Fen Lisesi Öğrencilerinin Mühendislik Tasarım Süreçlerinin İncelenmesi

Öz

Fen liseleri; kuruluş amaçları ve bu okullarda öğrenim gören öğrencilerin akademik başarıları dikkate alındığında, mühendislik tasarım süreçlerini benimsemiş nitelikli bireyler yetiştirilmesi için lokomotif kurum olabilir. Bu nedenle fen lisesi öğrencilerinin mühendislik tasarım süreçlerini gerçekleştirme düzeylerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu araştırmada, fen lisesinde öğrenim gören dokuzuncu sınıf öğrencilerinin mühendislik tasarım süreçlerini gerçekleştirme düzeylerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca araştırmada fen lisesinde öğrenim gören dokuzuncu sınıf öğrencileri mühendislik tasarım süreçlerini nasıl gerçekleştirdiklerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Durum çalışmasının kullanıldığı araştırma, 2019-2020 yılında gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın çalışma grubu, Türkiye’deki bir fen lisesinin dokuzuncu sınıfında öğrenim gören 27 öğrenciden oluşmaktadır. Verilerin toplanmasında, araştırmacılar tarafından geliştirilen STEM entegrasyon temelli etkinlik kitapçıkları, mühendislik tasarım süreci değerlendirme rubliği ve mühendislik tasarım sürecine yönelik öğrenci formu kullanılmıştır. Araştırma sonucunda, fen lisesinde öğrenim gören dokuzuncu sınıf öğrencilerin problemin belirlenmesi, çözüm önerilerinin geliştirilmesi ve disiplinlerarası bilgilerin entegrasyonu konularında hedeflenen düzeyde oldukları, ancak tasarım süreci konusunda hedeflenen düzeye ulaşamadıkları belirlenmiştir. Ayrıca öğrencilerin mühendislik tasarım süreçlerini farklı stratejiler, kriterler ve karar verme mekanizmaları kullanarak gerçekleştirdikleri tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Fen lisesi öğrencileri
• mühendislik tasarım süreci
• STEM

Investigation of Science High School Students' Engineering Design Processes

Öz

Science high schools can be the locomotive institution for raising qualified individuals who have adopted the engineering design processes, considering the purpose of their establishment and the academic success of the students studying in these schools. For this reason, it is necessary to determine the level of realization of engineering design processes of science high school students. In this study, it was aimed to determine the level of engineering design processes of ninth grade students studying in Science High School. In addition, the study aimed to determine how ninth-grade students studying in science high school perform engineering design processes. The research using the status study was carried out in 2019-2020. The research working group consists of 27 students studying in the ninth grade of a science high school in Turkey. STEM integration-based activity booklets developed by the researchers, engineering design process evaluation and student form for the engineering design process were used in the collection of the data. As a result of the research, it was determined that ninth grade students studying in Science High School were at the target level in identifying the problem, developing solution proposals and integrating interdisciplinary information, but did not reach the target level in the design process. In addition, it has been found that students perform engineering design processes using different strategies, criteria and decision-making mechanisms.

Anahtar Kelimeler

• Science high school students
• engineering design process
• STEM

Kaynakça

1. Aldahmash, A.H., Alamri, N.A., & Aljallal, M. (2019). Saudi Arabian science and mathematics teachers’ attitudes toward integrating STEM in teaching before and after participating in a professional development program. Cogent Education, 6, 1-21. https://doi.org/10.1080/2331186X.2019.1580852
2. Altan, E. B., & Üçüncüoğlu, İ. (2018). Fen bilimleri öğretmen adayları için STEM odaklı laboratuvar uygulamaları etkinliği: sağlıklı yaşam modülü’ne yönelik değerlendirmeler. Uluslararası Beşeri Bilimler ve Eğitim Dergisi, 4(9), 329-347. https://dergipark.org.tr/en/pub/ijhe/issue/39344/477950 sayfasından erişilmiştir.
3. Arslan, Ö., & Yıldırım, B. (2020). STEM uygulamalarının öğretmen adaylarının öz-yeterlikleri, pedagoji ve alan bilgisi üzerine etkisi. İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 21(3), 1339-1355. https://doi.org/10.17679/inuefd.789366
4. Aydeniz, M. (2017). Eğitim sistemimiz ve 21. Yüzyıl hayalimiz: 2045 Hedeflerine ilerlerken, Türkiye için STEM odaklı ekonomik bir yol haritası. University of Tennessee, Knoxville. https://trace.tennessee.edu/cgi/viewcontent.cgi?referer=https://www.google.com/&httpsredir=1&article=1019&context=utk_theopubs sayfasından erişilmiştir.
5. 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. https://doi.org/10.7822/omuefd.439843
6. Bozkurt, E., (2014). Mühendislik tasarım temelli fen eğitiminin fen bilgisi öğretmen adaylarının karar verme becerisi, bilimsel süreç becerileri ve sürece yönelik algılarına etkisi. (Doktora Tezi). https://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
7. Breiner, J. M., Harkness, S. S., Johnson, C. C. & Koehler, C. M. (2012). What is STEM? A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships. School Science and Mathematics, 112(1), 3-11. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.2011.00109.x
8. Brophy, S., Klein, S., Portsmore, M., & Rogers, C. (2008). Advancing engineering education in P-12 classrooms. Journal of Engineering Education, 97(3), 369-387. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2008.tb00985.x

9. Buyruk, B., & Korkmaz, Ö. (2016). FeTeMM farkındalık ölçeği (FFÖ): Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Part B: Türk Fen Eğitimi Dergisi, 3(2), 61-76. https://doi.org/10.12973/tused.10179a
10. Bybee, R.W. (2010). What is STEM education? Science, 329, 996. https://doi.org/10.1126/science.1194998
11. Carr, R. L., & Strobel, J. (2011). Integrating engineering design challenges into secondary STEM education. Logan, UT: National Center for Engineering and Technology Education. https://digitalcommons.usu.edu/ncete_publications/172/ sayfasından erişilmiştir.
12. Creswell, J. W. (2007). Qualitative inquiry & research design: Choosing among five approaches ( 2. Baskı). USA: SAGE.
13. Crismond, D. P., & Adams, R. S. (2012). The informed design teaching and learning matrix. Journal of Engineering Education, 101(4), 738–797. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2012.tb01127.x
14. Cunningham, C.M., & Hester, K. (2007). Engineering is Elementary: An engineering and technology curriculum for children. Presented at the ASEE Annual Conference and Exposition, Honolulu, HI. http://eie.org/eie-curriculum/research/articles/engineeringelementaryengineering-and-technology-curriculum sayfasından erişilmiştir.
15. Dare, E. A., Ring-Whalen, E. A., & Roehrig, G. H. (2019). Creating a continuum of STEM models: Exploring how K-12 science teachers conceptualize STEM education. International Journal of Science Education, 41(12), 1701-1720. https://doi.org/10.1080/09500693.2019.1638531
16. Ercan, S. (2014). Fen eğitiminde mühendislik uygulamalarının kullanımı: Tasarım temelli fen eğitimi. (Doktora tezi). https://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
17. Eroğlu, S., & Bektaş, O. (2016). STEM eğitimi almış fen bilimleri öğretmenlerinin STEM temelli ders etkinlikleri hakkındaki görüşleri. Eğitimde Nitel Araştırmalar Dergisi, 4(3), 43-67. https://doi.org/10.14689/issn.2148-2624.1.4c3s3m
18. Fan, S. C., Yu, K. C., & Lou, S. J. (2018). Why do students present different design objectives in engineering design projects?. International Journal of Technology and Design Education, 28(4), 1039-1060. https://doi.org/10.1007/s10798-017-9420-5
19. Fan, S.C., & Yu, K.C. (2016). Core value and implementation of the science, technology, engineering, and mathematics curriculum in technology education. Journal of Research in Education Sciences, 61(2), 153–183. https://doi.org/10.6209/JORIES.2016.61(2).06
20. Gonzalez, M., & Fryer, C. (2014). A Collaborative Initiative: STEM and Universally designed curriculum for at risk preschoolers. National Teacher Education Journal, 7(3), 21-29.
21. Guzey, S. S., Moore, T. J., & Harwell, M. (2016b). Building up STEM: An analysis of teacher-developed engineering design-based STEM integration curricular materials. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 6(1), 11-29. https://doi.org/10.7771/2157-9288.1129
22. Gürlen, E., Demirkaya, A. S., & Doğan, N. (2019). Uzmanların PISA ve TIMMS sınavlarının eğitim politika ve programlarına etkisine ilişkin görüşleri. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, (52), 287-319. https://doi.org/10.21764/maeuefd.599615
23. Hacıoğlu, Y. (2017). Fen, teknoloji, mühendislik ve matematik (STEM) eğitimi temelli etkinliklerin fen bilgisi öğretmen adaylarının eleştirel ve yaratıcı düşünme becerilerine etkisi. (Doktora tezi). https://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
24. Hacıoğlu, Y., & Başpınar, A. (2020). Bir sınıf öğretmeni ve öğrencilerinin ilk STEM eğitimi deneyimleri. Karadeniz Sosyal Bilimler Dergisi, 12(22), 1-23. https://doi.org/10.38155/ksbd.690919
25. Hacıoğlu, Y., Yamak, H., & Kavak, N. (2016). Mühendislik tasarım temelli fen eğitimi ile ilgili öğretmen görüşleri. Bartın University Journal of Faculty of Education, 5(3), 807-830. https://doi.org/10.14686/buefad.v5i3.5000195411
26. Hagay, G., & Baram–Tsabari, A. (2015). A strategy for incorporating students’ interests into the high school science classroom. Journal of Research in Science Teaching, 52(7), 949–978. https://doi.org/10.1002/tea.21228
27. Hom, E. (2014). What is STEM education? http://www.livescience.com/43296-what-is-stem-education.html sayfasından erişilmiştir.
28. Huntley, M. A. (1998). Design and implementation of a framework for defining integrated mathematics and science education. School Science and Mathematics, 98(6), 320–327. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.1998.tb17427.x
29. Hynes, M., Portsmore, M., Dare, E., Milto, E., Rogers, C., Hammer, D., & Carberry, A. (2011). Infusing engineering design into high school STEM courses. http://ncete.org/flash/pdfs/Infusing%20Engineering%20Hynes.pdf sayfasından erişilmiştir.
30. Kahraman, E., & Doğan, A. (2020). STEM etkinliklerine yönelik ortaokul öğrencilerinin görüşleri. Anadolu Öğretmen Dergisi, 4(1), 1-20. https://doi.org/10.35346/aod.728000
31. Karakaya, F., & Avgın, S.S. (2016). Effect of demographic features to middle school students’ attitude towards FeTeMM (STEM). Journal of Human Sciences, 13(3), 4188-4198. https://doi.org/10.14687/jhs.v13i3.4104
32. 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. https://iojet.org/index.php/IOJET/article/view/662 sayfasından erişilmiştir.
33. Karakaya, F., Avgın, S., & Yılmaz, M. (2018). Ortaokul öğrencilerinin fen-teknoloji-mühendislik-matematik (STEM) mesleklerine olan ilgileri. Ihlara Eğitim Araştırmaları Dergisi, 3(1), 36-53. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ihead/issue/36890/375789 sayfasından erişilmiştir. Kelley, T.R., & Knowles, J.G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM Education, 3(11), 2–11. https://doi.org/10.1186/s40594-016-0046-z
34. Komek, E., Yagiz, D., & Kurt, M. (2015). Analysis according to certain variables of scientific literacy among gifted students that participate in scientific activities at science and art centers. Journal for the Education of the Young Scientist & Giftedness, 3, 1–12. https://doi.org/10.17478/JEGYS.2015110568
35. Land, M. H. (2013). Full STEAM ahead: The benefits of integrating the arts into STEM. Procedia Computer Science, 20, 547-552. https://doi.org/10.1016/j.procs.2013.09.317
36. Landis, J, R., & Koch, G. (1977). The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics, 33, 159-174. https://doi.org/10.2307/2529310
37. Mann, E.L., Mann, R.L., Strutz, M. L., Duncan, D., & Yoon, S.Y. (2011). Integrating engineering into K–6 curriculum: Developing talent in the STEM disciplines. Journal of Advanced Academics, 22, 639–658. https://doi.org/10.1177/1932202X11415007
38. McCormick, R. (2004). Issues of learning and knowledge in technology education. International Journal of Technology and Design Education, 14(1), 21–44. https://doi.org/10.1023/B:ITDE.0000007359.81781.7c
39. Mentzer, N. (2011). High school engineering and technology education integration through design challenges. Journal of STEM Teacher Education, 48(2), 103-136. https://doi.org/10.30707/JSTE48.2Mentzer
40. Merriam, S.B. (2015). Nitel araştırma: desen ve uygulama için bir rehber. (S. Turan, Çev.). Ankara: Nobel.
41. Milli Eğitim Bakanlığı (2018a). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3,4,5,6,7 ve 8. sınıflar). http://mufredat.meb.gov.tr/ProgramDetay.aspx?PID=325 sayfasından erişilmiştir.
42. Milli Eğitim Bakanlığı (2018b). 2023 Eğitim Vizyon. http://2023vizyonu.meb.gov.tr/doc/2023_EGITIM_VIZYONU.pdf sayfasından erişilmiştir.
43. 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. In J. Strobel, S. Purzer, & M. Cardella (Eds.), Engineering in pre-college settings: Research into practice (pp. 35–60). Rotterdam: Sense Publishers.
44. National Academies [NAEP], (2014). Technology and engineering literacy framework for the 2014 national assessment of educational progress-pre- publication edition. WestEd: National Assessment Governing Board.
45. National Research Council (2012). A framework for K-12 science education practices, crosscutting concepts, and core ideas. In Committee on a Conceptual Framework for New K-12 Science Education Standards, Board on Science Education, Division of Behavioral and Social Science and Education.Washington D.C.: The National Academies. https://doi.org/10.17226/13165
46. NGSS Lead States (2013). Next Generation Science Standards: For States, By States. Washington, DC: The National Academies Press. https://www.nap.edu/catalog/18290/next-generation-science-standards-for-states-by-states sayfasından erişilmiştir.
47. Öztürk, N., Bozkurt Altan, E., & Tan, S. (2020). Ortaokul öğrencilerinin “geleceğe hazırlanıyorum: Problemlere çözüm arıyorum” projesinin kendilerine katkılarına yönelik değerlendirmelerinin incelenmesi. Milli Eğitim Dergisi, 49(225), 153-179. https://dergipark.org.tr/en/pub/milliegitim/issue/52526/690649 sayfasından erişilmiştir.
48. Petroski, H., (1996). Invention by design: How engineers get from thought to thing. Cambridge, MA: Harvard University Press.
49. Roehrig, G.H., Dare, E.A., Ring-Whalen, E., & Wieselmann, J.R. (2021). Understanding coherence and integration in integrated STEM curriculum. International Journal of STEM Education, 8(1), 1-21. https://doi.org/10.1186/s40594-020-00259-8
50. Roth, W. (2001). Learning science through technological design. Journal of Research in Science Teaching, 38(7), 768-790. https://doi.org/10.1002/tea.1031
51. Saxton, E., Burns, R., Holveck, S., Kelly, S., Prince, D., Rigelman, N., & Skinner, E. A. (2014). A common measurement system for K-12 STEM education: Adopting an educational evaluation methodology that elevates foundations and systems thinking. Studies in Educational Evaluations, 40, 18-35. https://doi.org/10.1016/j.stueduc.2013.11.005
52. Silk E.M., & Schunn C.D. (2008). The impact of an engineering design curriculum on science reasoning in an urban setting, Journal of Science Education and Technology, 41(10), 1081-1110. https://doi.org/10.1007/s10956-009-9144-8
53. Sürmeli̇, H., Yıldırım, M., Göcük, A., & Sevgi̇, Y. (2018). Secondary school students’ performance and opinions towards activities based on engineering design process. Cukurova University Faculty of Education Journal, 47(2), 844-872. https://dergipark.org.tr/tr/pub/cuefd/issue/40033/395594 sayfasından erişilmiştir.
54. Uzel, L. (2019). 6. sınıf madde ve ısı ünitesinde gerçekleştirilen mühendislik tasarım temelli uygulamaların öğrencilerin problem çözme ve tasarım becerilerine etkisinin değerlendirilmesi. (Yüksek lisans tezi). https://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
55. Yıldırım, B. (2019). Fen bilgisi öğretmen adaylarının STEM eğitiminde biyomimikri uygulamalarına yönelik görüşleri. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 39(1), 63-90. http://www.gefad.gazi.edu.tr/en/pub/issue/43993/361834 sayfasından erişilmiştir.