Enriching Project-Based Learning Environments with Virtual Manipulatives: A Comparative Study

Problem DurumuYapılan araştırmalarda öğretmenler ve araştırmacıların projeler üzerinde çalışmanın öğrenciler için öğrenmeyi kolaylaştırıcı ve geliştirici bir potansiyele sahip olduğu yönünde düşünceleri olduğu ortaya koyulmaktadır. Bunun yanında web teknolojilerinin de öğrencilerin üst düzey düşünme yeteneklerini destekleyici araçlar olarak değerlendirildiği bilinmektedir. Bu çerçevede proje tabanlı öğrenme (PTÖ) ve çevrimiçi öğrenmenin potansiyellerini birleştirerek sunmaya çalışan yeni bir yaklaşım olarak, çevrimiçi proje tabanlı öğrenme (ePTÖ) yaklaşımı gelişmeye başlamıştır. ePTÖ ortamlarında akademik başarıyı arttıran önemli faktörlerden birisi öğrenci ile içerik etkileşimi olarak gösterilmektedir. Bu çerçevede etkileşimli öğrenme ortamları tasarımında kullanışlı araçlardan birisi olarak sanal manipulatifler (SM) dikkat çekmektedir. Birçok çalışmada SM tabanlı web araçları, öğrencilerin öğrenmelerini yapılandırmacı yaklaşım çerçevesinde geliştirebileceği yönünde sonuçlar yer almaktadır. Nitekim SM'lerin ve PTÖ'nün olumlu etkilerine yönelik bir uzlaşma söz konusu olsa da her ikisinin de potansiyellerinin kullanıldıkları bağlama göre değişebilir olduğu açıktır. Bütün bunlarla birlikte, SM'lerin ve çevrimiçi PTÖ ortamlarının potansiyellerini tam olarak ortaya koyacak kanıtlara hala ihtiyaç vardır. Bu bağlamda bu çalışmada, SM'lerin çevrimiçi PTÖ ortamlarında kullanılmasının öğrenme üzerindeki etkilerini inceleyerek; SM'lerin ve PTÖ'nün potansiyellerinin buluşmasıyla ortaya çıkan öğrenme ortamının potansiyelini değerlendirmeye çalışılmaktadır. Çalışmada öncelikle SM ve PTÖ'nün potansiyelleri ele alınmış, ardından çevrimiçi ortamda SM'ler PTÖ yaklaşımı çerçevesinde öğrencilere sunularak etkileri araştırılmıştır. Araştırmanın AmacıBu araştırmada web ortamında gerçekleştirilen proje tabanlı öğrenme ile geleneksel proje tabanlı öğrenme ortamının akademik başarılar ve matematik dersine yönelik tutumlar üzerindeki etkisi karşılaştırılmaya çalışılmaktadır. Bu doğrultuda bir grubun SM'ler ile çalışmaları istenirken, geleneksel ortamda öğrencilerin internet, ders kitapları vb. gibi geleneksel araştırma yollarını kullanmaları istenmiştir.Araştırmanın YöntemiAraştırma yarı deneysel olarak yürütülmüştür. Deney grubu; 14 kız, 16 erkek öğrenciden oluşurken, kontrol grubu; 15 kız, 15 erkek öğrenciden oluşmaktadır. Öncelikle 10. sınıf matematik dersi konularından polinomlar ve 2. derece denklemlerkonularının kazanımlarına yönelik SM'ler hazırlanarak bir web sitesine aktarılmıştır. İlgili konular, çalışma süresince deney ve kontrol gruplarının her ikisine de geleneksel yollarla aynı öğretmen tarafından anlatılmıştır. Dört hafta sonunda öğrencilere bu iki konu ile ilgili üçer adet proje verilmiş, öğrencilerin deney ve kontrol gruplarında farklı şekilde projeleri aynı sürede yapmaları planlanmıştır. Deney gurubu öğrencileri projeleri yaparken çevrimçi ortamdaki SM'lerden yararlanmaları şeklinde yönlendirilirken; kontrol grubu öğrencilerinin aynı projeleri geleneksel ödevleri yapar gibi, internet, kütüphane, ders kitapları vb. kaynaklardan araştırarak yapmaları istenmiştir. Projelere başlamadan önce deney grubunda öğretmen öğrencilere projeleri yaparken SM'lerden nasıl yararlanacakları yönünde açıklamalar yapmıştır.Farklı iki PTÖ ortamında akademik başarılardaki değişimdeki etkilerini belirlemek için çalışma başında ilgili konulara yönelik ön testler, çalışma sonunda ise son test uygulanmıştır. Matematik dersine yönelik tutumlardaki değişimleri ortaya koymak amacı çalışma başında ve sonunda Matematiğe Yönelik Tutum Anketi uygulanmıştır. Ayrıca deney grubu öğrencileri arasından seçilen sekiz öğrenci ile mülakat gerçekleştirilerek, SM'leri kullanımları süresince yaşadıkları deneyim ortaya konulmaya çalışmıştır. Bununla birlikte SM'lerin projelerdeki kullanım durumunu belirlemek için web sitesindeki kayıtlardan yararlanılmıştır.Araştırmanın BulgularıHer iki grubun ön testlerden aldıkları puanlar bağımsız t-testi ile analiz edildiğinde çalışma başlangıcında gruplar arasında anlamlı bir fark olmadığı görülmüştür (t(58) =-0.830; p= 0.410). Grupların son test puanları arasında yapılan bağımsız t-testi sonucunda gruplar arasında deney grubu lehine anlamlı farklılık bulunmuştur. Deney Grubu (M= 60.20; SD=13.88) ve Kontrol Grubu (M=50.60; SD= 11.78) , (t(58)= 2.88; p=0.005). Kontrol grubu öğrencilerinin akademik başarılarına yönelik ön test puanları ile, son test puanları arasında anlamlı farklılık bulunurken (t(29)= -4.89; p= 0.000), deney grubu öğrencilerinin de ön test ve son test puanları bağımlı t testi ile analiz edildiğinde son testler lehine anlamlı bir farklılık görülmüştür.Çalışma öncesinde iki gruptaki öğrencilerin ilgili konulardaki ön bilgileri arasında anlamlı farklılık yokken, çalışma sonunda akademik başarılar arasında oluşan anlamlı farkın; deney grubuna yapılan müdahaleden kaynaklandığı görülmektedir. Ancak deney grubunda SM'lerin kullanılması matematik dersine yönelik tutumlarda deney ve kontrol grubu arasında anlamlı fark oluşturmamıştır.SM'lerin çevrimiçi PTÖ'de akademik başarı ve tutumlara etkisini derinlemesine ortaya koyabilmek için nicel veriler yanında deney grubundan rastgele seçilen 8 öğrenci ile mülakatlar yapılmıştır. Bu öğrencilerle yapılan mülakatlar analiz edildiğinde öğrenmeyi destekleme, derse yönelik tutum, dersin işlenişi gibi temalar ortaya çıkmış, bu temalarda öğrencilerin genel olarak olumlu düşünceler geliştirdikleri belirlenmiştir.Araştırmanın Sonuçları ve ÖnerileriBu çalışma ile çevrimiçi PTÖ'nün geleneksel PTÖ'nün temel aldığı yapılandırmacı yaklaşımın farklı bileşenlerini içerdiği görülmektedir. Nitekim araştırma, problem çözme, içerik ile etkileşim, sorumluluk alma, diğer konular ile ilişkilendirme veprojeyi tamamlama için gayret etme gibi PTÖ bileşenlerinin çevrim içi PTÖ ortamında çalışan öğrenciler tarafından da gerçekleştirildiği görülmüştür. Ayrıca SM'lerin web ortamında yapılacak PTÖ uygulamaları için önemli araçlar olabileceği belirlenmiştir. Öğrenciler bu tü

Proje Tabanlı Öğrenme Ortamlarının Sanal Manipülatifler ile Zenginleştirilmesi: Karşılaştırmalı bir Çalışma

Problem statement:Although there is agreement on the potential of project-based learning (PBL) and virtual manipulatives (VMs), their positive impact depends on how they are used. This study was based on supporting the use of online PBL environments and improving the efficacy of the instructional practices in PBL by combining the potentials of PBL and VMs.Purpose of the study:The purpose of this studyis to investigate the effect of a PBL environment enriched with VMs by comparing it with a traditional PBL environment. The comparison is focused on academic achievements in Quadratic Equations and Polynomials subjects and attitudes towards mathematics courses.Methods:Since randomly assigning students to groups was not possible, a quasi-experimental design was used in the study.One experimental group (EG;N=30) and one comparison group (CG;N=30) were used in the study. While the comparison group was taught with traditional PBL activities, the experimental group received some other PBL by using the web enriched with VMs. Participants in the EG and the CG were pre-tested and post-tested with an Achievement Test (AT), including 25 questions about Polynomials and Quadratic Equations subjects. The changes in attitudes were investigated by an attitude scale.Findings and Results:The statistical analysis indicates that EG students significantly outperformed CG students with respect to AT results. The change in attitudes towards mathematics courses was not statistically significant among the two groups.Conclusions and Recommendations: The results of the study provided some empirical evidence about the positive effects of VMs that are used to enrich PBL environments. Although changes in attitudes have not been seen, positive academic achievements have been revealed in two subjects. Based on the study, it is concluded that the combination of VMs and PBL may be an effective way to enhance students' understanding of mathematics subjects and to improve their academic achievements

PDF

___

Al-A'ali, M. (2008). A study of mathematics web based learning in schools. American Journal of Applied Sciences. 5 (11), 1506-1517.
Barak, M. & Dori, Y.J. (2005). Enhancing undergraduate students' chemistry understanding through Project-based learning in an IT environment. Science Education, 89 (1),117-139.
Beasley, N., & Smyth, K. (2004). Expected and actual student use of an online learning environment: a critical analysis. Electronic Journal of E-learning, 2(1), 43-50.
Blumenfeld, P.C., Soloway, E., Marx, R.W., Krajcik, J.S., Guzdial, M., & Palincsar, A.(1991). Motivating project-based learning. Educational Psychologist, 26, 369- 398.
Boss, S., & Krauss, J. (2007). Reinventing project-based learning: Your field guide to real-world projects in the digital age. Eugene, OR: International Society for Technology in Education.
ChanLin, L. (2008). Technology integration applied to project-based learning in science. Innovations in Education and Teaching International, 45(1), 55-65.
Crawford, C., & Brown, E. (2003). Integrating internet-based mathematical manipulatives within a learning environment. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching,. 22(2), 169-180.
Downing, K., Kwong, T., Chan, S., Lam, T., & Downing, W. (2009). Problem-based learning and the development of metacognition. Higher Education, 57(5), 609- 621.
Duatepe, A. & Çilesiz, Ş. (1999). Matematik tutum ölçeği geliştirilmesi. [Developing mathematics attitude scale] Hacettepe University Journal of Education, 16, 45-52.
Durmuş, S., Karakırık, E. (2006). Virtual manipulatives in mathematics education: a theoretical framework. The Turkish Online Journal of Educational Technology, 5(1), 117-123.
Finkelstein, N.D., Adams, W.K., Keller, C.J., Kohl, P.B., Perkins, K.K., Podolefsky, N.S., et al.(2005). Comprehension of text in an unfamiliar domain: Effects of instruction that provides either domain or strategy knowledge. Contemporary Educational Psychology, 20, 313-319.
Guthrie,C. (2010). Towards greater learner control: web supported project-based learning. Journal of Information Systems Education, 21(1), 121-130.
Hakkarainen, P. (2009). Designing and implementing a PBL course on educational digital video production: lessons learned from a design-based research. Educational Technology Research and Development, 57(2), 211-228.
Hennessy, S. (2006). Integrating technology into teaching and learning of school science: a situated perspective on pedagogical issues in research. Studies in Science Education, 42, 1-48.
Hsu, Y.S., & Thomas, R.A. (2002). The impacts of a web-aided instructional simulation on science learning. International Journal of Science Education, 24, 955-979.
Huppert, J., & Lazarowitz, R. (2002). Computer simulations in the high school: Students' cognitive stages, science process skills and academic achievement in microbiology. International Journal of Science Education, 24, 803-821.
Jonassen, D., Howland, J., Moore, J. & Marra, R. (2003). Learning to solve problems with technology: a constructivist perspective (pp.101-159) Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall.
Jou, M., Wu, M. J., & Wu, D. W. (2008). Development of online inquiry environments to support project-based learning of robotics. In Emerging Technologies and Information Systems for the Knowledge Society (pp. 341-353). Springer Berlin Heidelberg.
Judd, C., Smith, E., & Kidder, L. (1991). Research methods in social relations (6th ed.). San Francisco: Holt, Rinehart and Winston, Inc.
Krajcik, J., Blumenfeld, P., Marx, R., & Soloway, E. (1994). A collaborative model for helping middle grade science teachers learn project-based instruction. The Elementary School Journal, 94(5), 483-497.
Laffey, J., Tupper, T., Musser, D. & Wedman, J. (1998). A Computer-mediated support system for project-based learning. Educational Technology Research and Development, 46(1), 73-86.
Lee, M.K. (2001). Profiling students' adaptation styles in web-based learning. Computers & Education, 36 (4), 121-132.
Linn, M. C., Kessel, C., Lee, K., Levenson, J., Spitulnik, M., & Slotta, J. D. (2000). Teaching and learning k-8 mathematics and science through inquiry: Program reviews http://www.metiri.com/Solutions Retrieved January 10, 2010, from
Liu, Y., Lou, S, Shih, R., Meng, H., & Lee, C. (2010). A case study of online project- based learning: The beer king project. International Journal of Technology in Teaching and Learning, 6(1), 43-57.
Mc Neil, N.M. & Jarvin, L. (2007). When theories don't add up: Disentangling the manipulatives debate. Theory into Practice, 46(4), 309-316.
Morgil, İ., Seyhan, H.G., Alsan, U. E. & Temel, S. (2008). The Effect of web-based project applications on atudents' attitudes towards chemistry. Turkish Online Journal of Distance Education, 9(2).
Moyer, P. S., Bolyard, J. J., & Spikell, M. A. (2002). What are virtual manipulatives? Teaching Children Mathematics, 8(6), 372-377.
Muller, E., Buteau, C., Ralph, B. & Mgombelo, J. (2009). Learning mathematics through the design and implementation of exploratory and learning objects. International Journal for Technology in Mathematics Education, 16(2), 63-74.
NCTM, (2000). Principles and standarts for school mathematics, VA Reston.
Patricia, S. M. (2001). Are we having fun yet? How teachers use manipulatives to teach mathematics. Educational Studies in Mathematics, 47, 175-197.
Reimer, K., & Moyer, P. S. (2005). Third graders learn about fractions using virtual manipulatives: A classroom study. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 24(1), 5-25.
Salajan, F., Perschbacher, S., Cash, M., Talwar, R., El-Badrawy,W. & Mount, G.J. (2009). Learning with web-based interactive objects: An investigation into student perceptions of effectiveness, Computers & Education, 53, 632-643.
Şendağ, S., & Odabaşı, H.F. (2009). Effects of an online problem based learning course on content knowledge acquisition and critical thinking skills. Computers & Education, 53(1), 132-141.
Steen, K., Brooks, D. & Lyon, T. (2006). The Impact of virtual manipulatives on first grade geometry instruction and learning. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 25(4), 373-391.
Suh, J. & Heo, H. J. (2005). Examining technology users in the classroom: developing fraction sense using virtual manipulatives concept tutorials. Journal of Interactive Online Learning, 3(4), 1-21.
Tekerek, M. Yeniterzi, B & Ercan,O. (2011), Math attitudes of computer education and instructional technology students, Turkish Online Journal of Educational Technology (10),3.
Thomas, J. W. (2005). A review of research on project-based learning. Retrieved December 15, 2010, from http://www.k12reform.org/
Thompson, P. W. (1992). Notations, conventions and constraints: Contributions to effective uses of concrete materials in elementary mathematics. Journal for Research in Mathematics Education, 23(2), 123-147.
Warlick, D. (1999). Raw materials for the mind. Raleigh, NC: The Landmark Project.
Zacharia, Z.C. (2007). Comparing and combining real and virtual experimentation: An effort to enhance students' conceptual understanding of electric circuits. Journal of Computer Assisted Learning, 23, 120-132.
Zhang, K., Peng, S. W., & Hung, J. L. (2009). Online collaborative learning in a project-based learning environment in Taiwan: a case study on undergraduate students' perspectives. Educational Media International, 46(2), 123-135.