Doğadaki mikro ve nanoyapıların 3B baskılı modellerinin oluşturulması ve argüman temelli nanobilim öğretiminde kullanılması

Abstract

Bu çalışmanın amacı, doğadaki mikro ve nanoyapıların 3B baskılı modellerinin oluşturulması ve bu modellerin nanobilim kapsamında "Yüzey Özellikleri ve Etkileşimler" konusunun argümantasyon yöntemiyle öğretiminde kullanılmasının lisans düzeyindeki öğrencilerin kavramsal anlamalarına etkisinin incelenmesidir. Çalışmanın örneklemini 2019-2020 eğitim öğretim yılı güz döneminde üniversite seçmeli ders olarak "Nanobilim ve Nanoteknoloji" dersini seçen 29 öğrenci oluşturmaktadır. Öncelikle Lotus yaprağı yüzeyi, Köpek balığı derisi ve Gecko ayak yapısı gibi seçilen doğal örneklerdeki mikro ve nanoyapıları gösteren 3B baskılı modeller hazırlanmış ve bu modeller pilot çalışma sonrasında geliştirilmiştir. Yüzey Özellikleri ve Etkileşimler Kavramsal Anlama Testi (YÖEKAT) ön test sonuçlarına göre "kontrol", "argümantasyon" ve "argümantasyon +3B Model" olmak üzere üç grup oluşturulmuştur. Moleküller arası etkileşimler, büyüklük-ölçek lotus, köpekbalığı ve Gecko gibi doğadaki mikro ve nanoyapılar üzerinden hidrofiliklikten süperhidrofilikliğe ve hidrofobiklikten süperhidrofobikliğe yüzey özelliklerindeki (bileşim ve morfoloji) değişim ve bu canlıların özellikleri konularını içeren etkinlikler, üç yöntemle sekiz hafta süren bir öğretimle gruplara uygulanmıştır. YÖEKAT ön test ve son test sonuçlarından elde edilen veriler SPSS paket programı ile analiz edilmiş ve testteki sorulara verilen cevaplar kavram yanılgıları açısından da incelenmiştir. Ayrıca etkinliklere katılan öğrenciler ile yapılandırılmış ikili görüşmeler gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın sonucunda yöntemlerin akademik başarıya katkıları arasında anlamlı farklılık olmadığı gözlenirken, YÖEKAT'nin ön test son test puan farklılığına ait ortalama değerler incelendiğinde, argümantasyon yöntemiyle gerçekleştirilen derslere katılan öğrencilerin ortalamasının diğer yöntemlere göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca öğretim sonucunda kavram yanılgısı ifadelerinde gözlenen olumlu yöndeki değişimin diğer gruplara oranla argümantasyon+3B Model grubunda daha yüksek olduğu gözlenmiştir. İkili görüşmelerde argümantasyon yönteminin, 3B modellerin ve etkinlik kâğıtlarının öğretimde kullanılmasının konuları öğrenmede etkili olduğu ve konunun doğada bulunan ilgi çekici canlılar ile ilişkilendirilmesinin fen derslerine karşı olumlu tutumu arttırdığı belirtilmiştir. Ayrıca her iki argümantasyon grubunda konuyu öğrenmede en faydalı olan etkinliklerin Köpek balığı ve Gecko olduğu belirtilmiştir.

This study aims both to create 3D printed models of micro- and nanostructures in nature and to examine the implications thereof when used in teaching "Surface Properties and Interactions" within the scope of nanoscience via the argumentation method based on the conceptual understanding of undergraduate students. The sample of this study consists of 29 students who took elective "Nanoscience and Nanotechnology" course in the fall semester of 2019-2020 academic year. First, 3D printed models showing the micro and nanostructures in selected natural species such as lotus leaf surface, shark skin and Gecko foot structure and the activities related to the models were prepared and then improved after a pilot study. Three groups, namely "control", "argumentation" and "argumentation+3D Model", were determined according to the Conceptual Understanding Test of Surface Properties and Interactions (CUTSPI) pretest results. Having undertaken the activities involving intermolecular forces, size and scale, and the changes in surface properties (composition and morphology) from hydrophilicity/hydrophobicity to superhydrophilicity/superhydrophobicity and the features of these species were applied to these groups with an eight-week instruction by using three methods. The data obtained from the CUTSPI pre-test and post-test results were analyzed with the SPSS package program and the answers in these tests were examined in terms of misconceptions. Additionally, the structured interviews were conducted with the students participating in the activities. According to the results, although there was no significant difference between the contributions of the methods to academic achievement, those of the students in the argumentation group were higher than others when the mean scores of the pre-test and post-test were examined. In addition, it was found that the decrease in the misconceptions determined with the pre-test results was higher in the argumentation+3D Model group than the other groups. During the interviews it was suggested that the employment of the argumentation method, the 3D models and the activity papers in teaching the subject was effective in learning and that the idea to associate the subject with interesting creatures in nature prompted positive attitude towards science classes. It was also stated that the most instructive ones were those activities labeled as "Shark" and "Gecko" for both of the argumentation groups.