Association of Pre-Service Science Teachers’ Inquiry and Scientific Process Skills with EEG Measurement in the Inquiry-Based Learning Environment

Year 2020, Volume: 28 Issue: 1, 171 - 185, 31.01.2020

Burçin Acar Şeşen , Ayfer Mutlu , Seda Usta Gezer , Elif İnce

https://doi.org/10.24106/kefdergi.3501

Cited By: 1

Abstract

In the present study, it is aimed to associate inquiry skills and scientific process skills of pre-service science teachers, who have been educated in inquiry-based learn-ing environment and traditional learning environment, with EEG measurements. This study was carried out by the par-ticipation of first grade pre-service teachers in Science Education undergraduate program. Pre-service science teachers in the experimental group (N=10) performed in-quiry-based laboratory work and the pre-service science teachers in the control group (N=10) conducted traditional recipe-like laboratory work in virtual laboratory environ-ment in the context of General Chemistry Laboratory –II course during a semester. After the laboratory works, a problem situation was given and the pre-service science teachers in both groups were required to formulate hypoth-esis. EEG records of all the participants in both groups were taken in resting time and step of defining hypothesis. Inquiry Skills Scale and Scientific Process Skills Tests were applied after the instruction as data collection tools to asso-ciate with EEG data. Semi structured interviews were also performed. According to results, there were significant differences between experimental and control groups’ both scientific process skills test (U=9.500, z=-3.077, p<0.05, r=0.69) and inquiry skills (U=15.000, z=-2.655, p<0.05, r=0.59) in favour of experimental group. There was no difference between experimental and control groups’ power of fronthal theta frequency in step of defining hypothesis. Based on findings, it is interpreted that pre-service science teachers' brain has similar reflex regardless of the learning approach but inquiry and scientific process skills of the pre-service science teacher in the experimental group is higher than control group.

Keywords

EEG, Inquiry-Based Learning, Inquiry Skills, Scientific Process Skills

Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Sorgulama Becerileri ve Bilimsel Süreç Becerilerinin EEG Ölçümleri ile İlişkilendirilmesi

Abstract

Sunulan çalışmada, sorgulamaya dayalı öğrenme ortamında ve geleneksel öğrenme ortamında öğrenim gör-müş olan fen bilgisi öğretmen adaylarının sorgulama becerilerinin ve bilimsel süreç becerilerinin EEG ölçümleri ile ilişkilendirilmesi amaçlanmıştır. Araştırma, Fen Bilgisi Öğretmenliği lisans programına kayıtlı birinci sınıf öğretmen adayları ile yürütülmüştür. Araştırma sürecinde, deney grubunda (N=10) yer alan öğretmen adayları Genel Kimya Laboratuvarı-II dersi kapsamında bir dönem süresince sanal laboratuvar ortamında sorgulamaya dayalı deneysel etkinlikler, kontrol grubundaki (N=10) öğretmen adayları ise yine sanal laboratuvar ortamında geleneksel yaklaşıma dayalı deneysel etkinlikleri gerçekleştirmiştir. Her iki gruptaki öğrencilere uygulamaların sonrasında problem durumu verilmiş ve hipotez kurmaları istenmiştir. Öğrencilerin dinlenme ve problem durumuna dayalı olarak hipotez kurma aşamalarında EEG kaydı alınmıştır. Araştırma kapsamında, EEG verileriyle ilişkilendirme amacıyla veri toplama araçları olarak uygulamalardan sonra Sorgulama Becerileri Ölçeği ve Bilimsel Süreç Becerileri Testi uygulanarak değerlendirilmiş ve yarı yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre deney ve kontrol gruplarının bilimsel süreç becerileri (U=9.500, z=-3.077, p<0.05, r=0.69) ve sorgulama becerileri (U=15.000, z=-2.655, p<0.05, r=0.59) ortalama puanları arasında deney grubu lehine anlamlı bir farklılık olduğu saptanmıştır. Deney ve kontrol grubundaki katılımcıların hipotez geliştirirken sağlanan frontal teta frekansı gücü kıyasladığında ise her gruptaki katılımcıların frontal teta frekansı gücünün değişiminin benzer olduğu ve iki grup arasında fark olmadığı belirlenmiştir. Bu durum, her iki grubun kullanılan öğrenme yaklaşımına bağlı olmaksızın hipotez kurma sürecinde beyninin belli bir bölgesinin aktif olduğu ve benzer refleksi verdiğini ancak sorgulamaya dayalı ortamda çalışan öğrencilerin bilimsel süreç ve sorgulama becerilerinin daha yüksek olduğunu göstermektedir.

Keywords

Bilimsel Süreç Becerileri, EEG, EEG, Sorgulama Becerileri, Sorgulamaya Dayalı Öğrenme

References

• Aldan-Karademir, Ç., & Saracaloğlu, A. S. (2013). Sorgulama becerileri ölçeği’nin geliştirilmesi: geçerlik ve güvenirlik çalışma-sı. Asian Journal of Instruction, 1(2), 56-65.
• Ateş, S., & Bahar, M. (2002). Developing scientific process skills of prospective elementary teachers by using investigative teaching approach of science. V. National Science and Mathematics Education Congress, Ankara.
• Burns, J. C., Okey, J. C. & Wise, K. (1985). Development of an integrated process skills test:TIPS II. Journal of Research in Science Teaching, 22(2), 169-177.
• Chiappetta, E. L., & Adams, A. D. (2004). Inquiry-based instruction. The Science Teacher, 71(2), 46–50.
• Ergül, R., Şimşekli, Y., Çalış, S., Özdilek, Z., Göçmençelebi, Ş., & Şanlı, M. (2011). The effects of inquıry-based science teac-hing on elementary school students' science process skills and science atitudes. Bulgarian Journal of Science & Education Policy, 5(1), 48-68.
• Fink, A., Grabner, R. H., Benedek, M., Reishofer, G., Hauswirth, V., Fally, M., Neuper, C., Ebner, F., & Neubauer, A. C. (2009). The creative brain: Investigation of brain activity during creative problem solving by means of EEG and FMRI, Hu-man Brain Mapping 30, 734–748.
• Hairida, H. (2016). The effectiveness using inquiry based natural science module with authentic assessment to improve the critical thinking and inquiry skills of junior high school students. Jurnal Pendidikan IPA Indonesia, 5(2), 209-215.
• Hofstein, A., Shore, R. & Kipnis, M. (2004). Providing high school chemistry students with opportunities to develop learning skills in an inquiry-type laboratory: a case study. International Journal of Science Education, 26(1), 47-62.
• Jausovec, N. (2000). Differences in cognitive processes between gifted, intelligent, creative, and average individuals while solving complex problems: an EEG study. Intelligence, 28(3), 213- 237.
• Jausovec, N., & Jausovec, K. (2000). EEG activity during the performance of complex mental problems. International Journal of Psychophysiology, 36, 73-88.
• Jin, S. H., Kwon, Y. J., Jeong, J. S., Kwon, S. W., & Sjin, D. H.(2006). Increased information transmission during scientific hypothesis generation: Mutual information analysis of multichannel EEG. International Journal of Psychophysiology, 62, 37–344.
• Kaya, G., & Yılmaz, S. (2016). Açık sorgulamaya dayalı öğrenmenin öğrencilerin başarısına ve bilimsel süreç becerilerinin gelişimine etkisi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 31(2), 300-318.
• Khan, M., & Iqbal, M. Z. (2011). Effect of inquiry lab teaching method on the development of scientific skills through the teaching of biology in Pakistan. Language in India, 11(1), 169-178.
• Milli Eğitim Bakanlığı (2018). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: Talim Terbiye Kurulu Başkanlığı.
• Mölle, M., Marshall, L., Gais, S., & Born, J. (2004). Learning increases human electroencephalographic coherence during sub-sequent slow sleep oscillations. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(38), 13963-13968.
• National Research Council (NRC). (2000). Inquiry and national science educational standards. Washington DC.: National Academy Press.
• Pallant, J. (2007). SPSS Survival manual, a step by step a guide to data analysis using SPSS for Windows. England: McGraw-Hill Education.
• Pehlivan, F. (1997). Biyofizik. Ankara: Hacettepe-Taş Kitapçılık.
• Rashid, N. A., Taib, M. N., Lias, S., Sulaiman, N., Murat, Z. H., & Kadir, R. S. S. A. (2012). Learners' Learning Style correlated to Agreeableness based on EEG. In The 2012 International Conference on Management and Education Innovation..
• Schwab, J. J. (1962). The teaching of science as ınquiry. In J.J. Schwab and P.F.Brandwein (Eds) The Teaching of Science. Cambridge: Harvard University Pres.
• Stevens, R., Galloway, T., & Berka, C. (2006). Integrating EEG Models of Cognitive Load with Machine Learning Models of Scientific Problem Solving. In D. Schmorrow, K. Stanney & L. Reeves (Eds.), Augmented Cognition: Past, Present and Futu-re (2 ed., pp. 55-65), Arlington, VA: Strategic Analysis, Inc.
• Summerfield, C., & Mangels, J. A. (2004). Coherent theta-band EEG activity predicts item-context binding during encoding. NeuroImage, 24, 692-703.
• Şensoy, Ö., & Yıldırım, H. İ. (2017). Araştırma soruşturma tabanlı öğrenme yaklaşımının yaratıcı düşünme ve bilimsel süreç becerilerine etkisi. Cumhuriyet Uluslararası Eğitim Dergisi, 6(1), 34-46.
• Wu, H. K., & Hsieh, C. E. (2006). Developing sixth graders’ inquiry skills to construct explanations in inquiry‐based learning environments. International Journal of Science Education, 28(11), 1289-1313.
• Yıldırım, N., Kurt, S., & Güneş, L. (2014). Effects of inquiry based learning activities on scientific process skills and academic achievement of preservice classroom teachers. International Journal of Academic Research, 6(6), 46-54.
• Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
• Yıldırım, M., & Türker-Altan, S. (2017). Araştırma ve sorgulamaya dayalı öğrenme yaklaşımının ilkokul öğrencilerinin bilimsel süreç becerilerine etkisi. Mustafa Kemal Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 14(38), 71-89.