Understanding of the Nature of Engineering Scale for Secondary School Students: Development, Validity and Reliability Study

Öz

The aim of this research is to develop a valid and reliable measurement tool for secondary school students' understanding of the nature of engineering. During the development of the scale, first of all, literature review and interviews with five engineers were conducted, and an item pool containing 95 items was created based on the findings. Experts’ opinions were taken regarding the suitability and accuracy of the items and dimensions of the scale. The pilot form of the developed scale was applied to a total of 704 students studying in secondary schools in a district of a metropolitan city in the Marmara Region of Türkiye. Exploratory Factor Analysis (EFA) was conducted with 350 students and Confirmatory Factor Analysis (CFA) was conducted with 354 students. The scale explained 65.65% of the total variance. The model fit indices obtained through CFA were analyzed, and it was concluded that the scale structure was satisfactory. In the research, a valid and reliable scale was developed, with a 5-point Likert type, consisting of 28 items and a single factor, with a Cronbach Alpha reliability coefficient of .98.

Anahtar Kelimeler

• Understanding of the nature of engineering
• Secondary school students
• Scale development

Ortaokul Öğrencilerine Yönelik Mühendisliğin Doğası Anlayışı Ölçeği: Geliştirme, Geçerlik ve Güvenirlik Çalışması

Öz

Bu araştırmanın amacı ortaokul öğrencilerinin mühendisliğin doğası anlayışlarının belirlenebilmesi amacıyla geçerli ve güvenilir bir ölçme aracının geliştirilmesidir. Ölçeğin geliştirilmesi aşamasında öncelikli olarak literatür taraması ve beş mühendis ile görüşme yapılmış, elde edilen bulgulardan yola çıkılarak 95 maddelik bir madde havuzu oluşturulmuştur. Ölçeğin madde ve boyutların uygunluğu ve doğruluğu açısından beşi fen bilimleri eğitimi, biri fizik eğitimi, biri kimya eğitimi alanında olmak üzere toplam yedi uzmanın görüşü alınmıştır. Ardından ölçeğin içeriği ile ilgili çalışmalar yürüten, ölçme ve değerlendirmede yeterliliği olan uzmanlar ve bir dil uzmanından elde edilen öneriler ve düzeltmeler dikkate alınarak gerekli işlemler yapılmıştır. Geliştirilen ölçeğin pilot formu Türkiye’nin Marmara Bölgesi’nde bulunan bir büyükşehirin bir ilçesindeki ortaokullarda öğrenim görmekte olan toplam 704 öğrenciye uygulanmıştır. 350 öğrenci ile açımlayıcı faktör analizi (AFA), 354 öğrenci ile doğrulayıcı faktör analizi (DFA) çalışmaları yürütülmüştür. MDAÖ’nün toplam varyansın %65.65’ini açıkladığı belirlenmiştir. DFA ile tespit edilen model uyum indeksleri incelenmiş ve ölçek yapısının kabul edilebilir olduğu belirlenmiştir. Araştırmada 5’li likert tipinde, 28 madde ve tek faktörden oluşan, Cronbach Alpha güvenirlik katsayısı .98 olan geçerli ve güvenilir bir ölçek geliştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Mühendisliğin doğası anlayışı
• Ortaokul öğrencileri
• Ölçek geliştirme

Kaynakça

1. Adams, C. C. (2004). The role of humanities in distinguishing science from engineering design in the minds of engineering students. In Ollis, D. F., Neeley, K. A., Luegenbiehl, H. C. (Eds.), Liberal education for 21st century engineering: Responses to ABET/EC 2000 criteria (pp. 91-112). New York: Peter Lang.
2. Akbulut, Y. (2010). Sosyal bilimlerde SPSS uygulamaları (Sık kullanılan istatistiksel analizler ve açıklamalı SPSS çözümleri). İstanbul: İdeal Kültür Yayıncılık.
3. Antink Meyer, A., & Brown, R. A. (2019). Nature of engineering knowledge. Science & Education, 28, 539-559. https://doi.org/10.1007/s11191-019-00038-0
4. Apedoe, X. S., Reynolds, B., Ellefson, M. R., & Schunn, C. D. (2008). Bringing engineering design into high school science classrooms: The heating/cooling unit. Journal of Science Education and Technology, 17(5), 454-465.
5. Aswad, N. G., Vidican, G., & Samulewicz, D. (2011). Creating a knowledge-based economy in the United Arab Emirates: Realising the unfulfilled potential of women in the science, technology and engineering fields. European Journal of Engineering Education, 36(6), 559-570.
6. Ayar, M. C. (2015). First-hand experience with engineering design and career interest in engineering: An informal STEM education case study. Educational Sciences: Theory & Practice, 15(6), 1655-1675.
7. Aydın, G., Saka, M., & Guzey, S. (2018). 4-5-6-7. ve 8. sınıf öğrencileri için mühendislik bilgi düzeyi ölçeği. İlköğretim Online, 17(2), 750-768. doi 10.17051/ilkonline.2018.419071
8. Aydoğan, B. (2019). The effects of engineering design based instruction on 7th grade students’ nature of engineering views and attitudes towards STEM. (Unpublished doctoral dissertation). Middle East Technical University the Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara.

9. Baykul, Y. (2000). Eğitim ve psikolojide ölçme. Ankara: ÖSYM Yayınları.
10. Bucciarelli, L. (2003). Engineering philosophy. The Netherlands: Delft University Press.
11. Büyüköztürk, Ş. (2015). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı. Pegem Akademi, Ankara.
12. Büyüköztürk, Ş., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş., Demirel, F. ve Kılıç Çakmak, E. (2024). Eğitimde bilimsel araştırma yöntemleri (35. Baskı). Ankara: Pegem Akademi Yayıncılık.
13. Büyüköztürk, Ş., Kılıç Çakmak, E., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş., & Demirel, F. (2016). Bilimsel araştırma yöntemleri. Ankara: Pegem Akademi.
14. Carpenter, S. (2018). Ten steps in scale development and reporting: A guide for researchers. Communication Methods and Measures, 12(1), 25-44. https://doi.org/10.1080/19312458.2017.1396583
15. Cattell, R. B. (1978). The scientific use of factor analysis in behavioral and life sciences. New York: Plenum.
16. Cohen, L., Manion, L., & Morrison, K. (2007). Research methods in education (6th Edition). New York: Routledge.
17. Cunningham, C. M. (2009). Engineering is elementary. The Bridge, 30(3), 11-18.
18. Cunningham, C. M., Lachapelle, C., & Lindgren-Streicher, A. (2005, June). Assessing elementary school students' conceptions of engineering and technology. In 2005 Annual Conference (pp. 10.227.1 - 10.227.10). Portland, OR.
19. Çakmak, B., Bilen, K., & Taner, M. S. (2019). Ortaokul öğrencilerinin mühendis ve mühendislik algıları. Anadolu Öğretmen Dergisi, 3(1), 32-43. DOI: 10.35346/aod.559599
20. Çil, E., & Özlen, S. (2019). Beşinci sınıf öğrencilerinin mühendis ve mühendislik algılarının incelenmesi. Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 19(4), 1272-1287. https://doi.org/10.17240/aibuefd.2020..-408610
21. Çokluk, Ö., Şekercioğlu, G., & Büyüköztürk, Ş. (2012). Sosyal bilimler için çok değişkenli istatistik: SPSS ve LISREL uygulamaları. Ankara: Pegem Akademi.
22. Daugherty, J. (2012). Infusing engineering concepts: Teaching engineering design. National Center for Engineering and Technology Education, Paper 170, 1-11.
23. Davis, M. (1991). Thinking like an engineer: The place of a code of ethics in the practice of a profession. Philosophy and Public Affairs, 20, 150-167.
24. Demirbağ, C., Arıkan, S., & Muğaloğlu, E. Z. (2020). Adaptation of the self-efficacy beliefs in STEM education scale and testing measurement invariance across groups. Journal of Measurement and Evaluation in Education and Psychology, 11(2), 163-179. doi: 10.21031/epod.675240
25. Deniz, H., Kaya, E., Yesilyurt, E., & Trabia, M. (2020). The influence of an engineering design experience on elementary teachers’ nature of engineering views. International Journal of Technology and Design Education, 30, 635-656. https://doi.org/10.1007/s10798-019-09518-4
26. DeVellis, R. F. (2017). Ölçek geliştirme: Kuram ve uygulamalar. T. Totan (Çev.), Ölçek geliştirme ilkeleri, içinde (s. 73-114). Ankara: Nobel Akademi Yayıncılık.
27. Dülger, G., & Karahan Okuroglu, G. (2024). Development of safe blood transfusion self‐efficacy scale for nurses: Validity and reliability study. Transfusion and Apheresis Science, 63(5), 103984. https://doi.org/10.1016/j.transci.2024.103984
28. Dym, C. L. (1994). Engineering design: a synthesis of views. New York: Cambridge University Press.
29. Dym, C. L. (1999). Learning engineering: Design, languages, and experiences. Journal of Engineering Education, 88(2), 145-148.
30. Dym, C. L., Agogino, A. M., Eris, O., Frey, D. D., & Leifer, L. J. (2005). Engineering design thinking, teaching, and learning. Journal of Engineering Education, 94(1), 103-120.
31. Ergün, A. (2018). Türk ortaokul öğrencilerinin mühendislik ve teknoloji algıları: sınıf düzeyi ve cinsiyetin etkisi. Journal of Human Sciences, 15(4), 2567-2673. doi: 10.14686/jhs.v15i4.5260
32. Fortus, D., Dershimer, R. C., Krajcik, J. S., Marx, R. W., & Mamlok-Naaman, R. (2004). Design-based science and student learning. Journal of Research in Science Teaching, 41(10), 1081-1110.
33. Frehill, L. M. (1997). Education and occupational sex segregation: The decision to major in engineering. The Sociological Quarterly, 38(2), 225-249.
34. George, D. & Mallery, P. (2003). SPSS for Windows step by step: A simple guideandreference. Boston: Allyn & Bacon, USA.
35. Gibbin, R. D., & Davis, L. A. (Eds.). (2002). Raising public awareness of engineering. Washington: National Academies Press.
36. Gibbons, S. J., Hirsch, L. S., Kimmel, H., Rockland, R., & Bloom, J. (2004, October). Middle school students' attitudes to and knowledge about engineering. In International Conference on Engineering Education (pp. 1-6). Gainesville, FL.
37. Gorsuch, R. L. (1983). Factor analysis. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum.
38. Gottfredson, L. S. (2002). Gottfredson’s theory of circumscription, compromise, and self-creation. Career Choice and Development, 4, 85-148.
39. Gök, N. (2022). Ortaokul öğrencilerinin STEM'e karşı tutumları ve mühendisliğin doğasına yönelik görüşleri. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Alanya Alaaddin Keykubat Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Antalya.
40. Gülhan, F., & Şahin, F. (2016). Fen-teknoloji-mühendislik-matematik entegrasyonunun (STEM) 5. sınıf öğrencilerinin bu alanlarla ilgili algı ve tutumlarına etkisi. International Journal of Human Sciences, 602-620. Doi:10.14687/ijhs.v13i1.3447
41. Hartman, B. D. (2016). Aspects of the nature of engineering for K-12 science education: A Delphi study. (Unpublished doctoral dissertation). Oregon State University, USA.
42. Hatcher L. (1994). A step-by-step approach to using the SAS system for factor analysis and structural equation modeling. Cary, NC: SAS Institute Inc.
43. Hester, K., & Cunningham, C. M. (2007, June). Engineering is elementary: An engineering and technology curriculum for children. In American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition (p. 12.639.1). Honolulu, HI.
44. Hutcheson, G., & Sofroniou, N. (1999). The multivariate social scientist. London: Sage Publications, Inc.
45. İlhan, N., Şekerci, A. R., Sözbilir, M., & Yıldırım, A. (2013). Eğitim araştırmalarına yönelik öğretmen tutum ölçeğinin geliştirilmesi: Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Batı Anadolu Eğitim Bilimleri Dergisi, 4(8), 31-57.
46. International Technology Educating Association [ITEA]. (2007). Standards for technological literacy: Content for the study of technology. www.iteaconnect.ora/TAA/PDFs/xstnd.pdf
47. İrdem Ağrıman, N. (2022). Investigation of science teachers’ nature of engineering views. (Unpublsihed master thesis). Middle East Technical University The Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara.
48. Karatas, F. O. (2009). First-year engineering students' views of the nature of engineering (Unpublished doctoral dissertation). Purdue University Graduate School, USA.
49. Karatas, F. O., Goktas, Y., & Bodner, G. M. (2010, November). An argument about nature of engineering (NOE) and placing the NOE into engineering education curriculum. In Proceedings of Turkey’s Vision 2023 Conference Series: International Engineering Education Conference (pp. 4-6). Antalya, Turkey.
50. Karatas, F. O., Micklos, A., & Bodner, G. M. (2011). Sixth-grade students’ views of the nature of engineering and images of engineers. Journal of Science Education and Technology, 20, 123-135. https://doi.org/10.1007/s10956-010-9239-2
51. Karataş, F. Ö., Bodner, G. M., & Unal, S. (2015). First-year engineering students’ views of the nature of engineering: Implications for engineering programmes. European Journal of Engineering Education, 41(1), 1-22. doi:10.1080/03043797.2014.1001821
52. Kline, R. B. (1994). An easy guide to factor analysis. New York: Routledge.
53. Knight, M., & Cunningham, C. (2004). Draw an engineer test (DAET): Development of a tool to investigate students’ ideas about engineers and engineering. ASEE Annual Conference Proceedings, In (pp. 4079-4089). Salt Lake City, UT.
54. Koen, B. V. (2003). Discussion of the method. New York: Oxford University Press.
55. Koyunlu Unlu, Z., Dokme, I., & Unlu, V. (2016). Adaptation of the science, technology, engineering, and mathematics career interest survey (STEM-CIS) into Turkish. Eurasian Journal of Educational Research, 63, 21-36. http://dx.doi.org/ 10.14689/ejer.2016.63.2
56. Lewin, D. (1983). Engineering philosophy: The third culture. Leonardo, 16(2), 127-132.
57. Marulcu, I., & Barnett, M. (2013). Fifth graders’ learning about simple machines through engineering design-based instruction using LEGO™ materials. Research in Science Education, 43(5), 1825-1850.
58. Matthews, C. (1998). Case studies in engineering design. London: Arnold. McMillan, J. H., & Schumacher, S. (2006). Research in education: Evidence-based inquiry (sixth Ed.). Boston: Pearson.
59. Mehalik, M., Doppelt, Y., & Schunn, C. D. (2008). Middle school science through design based learning versus scripted inquiry: Better overall science concept learning and equity gap reduction. Journal of Engineering Education, January, 97(1), 71-86.
60. Millî Eğitim Bakanlığı [MEB]. (2017). Fen bilimleri dersi taslak öğretim programı (İlkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: MEB Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
61. Millî Eğitim Bakanlığı [MEB]. (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı (ilkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: MEB Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
62. Millî Eğitim Bakanlığı [MEB]. (2024). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (ilkokul ve ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar). Ankara: MEB Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı. https://mufredat.meb.gov.tr/
63. Mitcham, C. (1998). The importance of philosophy to engineering. Teorema: Revista Internacional de Filosofía, 17(3), 27-47.
64. Moore, T. J., Stohlmann, M. S., Wang, H. H., Tank, K. M., & Roehrig, G. H. (2014). Implementation and Integration of Engineering in K-12 STEM Education. J. Strobel, S. Purzer, & M. Cardella (Eds.), In Engineering in precollege settings: Research into practice, (pp. 35-60). Rotterdam, the Netherlands: Sense Publishers.
65. Oware, E. A. (2008). Examining elementary students' perceptions of engineers. (Unpublished doctoral dissertation), Purdue University, USA.
66. Oware, E. A., Capobianco, B. M., & Diefes-dux, H. A. (2007, October). Young children’s perceptions of engineers before and after a summer engineering outreach course. In 37th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference (S2B-3-S2B-8). Milwaukee, WI. doi: 10.1109/FIE.2007.4417814.
67. Özlüleci, M., & Kayacan Çelebi, K. (2023). Fen, mühendislik ve girişimcilik becerileri değerlendirme ölçeği: Geçerlilik ve güvenirlik çalışması. Millî Eğitim, 52 (Özel Sayı), 493-512. DOI: 10.37669/milliegitim.1309131
68. Pallant, J. (2016). SPSS kullanma kılavuzu. (S. Balcı & B. Ahi, Çev.). Ankara: Anı Yayıncılık.
69. Park, K. & Lee, H. (2014). Elementary students’ perceived images of engineers. Journal of the Korean Earth Science Society, 35(5), 375-384. http://dx.doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.5.375
70. Powell, A., Dainty, A., & Bagilhole, B. (2012). Gender stereotypes among women engineering and technology students in the UK: Lessons from career choice narratives. European Journal of Engineering Education, 37(6), 541-556.
71. Ringwood, J. V., Monaghan, K., & Maloco, J. (2005). Teaching engineering design through Lego ® Mindstorms™. European Journal of Engineering Education 30(1), 91-104.
72. Robinson, T., Kirn, A., Amos, J., & Chatterjee, I. (2023). The effects of engineering summer camps on middle and high school students’ engineering interest and identity formation: A multi-methods study. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 13(2), Article 6. https://doi.org/10.7771/2157-9288.1351
73. Rogers, C., & Portsmore, M. (2004). Bringing engineering to elementary school. Journal of STEM Education, 5(3), 17-28.
74. Rogers, G. F. C. (1983). The nature of engineering. London: Macmillan International Higher Education.
75. Ropohl, G. (2002). Mixed prospects of engineering ethics. European Journal of Engineering Education, 27(2), 149-155.
76. Schermelleh Engel, K., Moosbrugger, H., & Müller, H. (2003). Evaluating the fit of structural equation models: Tests of significance and descriptive goodness-of-fit measures. Methods of psychological research online, 8(2), 23-74.
77. Sevim, K. (2021). Ortaokul öğrencilerinin stem tutumları ile mühendislik bilgi düzeyleri arasındaki ilişkinin incelenmesi. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Uşak Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Uşak.
78. Sharma, S., & Kumar, A. (2006). Cluster analysis and factor analysis. In R. Grover, & M. Vriens (Eds.), The handbook of marketing research: Uses, misuses, and future advances (pp. 365-393). Thousand Oaks: Sage Publications, Inc.
79. Streiner, D. L., Norman, G. R., & Cairney, J. (2015). Health measurement scales: a practical guide to their development and use (5th ed.). Oxford, UK: Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/med/9780199685219.001.0001
80. Vincenti, W. G. (1990). What engineers know and how they know it: Analytical studies from aeronautical history (Johns Hopkins studies in the history of technology). Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press.
81. Wendell, K. B., & Lee, H. S. (2010). Elementary students’ learning of materials science practices through instruction based on engineering design tasks. Journal of Science Education and Technology, 19(6), 580-601.
82. Wulf, W. A. (2002). The urgency of engineering education reform. Journal of STEM Education: Innovations and Research, 3(3), 3-9.
83. Yaman, S., Sarışan Tungaç, A., & Bal İncebacak, B. (2019). STEM eğitimine yönelik umut ve hedefler ölçeği uyarlaması: Geçerlik ve güvenilirlik çalışması. Kastamonu Education Journal, 27(3), 1257-1271. doi:10.24106/kefdergi.3022
84. Yılmaz, H., Yiğit Koyunkaya, M., Güler, F., & Güzey, S. (2017). Fen, teknoloji, mühendislik, matematik (STEM) eğitimi tutum ölçeğinin Türkçe’ye uyarlanması. Kastamonu Eğitim Dergisi, 25(5), 1787-1800.