaylarının stem farkındalıkları, stem görüşleri ve stem odaklı argümantasyon becerilerinin incelenmesi. Yüksek Lisans tezi. Necmettin Erbakan Üniversitesi.
• English, L. D., King, D., and Smeed, J. (2017). Advancing integrated STEM learning through engineering design: sixth-grade students’ design and construction of earthquake resistant buildings. Journal Education Research. 110, 255–271. doi: 10.1080/00220671.2016.1264053
• Erduran, S. & Jiménez-Aleixandre, M. P. (2007). Argumentation in science education: Perspectives from classroom-based research. New York: Springer.
• Fleiss, J. L. (1971). Measuring nominal scale agreement among many raters. Psychological bulletin, 76(5), 378. Frankel, J. R. &Wallen, N. E. (2006). How to Design and Evaluate Research in Education. Boston: McGraw-Hill
• Gülen, S. (2016). Fen-Teknoloji -Mühendislik ve Matematik Disiplinlerine Dayalı Argümantasyon Destekli Fen Öğrenme Yaklaşımının Öğrencilerin Öğrenme Ürünlerine Etkisi. Ondokuz mayıs Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İlköğretim Ana Bilim Dalı, Doktora Tezi.
• Gülpınar, Ş. N. (2019). Fen bilimleri öğretmenleri ve öğretmen adaylarının STEM’e yönelik farkındalık, tutum ve görüşlerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans.Tezi. Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi
• Gülseven, E., Tüysüz, M., & Tozlu, İ. (2021). Argümantasyon temelli FeTeMM eğitiminin 7. sınıf öğrencilerinin kuvvet ve enerji ünitesine yönelik akademik başarılarına, tutumlarına ve argümantasyon seviyelerine etkisi. Başkent University Journal of Education, 8(2), 315-333.
• 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, 1089-1113
• Harwell, M., Moreno, M., Phillips, A., Guzey, S. S., Moore, T. J., & Roehrig, G. H. (2015). A study of STEM assessments in engineering, science, and mathematics for elementary and middle school students. School Science and Mathematics, 115(2), 66–74. https://doi.org/10.1111/ssm.12105.
• Hiğde, E. ve Aktamış, H. (2017). Fen Bilgisi öğretmen adaylarının argümantasyon temelli fen derslerinin incelenmesi: Durum çalışması. İlköğretim Online, 16(1), 89-113. doi: 10.17051/io.2017.79802
• Hiğde, E., & Aktamış, H. (2023). Araştırma-sorgulamaya ve argümantasyona dayalı öğretimin argümantasyon, araştırma-sorgulama ve bilimsel süreç becerilerine etkisi. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (59), 160-175. https://doi.org/10.9779/pauefd.1073144
• Hu, W. & Guo, X. (2021). Toward the development of key competencies: a conceptual framework for the STEM curriculum design and a case study. Frontiers in Education. 6. 10.3389/feduc.2021.684265.
• Jiménez-Aleixandre, M. P. & Erduran, S. (2007). Argumentation in science education: An overview. S. Erduran ve M. P. Jiménez-Aleixandre (Eds.), Argumentation in science education: Perspectives from classroom-based research içinde (s. 3-28). New York: Springer.
• Kaya, E., Cetin, P. S., & Erduran, S. (2014). Adaptation of two argumentation tests into Turkish. Elementary Education Online, 13(3), 1014-1032.
• Kuhn, D. & Franklin, S. (2006). The second decade: what develops (and how). D. Kuhn & R. S. Siegler (Eds.), Handbook of child psychology içinde (s. 953-989). New Jersey: John Wiley ve Sons, Inc.,
• Kelley, T. R. &Knowles, J.G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM Education 3(11), 1-11.
• Kutlu, Ö., Doğan, C. D., & Karakaya, İ. (2017). Ölçme ve değerlendirme performansa ve portfolyoya dayalı durum belirleme. Pegem Atıf İndeksi, 001-212.
• Landis, J, R., & Koch, G. (1977). The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics, 33, 159-174.
• Mathis, C. A., Siverling, E. A., Glancy, A. W., Guzey, S. S., &Moore, T. J. (2016, June). students' use of evidence-based reasoning in k-12 engineering: A Casestudy (Fundamental). In 2016 ASEE Annual Conference & Exposition.
• Milli Eğitim Bakanlığı (2013). İlköğretim Kurumları (İlkokullar ve Ortaokullar) Fen Bilimleri Dersi (3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar) Öğretim Programı. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı.
• Milli Eğitim Bakanlığı (2017). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı.
• Milli Eğitim Bakanlığı (2018). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı.
• Naj’Iyah, A. L., Viyanti, & Suyatna, A. (2021). Learning strategies design to accommodate learning styles, ınitial knowledge and reduce the differences of scientific reasoning and argumentation performance. Journal of Physics, 1788(1), 1–11. doi: 10.1088/1742-6596/1788/1/012031
• Nga, N. T., Quỳnh, T. T. X., Uyên, N. P, & Trung, T.T. (2022). Một số nghiên cứu về năng lực STEM trên thế giới và đề xuất khung năng lực STEM cho học sinh phổ thông tại Việtnam (An overview study on STEM competencies in the world and propose a STEM competency framework for high school students in Vietnam), Tạp chí Giáo dục, 22, 48-53.
• Nichols, K., Musofer, R., & Haynes, M. (2022, December). How to promote STEM competencies through design. In Frontiers in Education (Vol. 7, p. 982035). Frontiers.
• Öğreten, B., & Uluçınar Sağır, Ş. (2014). Argümantasyona dayalı fen öğretiminin etkililiğinin incelenmesi. Journal of Turkish Science Education, 11(1), 75-100.
• Öztürk, N., Yılmaz Tüzün, Ö., & Çakır Yıldırım, B. (2019). Öğretmen Adaylarının STEM (FTMM) Konularının Öğretimine Yönelik İnanç ve Görüşlerinin İncelenmesi. Trakya Eğitim Dergisi, 9(4), 649-665. https://doi.org/10.24315/tred.473464
• Park, H., Byun, S. Y., Sim, J., Han, H. S., & Baek, Y. S. (2016). Teachers’ perceptions and practices of STEAM education in South Korea. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 12(7), 1739-1753. Razi, A. & Zhou, G. (2022). STEM, iSTEM, and STEAM: What is next?.International Journal of Technology in Education (IJTE), 5(1), 1-29. https://doi.org/10.46328/ijte.119
• Sampson, V. ve Blanchard, M. R. (2012). Science Teachers and Scientific Argumentation: Trends in Views and Practice. Journal Of Research In Scıence Teachıng, 49 (9), 1122–1148.
• Sampson, V., Grooms, J. ve Walker, J.P. (2011). Argument-driven inquiry as a way to help students learn how to participate in scientific argumentation and craft written arguments: An exploratory study. Science Education, 95(2), 217-257
• Sarıoğlu, G. (2022). Astronomi dersine yönelik bilimsel akıl yürütme stillerine uygun stem ve argümantasyon etkinlikleri geliştirme ve etkinliklerin fen bilgisi öğretmen adaylarının akademik başarılarına, akıl yürütme ve argümantasyon becerilerine etkisi. Yüksek lisans tezi. Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
• Saxton, E., Burns, R., Holveck, S., Kelley, S., Prince, D., Rigelman, N., & Skinner, EA (2014). A common measurement system for K-12 STEM education: Adopting an educational evaluation methodology that elevates theoretical foundations and systems thinking. Studies in Educational Evaluation, 40, 18–35. https://doi.org/10.1016/j.stueduc.2013.11.005 .
• Şencan, H. (2005). Sosyal ve davranışsal ölçümlerde güvenilirlik ve geçerlilik. Ankara: Seçkin Yayıncılık. Şentürk, S., Erginel, N., Kaya, İ., & Kahraman, C. (2014). Fuzzy exponentially weighted moving average control chart for univariate data with a real case application. Applied Soft Computing, 22, 1-10.
• Sözen, M. (2022). Entegre STEM eğitiminin 7. sınıf öğrencilerinin argümantasyon becerilerine etkisi. Yüksek lisans tezi. Pamukkale Üniversitesi.
• Taylor, P. C. (2016). “Why ıs a steam curriculum perspective crucial to the 21st century?,” in research conference 2016 - ımproving STEM learning: What will it take?., Brisbane, 7-9 August 2016.
• Toulmin, S. (2000). Return to Reason. Harvard University pres: Cambridge, London.
• Trung, T. T., Quỳnh, T. T. X., Uyên, N. P.,& Nga, N. T. (2022). Xây dựng và chuẩn hóa công cụ đánh giá năng lực stem của học sinh trung học phổ thông tại thành Phố Hồ Chí Minh (Develop and standardize a stem competency assessment tool for high school students in Ho Chi Minh City). Ho Chi Minh City University Of Education Journal of Science, 19(8), 1255- 1270. https://doi.org/10.54607/hcmue.js.19.8.3408(2022)
• Türk Sanayicileri ve İş İnsanları Derneği [TÜSİAD] (2016). Türkiye’nin Küresel rekabetçiliği İçin Bir Gereklilik Olarak Sanayi 4.0 Gelişmekte Olan Ekonomi Perspektifi https://tusiad.org/tr/yayinlar/ raporlar/item/8671-turkiyenin-sanayi-40-donüşümü (Erişim tarihi 21.12.2023)
• Uçar,R. (2019). Argümantasyonla zenginleştirilmiş STEM etkinliklerinin 7.sınıf öğrencilerinin “Güneş Sistemi ve ötesi‟ ünitesindeki akademik başarılarına, astronomi ‟ye yönelik tutumlarına, eleştirel düşünme eğilimlerine ve STEM kariyer ilgilerine etkisi. Yüksek lisans tezi. Adnan Menderes Üniversitesi
• Zhou, K. Z.& Wu, F. (2010). Technological capability, strategic flexibility,and product innovation.Strategic Management Journal,31(5), 547-561
• Yapıcıoğlu, A. E. (2016). Fen bilimleri öğretmen eğitiminde sosyobilimsel durum temelli yaklaşım uygulamalarının etkinliğine yönelik bir karma yöntem çalışması. Doktora tezi. Hacettepe Üniversitesi.
• Yıldırım, B. (2016). 7. sınıf fen bilimleri dersine entegre edilmiş fen, teknoloji, mühendislik, matematik (STEM) uygulamaları ve tam öğrenmenin etkilerinin incelenmesi. Doktora tezi Gazi Üniversitesi.
• Yıldırım, B., & Selvi, M. (2018). Ortaokul öğrencilerinin STEM uygulamalarına yönelik görüşlerinin incelenmesi. Anemon Muş Alparslan Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 6 (STEMES’18), 47-54.
• Zemelman, S., Daniels, H., & Hyde, A. (2005). Best practice: Today's standards for teaching and learning in America's schools. Education Review.