Fen Öğretiminde Arduino Destekli Robotik Kodlama Uygulamaları: 5E Öğrenme Modeline Uygun Elektriksel İletkenlik Ölçümü Etkinliği
Özet
Bu çalışma, ortaokul 6. sınıf fen bilimleri dersi “Elektriğin İletimi” ünitesinde yer alan “İletken ve Yalıtkan Maddeler” konusunun öğretimine yönelik 5E öğrenme modeline uygun bir Arduino destekli robotik kodlama etkinliği tasarlamayı ve geliştirmeyi amaçlamaktadır. Muğla ilindeki bir devlet okulunda öğrenim gören 15 ortaokul öğrencisi ile fen laboratuvarında yürütülen araştırmada; giriş, keşfetme, açıklama, derinleştirme ve değerlendirme basamaklarından oluşan 5E modeli uygulanmıştır. Giriş aşamasında öğrencilerin ön bilgileri gözden geçirilmiş ve devre elemanları eşleştirilmiştir. Keşfetme aşamasında öğrenciler, Arduino UNO ve akımölçer sensörü kullanarak basit bir elektrik devre düzeneği kurmuş, mBlock programı ile hazırlanan kodlar aracılığıyla seri çizicide farklı maddelerin akım-zaman grafiklerini incelemiştir. Açıklama aşamasında grafikteki akım değerleri tartışılarak maddeler iletken ve yalıtkan olarak sınıflandırılmıştır. Derinleştirme aşamasında bu kavramların günlük hayattaki kullanım alanları ve önemi üzerinde durulmuş, değerlendirme aşamasında ise çalışma kâğıtları ve fen günlükleri ile öğrenmeler değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda, 5E modeline entegre edilen Arduino destekli robotik kodlama uygulamalarının öğrencilerin bilimsel süreç ve bilgi işlemsel düşünme becerilerini geliştirdiği, teknolojiye yönelik tutumları ile fen dersine olan motivasyonlarını artırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca soyut kavramların somutlaştırılmasında, yaparak-yaşayarak öğrenilmesinde ve bilimsel bilgilerin günlük yaşamla ilişkilendirilmesinde bu tür etkinliklerin oldukça etkili olduğu belirlenmiştir.
This study aims to design and develop an Arduino-assisted robotic coding activity aligned with the 5E learning model for teaching the topic "Conductor and Insulator Materials" within the "Transmission of Electricity" unit of the 6th-grade middle school science curriculum. Conducted in a science laboratory with 15 middle school students attending a public school in Muğla, the research implemented the 5E model consisting of the engagement, exploration, explanation, elaboration, and evaluation stages. In the engagement stage, students' prior knowledge was reviewed, and circuit elements were matched. In the exploration stage, students built a simple electric circuit setup using an Arduino UNO and a current sensor, and analyzed current-time graphs of different materials on the Serial Plotter using codes prepared in the mBlock program. In the explanation stage, the current values on the graph were discussed, and materials were classified as conductors or insulators. In the elaboration stage, the practical application areas and importance of these concepts in daily life were emphasized, while in the evaluation stage, student learning was assessed through worksheets and science journals. As a result of the study, it was determined that Arduino-assisted robotic coding applications integrated into the 5E model enhanced students' scientific process and computational thinking skills, while increasing their attitudes toward technology and motivation for science class. Additionally, such activities were found to be highly effective in concretizing abstract concepts, facilitating hands-on learning, and linking scientific knowledge to daily life.
Referanslar
Akçay, S. (2018). Robotik FeTeMM uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının akademik başarı, bilimsel süreç becerileri ve motivasyonları üzerine etkileri. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Muğla.
Alimisis, D. & Kynigos, C. (2009). Constructionism and robotics in education. D. Alimisis (Ed.), Teacher education on robotics-enhanced constructivist pedagogical methods. (pp. 11-26). ASPETE: Athens.
Bağra, A. & Kılınç, H. H. (2021). Ortaokul öğrencilerinin kodlama eğitimine ilişkin görüşleri. Maarif Mektepleri Uluslararası Sosyal ve Beşerî Bilimler Dergisi, 4(1), 36-51.
Benitti, F. B. V. (2012). Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review. Computers & Education, 58(3), 978-988.
Beran, T., Ramirez Serrano, A., Kuzyk R., Fior M. & Nugent S. (2011). Understanding how children understand robots: Percieved animism in child-robot interaction. International Journal of Human-Computer Studies, 69, 539-550.
Catlin, D. (2012 April). Maximising the effectiveness of educational robotics through the use of assessment fot learning methodologies. Proceedings of 3rd International Workshop Teaching Robotics, Teaching with Robotics, Integrating Robotics in School Curriculum, (pp. 2-11), Trento, Italy.
Chou, P. N. (2018). Skill development and knowledge acquisition cultivated by maker education: Evidence from Arduino-based educational robotics. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 14(10), 1-15.
Czerkawski, B. C. & Lyman, E. W. (2015). Exploring issues about computational thinking in higher education. TechTrends, 59(2), 57-65.
Çakır, S. (2019). 4. sınıf fen bilimleri dersi “mikroskobik canlılar ve çevremiz” ünitesinde robotik kodlama uygulamalarının öğrenme ürünlerine etkisi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak.
Erdoğan, O., Toy, M. & Kurt, M. (2020). Robotik uygulamaların fen bilgisi öğretmen adaylarının bazı 21. yüzyıl becerileri üzerindeki etkisinin incelenmesi. Avrasya Sosyal ve Ekonomi Araştırmaları Dergisi (ASEAD), 7(4), 117-137.
Erol, O. & Kurt, A. A. (2017). The effects of teaching programming with scratch on pre-service information technology teachers' motivation and achievement. Computers in Human Behavior, 77, 11-18.
Felicia, A. & Sharif, S. (2014). A review on educational robotics as assistive tools for learning mathematics and science. Int. J. Comput. Sci. Trends Technol, 2(2), 62-84.
Fokides, E., Papadakis, D. & Kourtis-Kazoullis, V. (2017). To drone or not to drone? Results of a pilot study in primary school settings. Journal of Computers in Education, 4(3), 339-353.
Gomes, A. & Mendes, A. J. (2007 September). Learning to program-difficulties and solutions. 1st International Conference on Engineering Education, Coimbra, Portugal.
Grubbs, M. (2013). Robotics intrigue middle school students and build STEM skills. Technology and Engineering Teacher, 72(6), 12-16.
Güven, G., Kozcu Çakır, N., Sülün, Y., Çetin, G. & Güven, E. (2022). Arduino-assisted robotics coding applications integrated into the 5E learning model in science teaching. Journal of Research on Technology in Education, 54(1), 108-126.
Johnson, L., Adams Becker, S., Estrada, V. & Freeman, A. (2015). NMC horizon report: 2015 higher education edition. Austin, Texas: The New Media Consortium.
Kazimoglu, C., Kiernan, M., Bacon, L. & Mackinnon, L. (2012). A serious game for developing computational thinking and learning introductory computer programming. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 47, 1991-1999.
Kılınç, A. (2014). Robotik teknolojisinin 7. sınıf ışık ünitesi öğretiminde kullanımı. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Erciyes Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
Kırtay, A. (2019). Fen eğitiminde robotik uygulamaların öğrencilerin bilimsel süreç becerileri ve fen eğitimine yönelik motivasyonlarına etkisi. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Mersin Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Mersin.
Koç Şenol, A. (2012). Robotik destekli fen ve teknoloji laboratuvar uygulamaları: ROBOLAB. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Erciyes Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
Koparan, E. T., Yüksel, B. & Koparan, T. (2021). Arduino ile programlamanın öğrencilerin fen bilimlerine yönelik başarı, öz yeterlilik ve tutumlarına etkisi. Yükseköğretim ve Bilim Dergisi, 11(1), 118-127.
Korucu, A. T. & Bicer, H. (2020). Investigation of middle school students' attitudes towards robotic coding according to different variables. International Technology and Education Journal, 4(1), 30-35.
Kozcu Çakır, N. & Güven, G. (2019). Arduino-assisted robotic and coding applications in science teaching: Pulsimeter activity in compliance with the 5E learning model. Science Activities, 56(2), 42-51.
Lau, W. W. & Yuen, A. H. (2011). Modelling programming performance: Beyond the influence of learner characteristics. Computers & Education, 57(1), 1202-1213.
Milli Eğitim Bakanlığı [MEB], (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: Milli Eğitim Yayınları.
Miglino, O., Lund, H. H. & Cardaci, M. (1999). Robotics as an educational tool. Journal of Interactive Learning Research, 10(1), 25-47.
Mubin, O., Stevens, C. J., Shahid, S., Mahmud, A. A. & Dong, J. J. (2013). A review of the applicability of robots in education. Technology for Education and Learning, 1, 1-7.
Okkesim, B. (2014). Fen ve teknoloji eğitiminde robotik uygulamaları. (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Erciyes Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
Ortiz, A. (2015). Examining students' proportional reasoning strategy levels as evidence of the impact of an integrated LEGO robotics and mathematics learning experience. Journal of Technology Education, 26(2), 46-69.
Prensky, M. (2010). Teaching digital natives: Partnering for real learning. Thousand Oaks, California: Corvin.
Psycharis, S. & Kallia, M. (2017). The effects of computer programming on high school students’ reasoning skills and mathematical self-efficacy and problem solving. Instructional Science, 45(5), 583-602.
Shimada, M., Kanda, T. & Koizumi, S. (2012). How can a social robot facilitate children’s collaboration? Ge S.S., Khatib O., Cabibihan JJ., Simmons R., Williams MA. (Eds), Social Robotics. Lecture Notes in Computer Science, Springer: Berlin, Heidelberg.
Strawhacker, A. & Bers, M. (2015). "I want my robot to look for food": Comparing kindergartner's programming comprehension using tangible, graphic, and hybrid user interfaces. International Journal of Technology and Design Education, 25(3), 293-319.
Sullivan, F. R. (2008). Robotics and science literacy: Thinking skills, science process skills and systems understanding. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 373-394.
Şimşek, K. (2019). Fen bilimleri dersi madde ve ısı ünitesinde robotik kodlama uygulamalarının 6. sınıf öğrencilerinin akademik başarı ve bilimsel süreç becerileri üzerine etkisinin incelenmesi. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Marmara Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Wang, Y., Li, H., Feng, Y., Jiang, Y. & Liu, Y. (2012). Assessment of programming language learning based on peer code review model: Implementation and experience report. Computers and Education, 59(2), 412–422.
Wei, C. W., Hung, I. C., Lee, L. & Chen, N. S. (2011). A Joyful classroom learning system with robot learning companion for children to learn mathematics multiplication. Turkish Online Journal of Educational Technology, 10(2), 11-23.
You, H. S. & Kapila, V. (2017, June). Effectiveness of professional development: Integration of educational robotics into science and math curricula. In Proc. ASEE Annual Conference.
