Opinions of Pre-service Science Teachers about Activities Based on Engineering Design Process in the STEM Education

Abstract

The opinions of pre-service science teachers about activities based on engineering design process in the STEM education were analyzed in this research. Eight volunteer pre-service teachers studying in the second year of the Science Education program participated in the study conducted with the case study design. Pre-service science teachers designed their own vernier caliper and micrometer in the activities, which was prepared by the researchers based on the engineering design process in the STEM education. In these activities, pre-service teachers followed the engineering design process steps of identification, research, imagination, planning and creation, testing and development, and communication. Following the research, all of the pre-service science teachers expressed positive opinions about the activities, while six pre-service science teachers expressed both positive and negative opinions. The positive opinions focused on the cognitive effects of the activity, including the need use imagination, develop creativity, the support provided to visual memory, envisioning what to do, applying reason and generating new ideas. The six pre-service science teachers who expressed negative opinions focused on the time taken for the activity, the difficulty in constructing the measuring tool, the inadequate functionality, the errors produced and cannot always be used.

Keywords

• STEM education
• engineering design process
• vernier caliper
• micrometer
• pre-service science teacher

STEM Eğitiminde Mühendislik Tasarım Sürecine Dayalı Etkinliklere Yönelik Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Görüşleri

Abstract

Araştırmada STEM eğitiminde mühendislik tasarım sürecine dayalı etkinliklere yönelik fen bilgisi öğretmen adaylarının görüşleri incelenmiştir. Durum çalışması deseni ile yürütülen araştırmaya fen bilgisi öğretmenliği programında ikinci sınıfta öğrenim gören sekiz gönüllü öğretmen adayı katılmıştır. STEM eğitiminde mühendislik tasarım sürecine dayalı olarak araştırmacılar tarafından hazırlanan etkinliklerde fen bilgisi öğretmen adayları kendi verniyerli kumpas ve mikrometrelerini tasarlamışlardır. Bu etkinliklerde öğretmen adayları mühendislik tasarım sürecinin tanımlama, araştırma, hayal etme, planlama ve yaratma, test etme ve geliştirme, iletişim basamaklarını takip etmişlerdir. Araştırma sonucunda tüm öğretmen adayları etkinliklere yönelik olumlu görüş belirtirken, altı öğretmen adayı hem olumlu hem de olumsuz görüş belirtmiştir. Olumlu görüşler hayal gücünü kullanma, yaratıcılığı geliştirme, görsel hafızayı destekleme, yapılacakları zihinde canlandırma, akıl yürütme ve yeni fikirler üretme olmak üzere etkinliklerin bilişsel etkileri üzerinde yoğunlaşmıştır. Altı fen bilgisi öğretmen adayı ise olumsuz görüşlerini uzun zaman alması, ölçme aracı yapımının zor olması, işlevsel açıdan yetersizliği, hata verebilmesi ve her zaman kullanılamaması olarak ifade etmiştir.

Keywords

• STEM eğitimi
• mühendislik tasarım süreci
• verniyerli kumpas
• mikrometre
• fen bilgisi öğretmen adayı

References

1. Açıkgül-Fırat, E. (2020). Science, technology, engineering, and mathematics integration: Science teachers’ perceptions and beliefs. Science Education International, 31(1), 104-116. doi: https://doi.org/10.33828/sei.v31.i1.11
2. Akar, H. (2017). Durum çalışması. A. Saban ve A. Ersoy (Ed.), Eğitimde nitel araştırma desenleri içinde, (Genişletilmiş 2. Baskı), (ss. 139-177). Ankara: Anı Yayıncılık.
3. Akaygun, S., & Aslan-Tutak, F. (2016). STEM images revealing STEM conceptions of pre-service chemistry and mathematics teachers. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology (IJEMST), 4(1), 56-71. doi:10.18404/ijemst.44833
4. Asghar, A., Ellington, R., Rice, E., Johnson, F., & Prime, G. M. (2012). Supporting STEM education in secondary science contexts. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning, 6(2), 85-125. doi: https://doi.org/10.7771/1541-5015.1349
5. Aslan, F., & Bektaş, O. (2019). Fen bilgisi öğretmen adaylarının STEM uygulamaları hakkındaki görüşlerinin belirlenmesi. Maarif Mektepleri Uluslararası Eğitim Bilimleri Dergisi, 3(2), 17-50.
6. Aydın, E., & Karslı-Baydere, F. (2019). Yedinci sınıf öğrencilerinin STEM etkinlikleri hakkındaki görüşleri: Karışımların ayrıştırılması örneği. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 38(1), 35-52. doi: 10.7822/omuefd.439843
7. Bakırcı, H., & Kutlu, E. (2018). Fen bilimleri öğretmenlerinin FeTeMM yaklaşımı hakkındaki görüşlerinin belirlenmesi. Turkish Journal of Computer and Mathematics Education, 9(2), 367-389.
8. Baran, E., Canbazoğlu-Bilici, S., & Mesutoğlu, C. (2015). Fen, teknoloji, mühendislik ve matematik (FeTeMM) spotu geliştirme etkinliği. Araştırma Temelli Etkinlik Dergisi (ATED), 5(2), 60-69.

9. Baran, E., Canbazoglu-Bilici, S., Mesutoglu, C., & Ocak, C. (2016). Moving STEM beyond schools: Students’ perceptions about an out-of-school STEM education program. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology (IJEMST), 4(1), 9-19. doi: 10.18404/ijemst.71338
10. Basham, J. D., & Marino, M. T. (2013). Understanding STEM education and supporting students through universal design for learning. TEACHING Exceptional Children, 45(4), 8-15. doi: https://doi.org/10.1177/004005991304500401
11. Bevan, B., Gutwill, J. P., Petrich, M., & Wilkinson, K. (2015). Learning through STEM-rich tinkering: Findings from a jointly negotiated research project taken up in practice. Science Education, 99(1), 98-120. doi: 10.1002/sce.21151
12. Bozkurt-Altan, E., Yamak, H., & Buluş-Kırıkkaya, E. (2016). FeTeMM eğitim yaklaşımının öğretmen eğitiminde uygulanmasına yönelik bir öneri: Tasarım temelli fen eğitimi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 212-232.
13. Bölükbaşı, G., & Görgülü-Arı, A. (2019). Fen bilimleri öğretmenlerinin FeTeMM eğitimi ve etkinliklerine yönelik görüşleri. Academic Perspective Procedia, 2(1), 47-56. doi: https://doi.org/10.33793/acperpro.02.01.11
14. Can, K., & Uluçınar-Sağır, Ş. (2018). Sınıf öğretmenlerinin fen, teknoloji, matematik ve mühendislik (FeTeMM) uygulamalarına ilişkin görüşleri. Uluslararası Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 6(11), 62-83.
15. Cantrell, P., Pekcan, G., Itani, A., & Velasquez-Bryant, N. (2006). The effects of engineering modules on student learning in middle school science classrooms. Journal of Engineering Education, 95(4), 301-309. doi: https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2006.tb00905.x
16. Christensen, L. B., Johnson, R. B., & Turner, L. A. (2015). Nitel ve karma yöntem araştırmaları. Araştırma yöntemleri desen ve analiz içinde (A. Aypay, Çev. Ed.). (2. Baskı), Ankara: Anı Yayıncılık (Orijinal Basım 2014).
17. Çınar, S., & Kereci, N. (2020). Sınıf öğretmenlerinin mühendislik tasarım uygulamalarının fen bilimleri öğretimine entegrasyonu hakkındaki görüşleri: Ordu örneği. Uluslararası Eğitimde Yenilikçi Yaklaşımlar Dergisi, 4(2), 23-45. doi: https://doi.org/10.29329/ijiape.2020.261.1
18. Çiftçi, A., Topçu, M. S., & Foulk, J. A. (2020). Pre-service early childhood teachers’ views on STEM education and their STEM teaching practices. Research in Science & Technological Education, 1-27. doi: 10.1080/02635143.2020.1784125
19. Doğan, E., & Saraçoğlu, S., (2019). Fen bilimleri öğretmenlerinin STEM temelli fen eğitimi hakkındaki görüşleri. HAYEF: Journal of Education, 16(2), 182-220. doi: 10.5152/hayef.2019.19016
20. Dugger, W. E. (2010). Evolution of STEM in the United States. https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.476.5804&rep=rep1&type=pdf adresinden alınmıştır.
21. Engineering is Elementary Team (2013). Here comes the sun: Engineering insulated homes. United States of America: Museum of Science. https://bgcutah.org/wp-content/uploads/2014/08/herecomesthesun2014_1.pdf adresinden alınmıştır.
22. Erdogan, I., & Ciftci, A. (2017). Investigating the views of pre-service science teachers on STEM education practices. International Journal of Environmental & Science Education, 12(5), 1055-1065.
23. Eroğlu, S., & Bektaş, O. (2016). STEM eğitimi almış fen bilimleri öğretmenlerinin STEM temelli ders etkinlikleri hakkındaki görüşleri. Eğitimde Nitel Araştırmalar Dergisi (ENAD), 4(3), 43-67. doi: 10.14689/issn.2148-2624.1.4c3s3m
24. Güldemir, S., & Çınar, S. (2017). Fen bilimleri öğretmenleri ve ortaokul öğrencilerinin STEM etkinlikleri hakkındaki görüşleri. ULEAD 2017 Annual Congress: ICRE, 280-286.
25. Günşen, G., Uyanık, G., & Akman, B. (2019). Okul Öncesi öğretmenlerinin STEM semantik algılarının ve STEM yaklaşımına yönelik düşüncelerinin belirlenmesi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 27(5), 2173-2186. doi: 10.24106/kefdergi.3387
26. Hacıoğlu, Y., Yamak, H., & Kavak, N. (2016). Mühendislik tasarım temelli fen eğitimi ile ilgili öğretmen görüşleri. Bartın Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 5(3), 807-830. doi: 10.14686/buefad.v5i3.5000195411
27. Karakaya, F., Alabaş, Z. E., Akpınar, A., & Yılmaz M. (2020). Determination of middle school students' views about STEM activities. International Online Journal of Education and Teaching (IOJET), 7(2), 537-551.
28. Karakaya, F., Yantırı, H., Yılmaz, G., & Yılmaz, M. (2019). İlkokul öğrencilerinin STEM etkinlikleri hakkında görüşlerinin belirlenmesi: 4. sınıf örneği. Uluslararası Türk Eğitim Bilimleri Dergisi, 7(13), 1-14.
29. Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L. (2014). Engaging students in STEM education. Science Education International, 25(3), 246-258.
30. Kızılay, E. (2016). Fen bilgisi öğretmen adaylarının FeTeMM alanları ve eğitimi hakkındaki görüşleri. The Journal of Academic Social Science Studies (JASSS), 47, 403-417. doi: http://dx.doi.org/10.9761/JASSS3464
31. Kocakaya, S., & Ensari, Ö. (2018). Physics pre-service teachers’ views on STEM activities. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 19(1), 1-15.
32. Kuvaç, M., & Koç-Sarı, I. (2018). E-STEM, STEM öğretmenleri için çevre konularına yönelik ortaokul etkinlik kitabı. (1. Baskı). Ankara: Anı Yayıncılık.
33. Lai, C. S. (2018). Using inquiry-based strategies for enhancing students’ STEM education learning. Journal of Education in Science, Environment and Health (JESEH), 4(1), 110-117. doi:10.21891/jeseh.389740
34. Madden, L., Beyers, J., & O’Brien, S. (2016). The importance of STEM education in the elementary grades: Learning from pre-service and novice teachers’ perspectives. Electronic Journal of Science Education, 20(5), 1-18.
35. Marulcu, İ., & Sungur, K. (2012). Fen bilgisi öğretmen adaylarının mühendis ve mühendislik algılarının ve yöntem olarak mühendislik-dizayna bakış açılarının incelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12, 13-23.
36. Nuangchalerm, P. (2018). Investigating views of STEM primary teachers on STEM education. Chemistry: Bulgarian Journal of Science Education, 27(2), 208-215.
37. Özbilen, A. G. (2018). STEM eğitimine yönelik öğretmen görüşleri ve farkındalıkları. Scientific Educational Studies, 2(1), 1-21.
38. Özcan, H., & Koştur, H. İ. (2018). Fen bilimleri dersi öğretmenlerinin STEM eğitimine yönelik görüşleri. Sakarya University Journal of Education, 8(4), 364-373. doi: 10.19126/suje.466841
39. Özçakır-Sümen, Ö., & Çalışıcı, H. (2016). Pre-service teachers’ mind maps and opinions on STEM education implemented in an environmental literacy course. Educational Sciences: Theory & Practice, 16(2), 459-476. doi: 10.12738/estp.2016.2.0166
40. Özdemir, A. U., & Cappellaro, E. (2020). Sınıf öğretmenlerinin FeTeMM farkındalıkları ve FeTeMM eğitimi uygulamalarına yönelik görüşleri. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 8(1), 46-75.
41. Roberts, A. (2012). A justification for STEM education. Technology and Engineering Teacher, 1-5.
42. Schnittka, C., Bell, R., & Richards, L. (2010). Save the penguins: Teaching the science of heat transfer through engineering design. Science Scope, 34(3), 82-91.
43. Şimşek, F. (2019). FeTeMM etkinliklerinin öğrencilerin fen tutum, ilgi, bilimsel süreç becerileri üzerine etkisi ve öğrenci görüşleri. Turkish Journal of Computer and Mathematics Education, 10(3), 654-679.
44. Tarkın-Çelikkıran, A., & Aydın-Günbatar, S. (2017). Kimya öğretmen adaylarının FeTeMM uygulamaları hakkındaki görüşlerinin incelenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 14(1), 1624-1656. doi: http://dx.doi.org/10.23891/efdyyu.2017.58
45. Timur, B., & İnançlı, E. (2018). Fen bilimleri öğretmen ve öğretmen adaylarının stem eğitimi hakkındaki görüşleri. Uluslararası Bilim ve Eğitim Dergisi, 1(1), 48-66.
46. Ugras, M. (2018). The effects of STEM activities on STEM attitudes, scientific creativity and motivation beliefs of the students and their views on STEM education. International Online Journal of Educational Sciences, 10(5), 165-182. doi: http://dx.doi.org/10.15345/iojes.2018.05.012
47. Uğraş, M. (2017). Okul öncesi öğretmenlerinin STEM uygulamalarına yönelik görüşleri. Eğitimde Yeni Yaklaşımlar Dergisi, 1(1), 39-54.
48. Uğraş, M., & Genç, Z. (2018). Investigating preschool teacher candidates' STEM teaching intention and the views about STEM education. Bartın University Journal of Faculty of Education, 7(2), 724-744. doi: 10.14686/buefad.408150
49. Ültay, N., & Ültay, E. (2020). A comparative investigation of the views of preschool teachers and teacher candidates about STEM. Journal of Science Learning, 3(2), 67-78. doi: 10.17509/jsl.v3i2.20796
50. Watters, J. J., & Diezmann, C. M. (2013). Community partnerships for fostering student interest and engagement in STEM. Journal of STEM Education, 14(2), 47-55.
51. Yıldırım, B. (2018). Sınıf öğretmeni adaylarının tasarım temelli öğrenmeye yönelik görüşleri. Akdeniz Eğitim Araştırmaları Dergisi, 12(24), 272-293. doi: https://doi.org/10.29329/mjer.2018.147.15
52. Yıldırım, B. (2020). Preschool STEM activities: Preschool teachers’ preparation and views. Early Childhood Education Journal. doi: https://doi.org/10.1007/s10643-020-01056-2
53. Yıldırım, B., & Altun, Y. (2015). STEM eğitim ve mühendislik uygulamalarının fen bilgisi laboratuar dersindeki etkilerinin incelenmesi. El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 28-40.
54. Yıldırım, B., & Selvi, M. (2018). Ortaokul öğrencilerinin STEM uygulamalarına yönelik görüşlerinin incelenmesi. Anemon Muş Alparslan Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 6(STEMES’18), 47-54.