Middle school students’ development of model based explanations about ecological interactions through socio-scientific issue based instruction

Abstract

Using socio-scientific issues (SSI) as the context of science learning to achieve scientific literacy has been accepted by the science education community. For this reason, SSI-based instruction is used in class but unfortunately, the actual implementation of SSI-based teaching has been limited. One of the main reasons for this limited use of SSI is that well designed SSI-oriented curriculum materials are insufficient. In this thesis, the model-based learning approach is used to support the development of SSI-based instruction curriculum unit and an SSI-based curriculum unit was developed according to the SSI-based instruction model by Sadler, Foulk, and Friedrichsen (2007). The “white butterfly” issue, which is a local pest, is assigned as the SSI of the unit. The unit was prepared according to the objectives of the “Human and Environmental Relations/ Living Things and Life” unit in Science Teaching Program (2013) followed by the 7th grade students in the implementation period. Therefore, the unit developed in this thesis was applied to twenty-one 7th grade students who study at a public middle school at Düzce. The unit consists of 8 lessons through 15 lesson hours so 4 weeks. At the end of the unit, models and their explanations generated by students were collected and analyzed. Moreover, in order to assess content knowledge of the students, a unit test was applied to students. Analysis of data was completed in four steps. Firstly, in order to analyze models and explanations two rubrics were generated as a) components rubric, and b) explanatory process rubric which was developed by taking Zangori et al. (2017) study as an example. The second step was scoring models and explanations, and checking inter-rater reliability. Two scorers analyzed models and explanations independently and, the Cohen’s Kappa calculated as 0.83, p<0.001 that indicate “near perfect agreement” between scorers. The next step was the analysis of the scores with an SPSS (Statistical Package for the Social Sciences). Since it was a repeated process on one student group, the Friedman test was used to analyze whether there was a significant difference between the modeling scores or not. Then, the Wilcoxon test was applied to determine the difference between scores of model 1 and model 2; model 1 and model 3; model 2 and model 3. As a result of these analyses, students’ model-based explanations developed significantly through the unit. The last step of data analysis was scoring of students’ unit tests. According to the test results, 86% of the students reached satisfactory and higher levels. It means, most of the students gain enough content knowledge of ecosystem and biodiversity topics.

Fen öğretiminde sosyo-bilimsel konuların (SBK) fen okuryazarlığına ulaşmak için kullanılması fen eğitimi araştırmacıları tarafından kabul edilmiştir. Bu nedenle, SBK temelli öğretim sınıflarda kullanılmaktadır, ancak ne yazık ki SBK temelli öğretimin gerçek kullanımı sınırlıdır. SBK temelli öğretimin bu sınırlı kullanımının ana nedenlerinden biri, iyi tasarlanmış olan SBK odaklı müfredat materyallerinin yetersiz olmasıdır. Bu tezde, SBK temelli öğretim ünitesinin gelişimini desteklemek için model temelli öğrenme yaklaşımı kullanılmış ve Sadler, Foulk ve Friedrichsen (2007) tarafından geliştirilen SBK temelli öğretim çerçevesine göre bir SBK temelli ünite geliştirilmiştir. Yerel bir zararlı olan “beyaz kelebek” konusu, ünitenin SBK'sı olarak belirlenmiştir. Ünite, uygulama döneminde 7. sınıf öğrencilerinin devam ettiği 2013 Fen Bilgisi Öğretim Programındaki “İnsan ve Çevre İlişkileri / Canlılar ve Yaşam” ünitesinin kazanımlarına uygun olarak hazırlanmıştır. Bu nedenle, bu tezde geliştirilen ünite, Düzce'de bir devlet ortaokulunda okuyan yirmi bir 7. sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Ünite haftada 4 ders olmak üzere 15 ders saatini kapsayacak şekilde 8 ders planından oluşmaktadır. Ünite sonunda, öğrenciler tarafından üretilen modeller ve açıklamaları veri olarak toplanmış ve analiz edilmiştir. Ayrıca, öğrencilerin içerik bilgilerini değerlendirmek için öğrencilere bir ünite sonu testi uygulanmıştır. Toplanan verilerin analizi dört adımda tamamlanmıştır. İlk olarak, modelleri ve açıklamaları analiz etmek için (a) bileşenler rubriği, ve b) açıklama süreci rubriği olmak üzere 2 rubrik hazırlanmıştır. Rubriklerin hazırlanmasında Zangori ve arkadaşlarının (2017) çalışması temel alınmıştır. İkinci adımda, modellerin ve açıklamaların puanlanması ve değerlendiriciler arası güvenilirliğin kontrolü sağlanmıştır. Öğrencilerin modelleri ve açıklamaları bağımsız olarak iki değerlendirmeci tarafından analiz edilmiş ve değerlendirmeleri ile yapılan analizde Cohen’in Kappa değeri 0.83, p <0.001 olarak yani “mükemmele yakın” olarak hesaplanmıştır. Bir sonraki adımda, Sosyal Bilimler için İstatistik Paketi (SPSS) programı ile rubrik puanlarının analizi yapılmıştır. Bir öğrenci grubunda tekrarlanan bir süreç olduğu için, modelleme puanları arasında anlamlı bir fark olup olmadığını analiz etmek için Friedman testi kullanılmıştır. Daha sonra, model 1 ve model 2; model 1 ve model 3; model 2 ve model 3 puanları arasındaki farkı belirlemek için Wilcoxon testi uygulanmıştır. Bu analizler sonucunda, öğrencilerin model temelli açıklamalarının ünite boyunca anlamlı ölçüde geliştiği görülmüştür. Veri analizinin son adımında, öğrencilerin ünite sonu testleri puanlanmıştır. Test sonuçlarına göre öğrencilerin %86'sı tatmin edici ve daha yüksek seviyelere ulaşmıştır. Bu, öğrencilerin çoğunun ekosistem ve biyoçeşitlilik konularında yeterli içerik bilgisi edindiği anlamına gelmektedir.