Examination of Engineering Design-Based Science Education Studies (2012-2024)

Öz

In recent years, the number of scientific publications on Engineering Design-Based Science Education (EDBSE) in Turkey has been increasing exponentially every year. This situation creates the need to review the trend and current status of research in the field. This research aims to examine the EDBSE studies conducted in Turkey in the 13 years since the inclusion of EDBSE studies in the curriculum and to determine the current status and trend with a general framework.Descriptive content analysis, one of the systematic review methods, was used in the research.The keywords “Mühendislik Tasarım” in Turkish and “Engineering Design” in English from TR Index, ERIC and EBSCOhost databases were used to access the studies. 78 articles were included in the research. In the research, it is reached that EDBSE studies were emphasized after 2017, and studies were carried out the most in 2022; the most purposes include the development of skills, examination of opinions, activity development, and academic achievement; qualitative method and documents were used the most; the majority of the participants consisted of secondary school students; the studies were mostly carried out on the subject areas of Physical Events; it was concluded that, in general, EDBSE improved skills, the participants expressed positive opinions, activity development studies were carried out, EDBSE had positive effects on STEM, academic achievement, knowledge acquisition, orientation and perception.In their positive opinions, the participants stated that EDBSE was fun and motivating, they used interdisciplinary knowledge in the process, they understood the subject more easily, many of their skills such as cognitive and psycho-motor developed and they wanted to use EDBSE in future lessons. In addition, the results show that the participants had difficulty in the process, had negative views, had misconceptions about EDBSE and STEM, and that teachers and teacher candidates had problems in developing activities.

Anahtar Kelimeler

• Engineering design based learning
• Science education
• STEM
• Descriptive content analysis

Mühendislik Tasarım Temelli Fen Eğitimi Çalışmalarının İncelenmesi

Öz

Son yıllarda Türkiye'de Mühendislik Tasarım Temelli Fen Eğitimi (MTTFE) üzerine yapılan bilimsel yayınların sayısı her yıl katlanarak artmaktadır. Bu durum, alandaki araştırmaların eğilimini ve mevcut durumunu gözden geçirme ihtiyacını doğurmaktadır. Bu araştırma, MTTFE çalışmalarının müfredata dahil edilmesinden bu yana geçen 13 yılda Türkiye'de yürütülen ulusal ve uluslararası dergilerde yayınlanan MTTFE çalışmalarını incelemeyi ve genel bir çerçeve ile mevcut durumu ortaya koymayı ve eğilimi belirlemeyi amaçlamaktadır. Araştırmada sistematik derleme yöntemlerinden betimsel içerik analizi kullanılmıştır. Çalışmalara ulaşmak için TR Dizin, ERIC ve EBSCOhost veri tabanlarından Türkçe “Mühendislik Tasarım” ve İngilizce “Engineering Design” anahtar kelimeleri kullanılmıştır. Araştırmaya 78 makale dahil edilmiştir. Araştırmada veriler yayın yılı, amaç, yöntem, veri toplama aracı, araştırma grubu, konu alanı ve sonuç olmak üzere 7 başlık altında incelenmiştir. Araştırmada MTTFE çalışmalarına 2017 yılından sonra ağırlık verildiği ve çalışmaların en fazla 2022 yılında gerçekleştirildiği; en fazla becerilerin geliştirilmesi, görüşlerin incelenmesi, etkinlik geliştirme ve akademik başarı gibi amaçların yer aldığı; en çok nitel yöntem ve dokümanların kullanıldığı; katılımcıların çoğunluğunu ortaokul öğrencilerinin oluşturduğu; çalışmaların çoğunlukla Fiziksel Olaylar konu alanları üzerinde yapıldığı; genel olarak MTTFE'nin becerileri geliştirdiği, katılımcıların olumlu görüş belirttiği, etkinlik geliştirme çalışmalarının yapıldığı, MTTFE'nin STEM, akademik başarı, bilgi edinme, yönelim ve algı üzerinde olumlu etkilerinin olduğu sonuçlarına varılmıştır. Katılımcılar olumlu görüşlerinde MTTFE'nin eğlenceli ve motive edici olduğunu, süreçte disiplinler arası bilgiyi kullandıklarını, konuyu daha kolay anladıklarını, bilişsel ve psiko-motor gibi birçok becerilerinin geliştiğini ve gelecekteki derslerde MTTFE'yi kullanmak istediklerini belirtmişlerdir. Ayrıca katılımcıların süreçte zorlandığı, olumsuz görüşlere sahip olduğu, MTTFE ve STEM konusunda kavram yanılgılarının olduğu ve öğretmenlerin ve öğretmen adaylarının etkinlik geliştirmede sorunlar yaşadığı sonuçlar arasındadır.

Anahtar Kelimeler

• Mühendislik tasarım temelli öğrenme
• Fen eğitimi
• STEM
• Tanımlayıcı içerik analizi

Kaynakça

1. Arık, M. & Topçu, M. S. (2020). Implementation of engineering design process in the K-12 science classrooms: Trends and issues. Research in Science Education, 1-23.
2. Aydeniz, M. (2017). Eğitim sistemimiz ve 21. yüzyıl hayalimiz: 2045 hedeflerine ilerlerken, Türkiye için STEM odaklı ekonomik bir yol haritası. University of Tennessee, Knoxville. http://trace.tennessee.edu/utk_theopubs/17
3. Aydın Günbatar, S. & Tabar, V. (2019). Türkiye’de gerçekleştirilen STEM araştırmalarının içerik analizi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 16(1), 1054-1083.
4. 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.
5. Ayvacı, H. Ş. & Sezer, K. (2018). Astronomi ile ilgili yapılan çalışmalara yönelik betimsel içerik. International e-Journal of Educational Studies, 3(5), 47-57.
6. Bakioğlu, B. & Çevik, M. (2020). COVID-19 pandemisi sürecinde fen bilimleri öğretmenlerinin uzaktan eğitime ilişkin görüşleri. Turkish Studies, 15(4), 109-129. https://dx.doi.org/10.7827/TurkishStudies.43502
7. Bakırcı, H., Doğdu, N. & Artun, H. (2021). Covid-19 Pandemi dönemindeki uzaktan eğitim sürecinde fen bilgisi öğretmenlerinin mesleki kazanımlarının ve sorunlarının incelenmesi. Ahi Evran Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 7(2), 640-658.
8. Becker, K. & Park, K. (2011). Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students’ learning: A preliminary metaanalysis. Journal of STEM Education, 12(5-6), 23-37.

9. Bozkurt Altan, E., Üçüncüoglu, I., & Özek, H. (2019). A Transportation Problem for Moving Companies: An Example Activity with an Engineering Design Focus. Journal of Inquiry Based Activities, 9(2), 132-149.
10. Brunsell, E. (2012). The engineering design process. Brunsell, E. (Ed.) Integrating engineering + science in your classroom (3-5). Arlington, Virginia: National Science Teacher Association [NSTA] Press.
11. Bybee, R. W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30-35.
12. Bybee, R. W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. NSTA press.
13. Çalık, M. & Sözbilir, M. (2014). İçerik analizinin parametreleri. Eğitim ve Bilim, 39(174), 33-38.
14. Çınar, S., Pırasa, N., Uzun, N., & Erenler, S. (2016). The effect of STEM education on pre-service science teachers' perception of interdisciplinary education.
15. Daugherty, M. K. (2013). The prospect of an “A” in STEM education. Journal of STEM Education, 14(2), 10-15.
16. Erdogan, I., Ciftci, A., Yıldırım, B. & Topcu, M. S. (2017). STEM education practices: examination of the argumentation skills of pre-service science teachers. Journal of Education and Practice, 8(25), 164-173.
17. Ergün, A., & Külekci, E. (2019). The Effect of Problem Based STEM Education on the Perception of 5th Grade Students of Engineering, Engineers and Technology. Pedagogical Research, 4(3).
18. Harman, G. & Yenikalaycı, N. (2021). STEM eğitiminde mühendislik tasarım sürecine dayalı etkinliklere yönelik fen bilgisi öğretmen adaylarının görüşleri. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 53(53), 206-226.
19. Herdem, K. & Ünal, İ. (2018). STEM eğitimi üzerine yapılan çalışmaların analizi: Bir meta-sentez çalışması. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 48(48), 145-163.
20. Huang, S., Pierce, R., & Stamey, J. (Eds.). (2006). Proceedings of the 24th annual ACM international conference on the design of communication. ACM Digital Library. https://dl.acm.org/citation.cfm?id=1166324&picked=prox
21. Hynes, M., Portsmore, M., Dare, E., Milto, E., Rogers, C., Hammer, D. & Carberry, A. (2011). Infusing engineering design into high school STEM courses. Available online at: https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED537364.pdf
22. Jayarajah, K., Saat, R.M. & Rauf, R. A. A. (2014). A review of science, technology, engineering & mathematics (STEM) education research from 1999–2013: A Malaysian perspective. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 10(3), 155-163 DOI: 10.12973/eurasia.2014.1072a
23. Keçeci, G., Alan, B. & Zengin, F. (2017). 5. sınıf öğrencileriyle STEM eğitimi uygulamaları. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi, 18, 1-17.
24. Kula, F. & Sadi, Ö. (2016). Science education trends in Turkey: A content analysis from 2005 to 2014. Elementary Education Online, 15(2), 594-614.
25. Merriam, S. B. (2013). Nitel araştırma: Desen ve uygulama için bir rehber. Çev. Ed. Sellahattin Turan). Ankara: Nobel Yayın Dağıtım.
26. Miles, M. B. & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis: an expanded sourcebook (2nd ed.). USA: SAGE.
27. Ministry of Natonal Education [MoNE]. (2013). İlköğretim kurumları fen bilimleri dersi öğretim programı. Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
28. Ministry of Natonal Education [MoNE]. (2017). Fen bilimleri dersi öğretim programı (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
29. Ministry of Natonal Education [MoNE]. (2018). Fen bilimleri dersi öğretim programı, (İlkokul ve Ortaokul 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. Sınıflar). Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
30. Ministry of Natonal Education [MoNE]. (2024). Türkiye Yüzyılı Maarif Modeli Öğretim Programları Ortak Metni. Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
31. Moore, T. J., Johnson, C. C., Peters-Burton, E. E. & Guzey, S. S. (2015). The need for a STEM Roadmap. In Johnson, C. C., Peters-Burton, E. E., & Moore, T. J. (Eds.). (pp.3-12). STEM road map: A framework for integrated STEM education. London: Routledge.
32. Moore, T. J., Stohlmann, M.S., Wang, H. H., Tank, K. M., Glancy, A. W. & Roehrig, G. H. (2014). Implementation and integration of engineering in K-12 STEM education. In S. Purzer, J. Strobel & M. Cardella (Eds.), Engineering in precollege settings: Research into practice (pp. 35–60). West Lafayette, IN: Purdue Press.
33. National Academy of Engineering [NAE] & National Research Council [NRC]. (2009). Engineering in K-12 education understanding the status and improving the prospects. Edt. Katehi, L., Pearson, G. & Feder, M. Washington, DC: National Academies Press.
34. National Research Council [NRC]. (2012). A Framework for k-12 science education: practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington DC: The National Academic Press.
35. NGSS Lead States. (2013). Next generation science standards: For states, by states. Washington, DC: The National Academies Press.
36. Özçelik, A., & Akgündüz, D. (2018). Üstün/özel yetenekli öğrencilerle yapılan okul dışı STEM eğitiminin değerlendirilmesi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(2), 334-351.
37. Özünlü, Ö., & Çepni, S. (2023). Türkiye’de Mühendislik Tasarım Temelli Öğretim İle İlgili Fen Eğitimi Alanında Yapılan Çalışmaların Tematik Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, (56), 890-910.
38. Polat, Ö. & Bardak, M. (2019). STEM Approach in early childhood in Turkey. International Journal of Social Science Research, 8(2), 18-41.
39. Putra, P. D. A., Sulaeman, N. F., Supeno, & Wahyuni, S. (2021). Exploring students' critical thinking skills using the engineering design process in a physics classroom. The Asia-Pacific Education Researcher, 1-9.
40. Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEMmania. The Technology Teacher, 68(4), 20-26.
41. Sarı, T. & Nayır, F. (2020). Pandemi dönemi eğitim: sorunlar ve fırsatlar. Turkish Studies, 15(4), 959-975. https://dx.doi.org/10.7827/TurkishStudies.44335
42. Sarı, U. & Yazıcı, Y. Y. (2019). Fen bilgisi öğretmenlerinin fen ve mühendislik uygulamaları hakkında görüşleri. International Journal of Social Sciences and Education Research, 5(2), 157-167.
43. Selçuk, Z., Palancı, M., Kandemir, M. & Dündar, H. (2014). Eğitim ve bilim dergisinde yayınlanan araştırmaların eğilimleri: İçerik analizi. Eğitim ve Bilim, 39(173), 430-453.
44. Silverman, D. (2018). Nitel verileri yorumlama (5 b.). (Çeviri Editörü: Erkan Dinç). Ankara: Pegem Akademi.
45. Smith, P. L. & Ragan, T. J. (2004). Instructional design. John Wiley & Sons. https://books.google.com.tr/books?hl=tr&lr=&id=_cAkAAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA1&dq=Smith,+P.+L.,+%26+Ragan,+T.+J.+(2004).+Instructional+design&ots=zQU0-c-8OQ&sig=khF4sxzv8LbSaH9v2NEwc14y6Yo&redir_esc=y#v=onepage&q=Smith%2C%20P.%20L.%2C%20%26%20Ragan%2C%20T.%20J.%20(2004).%20Instructional%20design&f=false
46. Strong, M. G. (2013). Developing elementary math and science process skills through engineering design instruction. Hofstra University.
47. Sungur-Gül, K. & Marulcu, İ. (2014). Yöntem olarak mühendislik-dizayna ve ders materyali olarak legolara öğretmen ile öğretmen adaylarının bakış açılarının incelenmesi. International Periodical for the Languages, Literature and History of Turkish or Turkic, 9(2), 761-786.
48. Suri, H. & Clarke, D. (2009). Advancements in research systhesis methods: From a methodologically inclusive perspective. Review of Educational Research, 79(1), 395-430.
49. Syukri, M., Halim, L., Mohtar, L. E., & Soewarno, S. (2018). The impact of engineering design process in teaching and learning to enhance students’ science problem-solving skills. Jurnal Pendidikan IPA Indonesia, 7(1), 66-75.
50. Tseng, K., Chang, C., Lou, S. & Chen, W. (2013). Attitudes towards science, technology, engineering and mathematics (STEM) in a project-based learning (PBL) environment. International Journal of Technology and Design Education, 23(1), 87–102.
51. Ültay, E. & Aydın, M. (2017). Fen bilimleri eğitiminde yapılmış nitel çalışmaların içerik analizi. Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(2), 701-720.
52. Umdu Topsakal, Ü., Çalık, M. & Çavuş, R. (2012). What trends do Turkish biology education studies indicate?. International Journal of Environmental and Science Education, 7(4), 639-649.
53. Wendell, K. B. (2008). The theoretical and empirical basis for design-based science instruction for children. Unpublished Qualifying Paper, Tufts University.
54. Wendell, K. B., Connolly, K. G., Wright, C. G., Jarvin, L., Rogers, C., Barnett, M. & Marulcu, I. (2010). Incorporating engineering design into elementary school science curricula. In American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition, Louisville, KY.
55. Winarno, N., Rusdiana, D., Samsudin, A., Susilowati, E., Ahmad, N. J. & Afifah, R. M. A. (2020). Synthesizing results from empirical research on engineering design process in science education: A systematic literature review. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 16(12), em1912.
56. Yıldırım, H. & Gelmez-Burakgazi, S. (2020). Türkiye’de STEM eğitimi konusunda yapılan çalışmalar üzerine bir araştırma: Meta-sentez çalışması. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 50, 291-314. doi: 10.9779/pauefd.590319