İlkokul düzeyinde 3D yazıcı ile zenginleştirilmiş fen öğretiminin öğrenci çıktıları üzerindeki etkilerinin i̇ncelenmesi

Abstract

Bu araştırmanın amacı, 3D yazıcı ile zenginleştirilmiş fen öğretiminin ilkokul öğrencilerinin problem çözme, bilimsel yaratıcılık becerileri, fen öğrenimine yönelik motivasyon düzeyleri ile akademik başarı ve kalıcılık düzeyleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Ayrıca, öğrencilerin 3D yazıcı ile zenginleştirilmiş fen dersi işlenmesine yönelik görüşlerinin tespit edilmesi hedeflenmiştir. Nicel ve nitel verilerin bir arada kullanıldığı bu çalışmada karma araştırma yöntemlerinden yakınsayan paralel karma desen kullanılmıştır. Araştırmanın nicel kısmında ön test-son test kontrol gruplu yarı deneysel desen kullanılmış; nitel kısmında ise yarı yapılandırılmış görüşme formlarının betimsel analizleri gerçekleştirilmiştir. Araştırmada çalışma grubu kolay ulaşılabilir örnekleme yöntemiyle seçilmiş olup 2024-2025 eğitim-öğretim yılında, İstanbul İli Üsküdar İlçesi’ndeki bir devlet ilkokulunda öğrenim görmekte olan 52 dördüncü sınıf öğrencisiyle araştırma gerçekleştirilmiştir. Araştırma kapsamında deney ve kontrol gruplarının her birinde 26 öğrenci yer almıştır. Araştırmanın nicel boyutunda veri toplama aracı olarak kullanılan ölçekler; Problem Çözme Becerisi Ölçeği, Bilimsel Yaratıcılık Testi Ölçeği, Fen Öğrenimine Yönelik Motivasyon Ölçeği ve Yer Kabuğu ve Dünya’mızın Hareketleri Ünitesi Akademik Başarı Testi şeklindedir. Nitel veri toplanma sürecinde ise yarı yapılandırılmış görüşme formu ve yansıtıcı öğrenci günlükleri kullanılmıştır. Araştırmada nicel veriler, istatiksel bir yazılım aracılığıyla analiz edilmiştir. Grupların ön testleri arasında anlamlı bir fark bulunup bulunmadığını belirlemek amacıyla bağımsız gruplar t-testi kullanılmıştır. Gruplar içinde yapılan ön test, son test ve kalıcılık testlerine ilişkin analizlerde bağımlı gruplar t-testi kullanılmıştır. Gruplar arası son test puanlarının ön test puanları kontrol altına alınarak karşılaştırılmasında ise ANCOVA tekniğinden yararlanılmıştır. Elde edilen nitel verilerin analizinde ise betimsel analiz tekniğinden yararlanılmıştır. Araştırmada elde edilen bulgulara göre, 3D yazıcı ile zenginleştirilmiş fen eğitimi deney grubundaki öğrencilerin problem çözme becerileri üzerinde anlamlı bir gelişme sağlamıştır. Bu durum elde edilen nitel verilerde de öğrencilerin konuları daha iyi kavradıklarını ve deneyerek öğrendiklerini belirtmeleriyle desteklenmiştir. Bilimsel yaratıcılık düzeylerinde istatistiksel olarak anlamlı bir fark olmasa da, öğrenciler yaratıcı düşünmelerinin geliştiğini ifade etmiş ve olumlu ifadelerde bulunmuşlardır. Fen öğrenimine yönelik motivasyon açısından istatistiksel olarak bir fark görülmemiş, ancak öğrenciler süreçten keyif aldıklarını, derse olan ilgilerinin arttığını belirtmişlerdir. Akademik başarı düzeyleri ise hem nicel hem de nitel bulgular açısından olumlu etkilenmiştir. Kontrol grubunda ise problem çözme ve akademik başarı düzeylerinde olumlu etkiler gözlenmiş ancak bilimsel yaratıcılık ve fen öğrenimine yönelik motivasyon düzeylerinde anlamlı bir etki gözlenmemiştir. Deney ve kontrol gruplarının karşılaştırıldığı analizlerde, yalnızca problem çözme becerileri açısından deney grubu lehine anlamlı bir fark ortaya çıkmıştır. Bu araştırma ile ilkokul düzeyinde 3D yazıcı kullanılarak gerçekleştirilen fen eğitiminin öğrenciler üzerindeki bilişsel ve duyuşsal gelişimleri üzerindeki etkilerini ortaya koymayı, elde edilen bulguların gelecekte yapılacak benzer araştırmalara ve uygulamalara katkı sunması ve ilkokul düzeyinde 3D yazıcı kullanım yaygınlığının teşvik edilmesi hedeflenmektedir.The purpose of this study is to examine the effects of science teaching enriched with 3D printing on elementary school students' problem-solving skills, scientific creativity abilities, motivation levels toward learning science, as well as their academic achievement and retention levels. Additionally, the study aims to identify students’ opinions regarding the science course conducted with 3D printing enrichment. This study utilized a convergent parallel mixed methods design, combining both quantitative and qualitative data. The quantitative part of the research employed a quasi-experimental design with pre-test and post-test control groups, while the qualitative part involved descriptive analyses of semi-structured interview forms. The study group was selected by convenience sampling and the research was conducted in the 2024-2025 academic year with 52 fourth-grade students attending a public elementary school in the Üsküdar district of Istanbul. Each of the experimental and control groups consisted of 26 students. The quantitative data collection tools used in the study were the Problem Solving Skills Scale, the Scientific Creativity Test Scale, the Motivation Scale toward Learning Science, and the Academic Achievement Test for the Earth’s Crust and Movements of Our World Unit. For the qualitative data collection process, a semi-structured interview form and reflective student journals were utilized. Quantitative data were analyzed using a statistical software program. To determine whether there was a significant difference between the groups' pre-test scores, an independent samples t-test was conducted. Paired samples t-tests were applied for the analyses of pre-test, post-test, and retention test scores within groups. Analysis of covariance (ANCOVA) was used for comparing post-test scores between groups while controlling for pre-test scores. Descriptive analysis technique was employed for analyzing the qualitative data obtained. Findings of the study revealed that science education enriched with 3D printing significantly improved the problem-solving skills of students in the experimental group. This result was supported by qualitative data in which students reported better understanding of topics and learning through experimentation. Although there was no statistically significant difference in scientific creativity levels, students expressed that their creative thinking had developed and made positive remarks. No statistically significant difference was observed regarding motivation toward science learning; however, students reported enjoying the process and increased interest in the course. Academic achievement levels were positively affected according to both quantitative and qualitative findings. In the control group, positive effects were observed in problem-solving skills and academic achievement, but no significant effects were found in scientific creativity and motivation toward science learning. Comparative analyses between experimental and control groups showed a significant difference in favor of the experimental group only in terms of problem-solving skills. This study aims to demonstrate the cognitive and affective impacts of science education implemented with 3D printing at the elementary school level, contribute to future similar studies and practices based on the findings, and encourage the widespread use of 3D printing at the elementary education level.