Examining the STEM Integration of Experiment Designs by Pre-Service Science Teachers Using Artificial Intelligence Tools

Eren D. M., Türkoguz S.

IV. Uluslararası Bilim, Eğitim, Sanat ve Teknoloji Sempozyumu, İzmir, Turkey, 9 - 11 October 2025, pp.194-195, (Summary Text)

Publication Type: Conference Paper / Summary Text
City: İzmir
Country: Turkey
Page Numbers: pp.194-195
Dokuz Eylül University Affiliated: Yes

The aim of this study is to examine the STEM integration of science experiment designs created by preservice science teachers in various sub-disciplines of science with the support of ChatGPT, an artificial intelligence–powered conversational agent. The study employs a qualitative case study design. The sample of the research consists of 32 pre-service science teachers studying at the Faculty of Education of a public university in İzmir during the 2024–2025 academic year. Data were collected from all participants on a voluntary basis. During approximately one-hour sessions conducted without any researcher intervention, each participant individually designed an experiment encompassing a learning outcome from the 2024 Science Curriculum.The data of the study were qualitatively collected using the S-FeTeMM Form, which was developed by the researchers. The data collection tool is a digital form designed in Microsoft Excel through macros. This tool automatically records participants’ responses directly into cells, organizes and validates the data via macros, and stores them in an appropriate format for analysis. The S-FeTeMM Form, developed to examine the STEM integration of pre-service teachers’ original experiment designs, was constructed in an open-ended format to allow participants to express their views in depth. The form consists of five stages: implementation stages of the experiment design, integration of the design with science, integration with technology, integration with engineering, and integration with mathematics. During the experiment design and its STEM integration process, participants also used the ChatGPT4o version through a Plus subscription. Accordingly, all sessions were conducted in a computer-based environment. In these sessions, the pre-service teachers first designed their original experiments based on the learning outcomes from the 2024 Science Curriculum. The specific learning outcome for each participant’s experiment was randomly assigned in the digital environment. The participants evaluated the alignment of their experiment designs with STEM disciplines by asking ChatGPT various questions and made revisions based on ChatGPT’s responses when deemed necessary. The data obtained in the study were analyzed using the computerassisted qualitative data analysis software MAXQDA 24. Content analysis was employed to analyze the data, and inter-rater reliability was established based on expert opinion from a science education specialist before finalizing the coding framework. Based on the findings, recommendations for future research were provided by considering the STEM integration of the experiment designs developed by pre-service science teachers with the support of an artificial intelligence tool.

Keywords: Experiment design, pre-service science teachers, qualitative research, STEM, artificial intelligence tools

Bu çalışmanın amacı yapay zekâ destekli bir sohbet robotu olan ChatGPT desteği ile çeşitli fen bilimleri alt disiplinlerinde deney tasarımı yapan fen bilimleri öğretmen adaylarının deney tasarımlarının STEM entegrasyonunun incelenmesidir. Çalışmanın yöntemi nitel araştırma yöntemlerinden durum çalışmasıdır. Araştırmanın örneklemini İzmir’de yer alan bir devlet üniversitesinin Eğitim Fakültesinde 2024-2025 eğitimöğretim yılında öğrenim gören 32 fen bilimleri öğretmen adayı oluşturmaktadır. Veriler tüm katılımcılardan gönüllülük esasına göre toplanmıştır. Araştırmacıların herhangi bir etkisi olmadan gerçekleşen ve yaklaşık bir saat süren oturumlar sırasında her bir katılımcı bireysel olarak 2024 Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı’nda yer alan bir öğretim çıktısını kapsayan bir deney tasarımı oluşturmuştur. Çalışmanın verileri araştırmacılar tarafından geliştirilen ‘S-FeTeMM Formu’ ile nitel olarak toplanmıştır. Araştırmada kullanılan veri toplama aracı, Microsoft Excel üzerinde geliştirilen makrolar aracılığıyla tasarlanmış dijital bir formdur. Bu araç, katılımcıların yanıtlarını doğrudan hücrelere kaydetmekte ve makrolar aracılığıyla verileri otomatik olarak düzenlemekte, kontrol etmekte ve analiz için uygun formatta saklamaktadır. Öğretmen adaylarının özgün deney tasarımlarının STEM entegrasyonunu incelemek amacıyla geliştirilen S-FeTeMM Formu katılımcıların derinlemesine görüşlerini ifade edebilmelerini sağlamak amacıyla açık uçlu olarak geliştirilmiştir. S-FeTeMM Formu deney tasarımının uygulama aşamaları, deney tasarımının fen bilimleri ile olan entegrasyonu, deney tasarımının teknoloji ile olan entegrasyonu, deney tasarımının mühendislik ile olan entegrasyonu ve deney tasarımının matematik ile olan entegrasyonunun açıklandığı beş aşamadan oluşmaktadır. Deney tasarımı ve tasarımın STEM entegrasyonu sırasında S-FeTeMM Formu’na ek olarak ChatGPT-4o versiyonu Plus üyelik ile katılımcılar tarafından kullanılmıştır. Bu doğrultuda oturumların tamamı bilgisayar ortamında gerçekleştirilmiştir. Uygulama oturumları sürecinde öğretmen adayları öncelikle 2024 Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı’nda yer alan öğretim çıktısını göz önünde bulundurarak özgün deney tasarımlarını gerçekleştirmişlerdir. Öğretmen adaylarının deney tasarımına ait fen bilimleri dersi öğretim çıktısı bilgisayar ortamında tesadüfi olarak belirlenmiştir. Katılımcılar deney tasarımlarının STEM disiplinleri ile olan uygunluğunu ChatGPT’ye çeşitli sorular sorarak değerlendirmiş ve ek olarak ChatGPT’ye tasarımları ile ilgili kendi belirlediği soruları sorup gerekli gördüğü değişiklikleri yapmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen veriler bilgisayar destekli nitel veri analizi yazılımı olan MAXQDA 24 kullanılarak analiz edilmiştir. Araştırma kapsamında elde edilen veriler içerik analizi kullanılarak çözümlenmiştir. Fen bilimleri eğitimi alan uzmanına ait uzman görüşü doğrultusunda araştırmacılar arası uyum incelenip içerik analizinin son hali verilmiştir. Çalışma sonunda fen bilimleri öğretmen adaylarının yapay zekâ aracı desteğiyle oluşturdukları deney tasarımlarının STEM entegrasyonu göz önünde bulundurularak gelecek araştırmalar için önerilerde bulunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Deney tasarımı, fen bilimleri öğretmen adayları, nitel araştırma, STEM, yapay zekâ araçları.