The Effect of Mobile-STEM Teaching Implementations on Engineering Design Process Skills of Pre-service Teachers

Abstract

The study examined the effects of mobile-STEM teaching implementations on pre-service teachers’ engineering design process skills. The study was designed by pre-test-post-test nonequivalent control group quasi-experimental research model from experimental research models. The participants of the study were the pre-service teachers of two different classrooms in the third-grade on Science Teaching Program, Buca Faculty of Education, Dokuz Eylul University. At the beginning of the academic semester, a class was assigned randomly as the experimental group (n: 45) and the other class as the control group (n: 25). While the mobile-STEM teaching implementations were applied in the experimental group, only STEM teaching implementations were conducted in the control group. In this study, the adapted Turkish form of the "Engineering Design Process Skills Scale" was used. Consequently, the study showed that mobile-STEM teaching implementations did not improve pre-service teachers' engineering design process skills effectively compared to the control group. Additionally, pre-service teachers in both the experimental and control groups had difficulties in engineering design process skills related to producing alternative designs, developing models and revising the designed product while performing STEM teaching implementations. Pre-service teachers who want to reach their educational purposes with STEM teaching implementations should use the sensor features of mobile technologies effectively and develop their design skills.

Keywords

• STEM
• Mobile technology
• Engineenering design process skills

Mobil-FeTeMM Öğretim Uygulamalarının Öğretmen Adaylarının Mühendislik Tasarım Süreç Becerilerine Etkisi

Öz

Çalışma mobil-FeTeMM öğretim uygulamalarının öğretmen adaylarının mühendislik tasarım süreç becerilerine etkisini incelemeyi amaçlamaktadır. Bu çalışma deneysel araştırma modellerinden ön test-son test denkleştirilmemiş kontrol gruplu yarı deneysel araştırma modeline göre tasarlanmıştır. Bu çalışmanın katılımcıları Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Fen Bilgisi Öğretmenliği programı üçüncü sınıfının iki farklı şubesinde kayıtlı öğretmen adaylarıdır. Ders döneminin başında yansız atama yöntemine göre bu iki sınıftan biri deney grubu (n: 45) ve diğeri de kontrol grubu (n: 25) olarak belirlenmiştir. Deney grubunda mobil-FeTeMM öğretim uygulamaları; kontrol grubunda ise sadece FeTeMM öğretim uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada Türkçeye uyarlanmış “Mühendislik Tasarım Süreç Becerileri Ölçeği” kullanılmıştır. Sonuç olarak çalışma, mobil-FeTeMM öğretim uygulamalarının öğretmen adaylarının mühendislik tasarım süreci becerilerini kontrol grubuna göre etkili bir şekilde geliştiremediğini göstermiştir. Ayrıca hem deney hem de kontrol grubundaki öğretmen adayları FeTeMM öğretim uygulamalarını gerçekleştirirken alternatif tasarım üretme, model geliştirme ve tasarlanan ürünü revize etme ile ilgili mühendislik tasarım süreç becerilerinde zorlanmışlardır. FeTeMM öğretim uygulamalarının amacına ulaşması için öğretmen adaylarının mobil teknolojilerinin sensör özelliklerini etkin kullanması ve tasarım becerilerinin gelişmiş olması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler

• FeTeMM
• Mobil teknoloji
• Mühendislik Tasarım Süreç Becerileri

References

1. Ally, M. (2007). Guest editorial-mobile learning. The International Review of Research in Open and Distributed Learning, 8(2), 1-4. Doi: https://doi.org/10.19173/irrodl.v8i2.451.
2. Altan, E. B., Yamak, H., & Kırıkkaya, E. B. (2016). FeTeMM eğitim yaklaşımının öğretmen eğitiminde uygulanmasına yönelik bir öneri: tasarım temelli fen eğitimi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 212-232.
3. Ariffin, S. A., Sidek, S. F., & Mutalib, M. F. H. (2018). A preliminary investigation of Malaysian student's daily use of mobile devices as potential tools for STEM in a local university context. International Journal of Interactive Mobile Technologies (IJIM), 12(2), 80-91. Doi: https://doi.org/10.3991/ijim.v12i2.8015.
4. Asunda, P. A. (2012). Standards for technological literacy and STEM education delivery through career and technical education programs. Journal of Technology Education, 23(2), 44-60. Doi: https://doi.org/10.21061/jte.v23i2.a.3.
5. Atılgan, D. (2006). İletişim teknolojileri çağında değişen bilgi hizmetleri. 1. Uluslararası Bilgi Hizmetleri Sempozyumu, İstanbul.
6. Balay, R. (2004). Küreselleşme, bilgi toplumu ve eğitim. Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Fakültesi Dergisi, 37(2), 61-82. Doi: https://doi.org/10.1501/egifak_0000000097.
7. Balcı, A. (2009). Sosyal bilimlerde araştırma: yöntem, teknik ve ilkeler. Ankara: Pegem Akademi.
8. Baran, T., & Kahraman, S. (2004) Mühendislik eğitiminde probleme dayalı öğrenme modelleri, I. Ulusal Mühendislik Kongresi, İzmir.

9. Briz-Ponce, L., Pereira, A., Carvalho, L., Juanes-Méndez, J. A., & García-Peñalvo, F. J. (2017). Learning with mobile technologies–Students’ behavior. Computers in Human Behavior, 72, 612-620. Doi: https://doi.org/10.1016/j.chb.2016.05.027.
10. Brunsell, E. (2012). Integrating engineering and science in your classroom. Arlington, VA: NSTA Press.
11. Bozkurt, A., & Özyurt, M. (2019). Investigate the evaluations of prospective teacher on STEM education, based on their experiences with planning and implementing STEM activities. Malaysian Online Journal of Educational Technology, 7(4), p.81-97. Doi: https://doi.org/10.17220/mojet.2019.04.006.
12. Burrus, S. C. (2009). “Connexions Project” adlı projede “What is Enginnering?” başlığında sunulan rapordur. 20.11.2021 tarihinde https://cnx.org/contents/JD0DSZ35@2/What-is-Engineering adresinden erişildi.
13. Büyüköztürk, Ş., Çakmak, E. K., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş. ve Demirel, F. (2014). Bilimsel araştırma yöntemleri (17. baskı). Ankara: Pegem Yayınları.
14. Bybee, R. W. (2011). Scientific and engineering practices in k-12 classrooms: Understanding "a framework for k-12 science education". Science and Children, 49(4), 10-16.
15. Bybee, R. W. (2010). What is STEM education. Science, 329, 996. Doi: https://doi.org/10.1126/science.1194998.
16. Bybee, R. W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. Arlington, VA: NSTA Press.
17. Cohen, J. (1992). A power primer. Psychological Bulletin, 112(1), 155–159. Doi: https://doi.org/10.1037/0033-2909.112.1.155.
18. Chiong, C., & Shuler, C. (2010). “The Joan Ganz Cooney Center at Sesame Workshop” adlı çalıştayda “Learning: Is there an app for that? Investigations of young children’s usage and learning with mobile devices and apps” başlığında hazırlanan çalışmanın raporu. 20.11.2021 tarihinde http://www-tc.pbskids.org/read/files/cooney_learning_apps.pdf adresinden indirildi.
19. Chou, C. C., Block, L., & Jesness, R. (2012). A case study of mobile learning pilot project in K-12 schools. Journal of Educational Technology Development and Exchange (JETDE), 5(2), 3. Doi: https://doi.org/10.18785/jetde.0502.02.
20. Chu, W. W., Ong, E. T., Ayop, S. K., Mohd Azmi, M. S., Shah Abdullah, A., Abd Karim, N. S., & Tho, S. W. (2021). The innovative use of smartphone for sound STEM practical kit: a pilot implementation for secondary classroom. Research in Science & Technological Education, 1-23. Doi: https://doi.org/10.1080/02635143.2021.1978963.
21. Criollo-C, S., Guerrero-Arias, A., Jaramillo-Alcázar, A., & Luján-Mora, S. (2021). Mobile learning technologies for education: benefits and pending ıssues. Appl. Sci., 11, 4111(1-17). Doi: https://doi.org/10.3390/app11094111.
22. Çark, Ö. (2020). Dijital dönüşümün işgücü ve meslekler üzerindeki etkileri. International Journal Entrepreneurship and Management Inquiries, 4(1), 19-34.
23. Çepni, S. (2007). Araştırma ve proje çalışmalarına giriş. Trabzon: Celepler Matbaacılık.
24. Çokluk, Ö., Şekercioğlu, G., & Büyüköztürk, Ş. (2012). Sosyal bilimler için çok değişkenli istatistik SPSS ve LİSREL uygulamaları (2. baskı). Ankara: Pegem.
25. Çorlu, M. S. (2014). FeTeMM eğitimi makale çağrı mektubu. Turkish Journal of Education, 3(1), 4-10. Doi: https://doi.org/10.19128/turje.181071.
26. Daugherty, J. (2012). “National Center for Engineering and Technology Education” adlı kurumun “Infusing engineering concepts: Teaching engineering design” başlığında yayımlanan raporu. 20.11.2021 tarihinde http://files.eric.ed.gov/fulltext/ED537384.pdf adresinden erişildi.
27. Delen, İ., & Uzun, S. (2018). Matematik öğretmen adaylarının FeTeMM temelli tasarladıkları öğrenme ortamlarının değerlendirilmesi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 33(3), 617-630. Doi: https://doi.org/10.16986/HUJE.2018037019.
28. Dugger, W. E. (2010). Evolution of STEM in the United States. 6th Biennial International Conference on Technology Education Research, Queensland, Australia.
29. English, L. D., King, D., & Smeed, J. (2017). Advancing integrated STEM learning through engineering design: Sixth-grade students’ design and construction of earthquake resistant buildings. Journal of Educational Research, 110(3), 255-271. Doi: https://doi.org/10.1080/00220671.2016.1264053.
30. Erkorkmaz, Ü., Etikan, İ., Demir, O., Özdamar, K., & Sanisoğlu, S.Y. (2013). Doğrulayıcı faktör analizi ve uyum indeksleri. Türkiye Klinikleri Tıp Bilim Dergisi, 33(1), 210-223. Doi: https://doi.org/10.5336/medsci.2011-26747.
31. Gonzalez, H. B., & Kuenzi, J. J. (2012). “Congressional Research Service” adlı kurumun “Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education: A primer” başlıklı kongrre raporu. 20.11.2021 tarihinde http://steamwise.io/docs/congressional-research-service-R42642.pdf adresinden erişildi.
32. Gündüz, Ş., & Odabaşı, Ş. (2004). Bilgi çağında öğretmen adaylarının eğitiminde öğretim teknolojileri ve materyal geliştirme dersinin önemi. The Turkish Online Journal of Educational Technology, 3(1), 43-48.
33. Haik, Y., & Shahin, T. (2010). Engineering design process (3rd press). USA: Cengage Learning.
34. Hamida, S. T. B., Hamida, E. B., & Ahmed, B. (2015). A new mHealth communication framework for use in wearable WBANs and mobile technologies. Sensors, 15(2), 3379-3408. Doi: https://doi.org/10.3390/s150203379.
35. Hiğde, E., Keleş, F., & Aktamış, H. (2020). STEM alanlarına ve öğretimine yönelik tutumları inceleyen model çalışması. Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 20 (2), 1145-1160. Doi: https://doi.org/10.17240/aibuefd.2020..-648229.
36. Karasar, N. (1988). Bilimsel araştırma yöntemi. Ankara: Nobel Yayın Dağıtım.
37. Kearney, M., & Maher, D. (2013). Mobile learning in math teacher education: using ipads to support pre-service teachers’ professional development. Australian Educational Computing, 27(3), 76-84.
38. Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L. (2014). Engaging students in STEM education. Science Education International, 25(3), 246-258.
39. Kirschner, P., & Selinger, M. (2003). The state of affairs of teacher education with respect to information and communications technology. Technology, Pedagogy and Education, 12(1), 5-17. Doi: https://doi.org/10.1080/14759390300200143.
40. Kline, R. B. (2011). Principles and practice of structural equation modeling (3rd. Edition). New York, NY: Guilford.
41. Kolodner, J. L. (2002). Facilitating the learning of design practices: Lessons learned from an inquiry into science education. Journal of Industrial Teacher Education, 39(3), 9-40.
42. Kukulska-Hulme, A. (2009). Conclusions: future directions in researching mobile learning. V. Giasemi; P. Norbert and K. Agnes (eds.). Researching mobile learning: frameworks, tools and research designs. Oxford, UK: Peter Lang Verlag.
43. Lehner, F., & Nosekabel, H. (2002). The Role of mobile devices in e-learning first experiences with a wireless e-learning environment. IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education, Tokushima, Japan.
44. Liu, T. C., Peng, H., Wu, W. H., & Lin, M. S. (2009). The effects of mobile natural-science learning based on the 5E learning cycle: A case study. Journal of Educational Technology & Society, 12(4), 344-358.
45. Lou, S. J., Shih, R. C., Diez, C. R., & Tseng, K. H. (2011). The impact of problem-based learning strategies on STEM knowledge integration and attitudes: an exploratory study among female Taiwanese senior high school students. International Journal of Technology and Design Education, 21(2), 195-215. Doi: https://doi.org/10.1007/s10798-010-9114-8.
46. Marulcu, İ. (2010). Investigating the impact of a LEGO™-based, engineering-oriented curriculum compared to an inquiry-based curriculum on fifth graders' content learning of simple machines (Yayımlanmamış doktora tezi). Lynch School of Education, Boston College, USA.
47. Mentzer, N., Becker, K., & Sutton, M. (2015). Engineering design thinking: high school students’ performance and knowledge. Journal of Technology Education, 104, 417–432. Doi: https://doi.org/10.1109/ICL.2015.7318218.
48. Miaoulis, I. N. (2009). Engineering the K-12 curriculum for technological innovation. IEEEUSA Today’s Engineer Online. 3 Mayıs 2013 tarihinde http://www.todaysengineer.org/2009/Jun/K-12-curriculum.asp sayfasından erişildi.
49. Milli Eğitim Bakanlığı (MEB, 2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (ilkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
50. Moazzen, I., Miller, M., Wild, P., Jackson, L., & Hadwin, A. F. (2014). Engineering design survey. Canadian Engineering Education Association (CEEA14) Conference, Canmore. Doi: https://doi.org/10.24908/pceea.v0i0.5892.
51. National Research Council (NRC, 2012). A Framework for k-12 science education: practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington DC: The National Academic Press.
52. Nithia, K., Yusop, F. D., & Razak, R. A. (2015). Mobile learning for teaching and learning Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM): A review of literature. Economics, Social Sciences and Information Management (November), 173–176. Doi: https://doi.org/10.1201/b19921-29.
53. Nunn, J. (2016). Having fun with a cordless mouse. Physics Education, 51(4). Doi: https://doi.org/10.1088/0031-9120/51/4/045011.
54. Ryan, M., Camp, P., & Crismond, D. (2001). Design rules of thumb – connecting science and design. Meetings of the American Educational Research Association, Seattle, WA.
55. Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEMmania. The Technology Teacher, 20-26.
56. Okur, M. (2021). Fen bilgisi öğretmen adaylarının mobil teknolojilerin laboratuvar ortamında kullanılmasına yönelik görüşlerinin değerlendirilmesi. YYÜ Eğitim Fakültesi Dergisi, 18(1), 982-1008. Doi: https://doi.org/10.33711/yyuefd.957382.
57. Özdamar, K. (2002). Paket programlarıyla istatistiksel veri analizi. Eskişehir: Kaan Kitabevi.
58. Tabachnick, B. G., & Fidell, L. S. (2001). Using multivariate statistics. Boston: Allyn and Bacon.
59. Tantu, Ö. (2017). Evaluating mobile apps for STEM education with in-service teachers (Yayımlanmamış Doktora Tezi), Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.
60. Taşdemir, C., & Kaya, N. (2009). Mühendislik eğitimi. 1. İnşaat Mühendisliği Eğitimi Sempozyumu, Antalya.
61. Tayal, S. P. (2013). Engineering design process. International Journal of Computer Science and Communication Engineering, 1-5.
62. Tomczak, M., and Tomczak, E. (2014). The need to report effect size estimates revisited. An overview of some recommended measures of effect size. Trends in Sport Sciences, 1(21), 19-25.
63. Topalsan, A. K. (2018). Sınıf öğretmenliği öğretmen adaylarının geliştirdikleri mühendislik tasarım temelli fen öğretim etkinliklerinin değerlendirilmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 15(1), 186-219. Doi: https://doi.org/10.23891/efdyyu.2018.66.
64. Toulmin, C., & Groome, M. (2007). “National Governor’s Association” adlı kurumun “Building a science, technology, engineering, and math agenda” başlığında yayımlanan raporu. 20.11.2021 tatrihinde https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED496324.pdf adresinden erişildi.
65. Traxler, J. (2007). Defining, discussing, and evaluating mobile learning: the moving finger writes and having writ… . The International Review of Research in Open and Distributed Learning, 8(2), 1-8. Doi: https://doi.org/10.19173/irrodl.v8i2.346.
66. Yamak, H., Bulut, N., & Dündar, S. (2014). 5. sınıf öğrencilerinin bilimsel süreç becerileri ile fene karşı tutumlarına FeTeMM etkinliklerinin etkisi. GEFAD / GUJGEF, 34(2), 249-265. Doi: https://doi.org/10.17152/gefd.15192.
67. Yenilmez, K., & Balbağ, Z. (2016). Fen bilgisi ve ilköğretim matematik öğretmeni adaylarının STEM’E yönelik tutumları. Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi, 5(4), 301-307.