Examination of the Studies on STEM Education Approach in the Context of Engineering Design Process in Türkiye

Year 2023, Volume: 21 Issue: 2, 1111 - 1130, 30.08.2023

Merve Adıgüzel Ulutaş , Rıdvan Elmas , Ferhat Karakaya , Mehmet Yılmaz

https://doi.org/10.37217/tebd.1294562

Cited By: 1

Abstract

This study aims to review the STEM education approach research conducted in Türkiye in the context of the Engineering Design Process (EDP) theoretical framework. Document analysis, one of the qualitative research techniques, was used in this study. The articles were determined by reviewing the TR Index database. The TR Index database was searched using the keywords 'STEM' and 'Engineering Design'. The articles were grouped by publication year, journal indexes, teaching method, research type, and method. According to the findings, most of the articles in the study were published in 2020, 2018, and 2021. Furthermore, the index information of the journals in which the articles were published, in order from the most to the least, was determined as EBSCO, SCOPUS, ESCI, ERIC, and SSCI. STEM articles were classified by their research type. The research type is composed of two themes: applied and theoretical. STEM articles published in the research were examined based on the research method, and it was determined that the authors mostly preferred qualitative research methods in the articles. It was also determined that the engineering design process was mostly chosen as a crucial instructional design factor. Besides, it was seen that some studies alternatively used 5E, project-based learning, and argumentation as design frameworks.

Keywords

STEM education approach, Engineering design process, Document analysis, STEM

Türkiye’de Yapılan STEM Eğitimi Yaklaşımı Çalışmalarının Mühendislik Tasarım Süreci Uygulamaları Bağlamında İncelenmesi

Abstract

Araştırmada Türkiye’de yapılan STEM eğitimi yaklaşımı çalışmalarının farklı değişkenler açısından incelenmesi ve STEM uygulama çalışmalarının mühendislik tasarım süreci (MTS) teorik çerçevesi bağlamında değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Araştırmada nitel araştırma yöntemlerinden doküman analizi yöntemi kullanılmıştır. Araştırmaya dâhil edilen makaleler; TR Dizin veri tabanından arama yapılarak belirlenmiştir. TR Dizin veri tabanında ‘STEM’ ve ‘mühendislik tasarım’ anahtar kelimeleri kullanılarak tarama yapılmıştır. Araştırma amacına uygun olarak belirlenen makaleler yayın yılı, dergi dizinleri, araştırma türü, araştırma yöntemi ve öğretim yöntemi değişkenleri yönünden analiz edilmiştir. Araştırmada yer alan makalelerin büyük çoğunluğunun 2020, 2018 ve 2021 yıllarında yayınlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca araştırmada makalelerinin yayımlandığı dergilerin indeks bilgileri çoktan aza sırasıyla; EBSCO, SCOPUS, ESCI, ERIC ve SSCI olarak belirlenmiştir. Araştırmada yayımlanmış STEM makaleleri araştırma türüne göre de incelenmiştir. Bu kapsamda, makalelerin araştırma türü uygulama ve teorik olmak üzere iki temada olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, uygulama araştırmalarının teorik araştırmalara göre kısmen daha fazla olduğu tespit edilmiştir. STEM makaleleri araştırma yöntemine göre incelendiğinde ise yazarların makalelerde araştırma yöntemi olarak en çok nitel araştırma yöntemlerini tercih ettikleri tespit edilmiştir. Araştırmada, STEM makalelerinin öğretim deseninde çoğunlukla mühendislik tasarım sürecini tercih ettikleri tespit edilmiştir. Ayrıca, araştırmada öğretim yöntemi olarak 5E, proje tabanlı öğrenme, argümantasyona dayalı öğrenme yöntemlerinin de kullanıldığı tespit edilmiştir.

Keywords

STEM eğitimi yaklaşımı, Mühendislik tasarım süreci, Doküman analizi, STEM

References

• Aguilera, D. & Ortiz-Revilla, J. (2021). STEM vs. STEAM education and student creativity: A systematic literature review. Education Sciences, 11(331), 1-13.
• Akarsu, M. & Guzey, S. S. (2022). Mühendislik tasarım süreci temelli STEM eğitimi yaklaşımı. M. Akarsu, N. Okur-Akçay & R. Elmas (Ed.), STEM eğitimi yaklaşımı içinde (s. 121-135). Ankara: Pegem.
• Akarsu, M., Okur-Akçay, N. & Elmas, R. (2020). STEM eğitimi yaklaşımının özellikleri ve değerlendirilmesi. Boğaziçi Üniversitesi Eğitim Dergisi, 37, 155-175.
• Aranda, M. L., Lie, R., Selcen-Guzey, S., Akarsu, M., Johnston, A. & Moore, T. J. (2018). Examining teacher talk in an engineering design-based science curricular unit. Research in Science Education, 50(2), 469-487.
• Arlinwibowo, J., Retnawati, H. & Kartowagiran, B. (2021). How to integrate STEM education in Indonesian curriculum? A systematic review. Challenges of Science, IV, 18-25. https://doi.org/10.31643/2021.03
• Atman, C. J., Adams, R. S., Cardella, M. E., Turns, J., Mosborg, S. & Saleem, J. (2007). Engineering design processes: A comparison of students and expert practitioners. Journal of Engineering Education, 96(4), 359-379.
• Aydın-Günbatar, S. & Tabar, V. (2019). Türkiye’de gerçekleştirilen STEM araştırmalarının içerik analizi. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 16(1), 1054-1083.
• Bahar, A. K. & Adiguzel, T. (2016). Analysis of factors influencing interest in STEM career: Comparison between American and Turkish students with high ability. Journal of STEM Education, 17(3), 64-69.
• Bodner, G. & Elmas, R. (2020). The impact of inquiry-based, group-work approaches to instruction on both students and their peer leaders. European Journal of Science and Mathematics Education, 8(1), 51-66.
• 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
• Bybee, R. W. (2010). What is STEM? Science, 329(5995), 996-996. https://doi.org/10.1126/science.1194998
• 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. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2006.tb00905.x
• Çavaş, P., Ayar, A., Bula-Turuplu, S. & Gürcan, G. (2020). Türkiye’de STEM eğitimi üzerine yapılan araştırmaların durumu üzerine bir çalışma. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(1), 823-854. https://doi.org/10.33711/yyuefd.751853
• Çelebi, M. & Özkan, T. (2021). Türkiye’de STEM eğitimine yönelik yapılan araştırmaların içerik analizi. International Pegem Conference on Education içinde (s. 49-59). Ankara: Pegem
• EIE. (2013). Here comes the sun: Engineering insulated homes. United States of America: Museum of Science.
• Elmalı, Ş. & Balkan-Kıyıcı, F. (2017). Review of STEM studies published in Turkey. Sakarya University Journal of Education, 7(3), 684-696.
• Elmas, R. (2020). Bağlamın anlamı ve nitelikleri ve öğrencilerin fen eğitiminde bağlam tercihleri. Türkiye Kimya Derneği Dergisi Kısım C: Kimya Eğitimi, 5(1), 53-70.
• Elmas, R. & Adıgüzel-Ulutaş, M. (2022). STEM eğitimi yaklaşımı. M. Akarsu, N. Okur-Akçay & R. Elmas (Ed.), STEM eğitimi yaklaşımı içinde (s. 1-14). Ankara: Pegem.
• Elmas, R. & Gül, M. (2020). STEM eğitim yaklaşımının 2018 fen bilimleri öğretim programı kapsamında uygulanabilirliğinin incelenmesi. Türkiye Kimya Derneği Dergisi Kısım C: Kimya Eğitimi, 5(2), 223-246.
• Eren, E. & Dökme, İ. (2022). Fen eğitiminde kullanılan STEM uygulamalarının değerlendirilmesi. Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 9(2), 669-681. https://doi.org/10.21666/muefd.1080617
• Greca-Dufranc, I. M., García-Terceño, E. M., Fridberg, M., Cronquist, B. & Redfors, A. (2020). Robotics and early-years STEM education: The botSTEM framework and activities. European Journal of STEM Education, 5(1), 1-13. https://doi.org/10.20897/ejsteme/7948
• Gürlen, E. E. (2011). Probleme dayalı öğrenme. Ö. Demirel (Ed.), Eğitimde yeni yönelimler içinde (s. 81-91). Ankara: Pegem Akademi.
• Guzey, S. S., Moore, T. J. & Harwell, M. (2016). Building up STEM: An analysis of teacher-developed engineering design-based stem integration curricular materials. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 6(1), 11-29.
• Hester, K. & Cunningham, C. (2007). Engineering is elementary: An engineering and technology curriculum for children. American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition’da sunulmuş bildiri, Honolulu, HI.
• Husin, W., Fadzilah, W., Arsad, M., Oziah, O., Lilia, H., Sattar, R., Kamisah, O. & Zanaton, I. (2016). Fostering students’ 21st century skills through project-oriented problem-based learning (POPBL) in integrated STEM education program. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 17(1), 1-18.
• Hynes, M., Portsmore, M., Dare, E., Milto, E., Rogers, C., Hammer, D. & Carberry, A. (2011). Infusing engineering design into high school STEM courses. National Center for Engineering and Technology Education, http://www.ncete.org sayfasından erişilmiştir.
• Irwanto, I., Saputro, A. D., Ramadhan, M. F. & Lukman, I. R. (2022). Research trends in STEM education from 2011 to 2020: A systematic review of publications in selected journals. International Journal of Interactive Mobile Technologies, 16(5), 19-32.
• Kang, N.-H. (2019). A review of the effect of integrated STEM or STEAM (science, technology, engineering, arts, and mathematics) education in South Korea. Asia-Pacific Science Education, 5(6), 1-22. https://doi.org/10.1186/s41029-019-0034-y
• Karakaya, F. & Yılmaz, M. (2021). Fen lisesi öğrencilerinin mühendislik tasarım süreçlerinin incelenmesi. Mersin Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(3), 511-534.
• Kaya, A. (2020). Türkiye örneklemindeki STEM eğitimi çalışmalarının meta sentezi. (Yüksek Lisans Tezi) http://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
• Kelley, T. R. & Knowles, J. G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM education, 3, 1-11.
• Koçak, F. (2019). Stem ve maker eğitimi üzerine araştırmaların bir analizi ve meta sentezi. (Yüksek Lisans Tezi). http://tez.yok.gov.tr sayfasından erişilmiştir.
• 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
• Lloyd, A., Gore, J., Holmes, K., Smith, M. & Fray, L. (2018). Parental influences on those seeking a career in STEM: The primacy of gender. International Journal of Gender, Science and Technology, 10(2), 308-328.
• Mangold, J. & Robinson, S. (2013). The engineering design process as a problem solving and learning tool in K-12 classrooms. 2013 ASEE Annual Conference & Exposition içinde (s. 23-1196). https://peer.asee.org/the-engineering-design-process-as-a-problem-solving-and-learning-tool-in-k-12-classrooms sayfasından erişilmiştir.
• 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
• Ministry of Education. (2011). STEAM, the educational policy for 2011 year. Seoul, South Korea: Author
• Moore, T. J., Glancy, A. W., Tank, K. M., Kersten, J. A., Smith, K. A. & Stohlmann, M. S. (2014). A framework for quality K-12 engineering education: Research and development. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 4(1), 1-13.
• 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. S. Purzer, J. Strobel, & M. Cardella (Ed.), Engineering in precollege settings: Research into practice içinde (s. 35-60). West Lafayette, IN: Purdue Press.
• Nationales MINT [STEM] Forum. (2014). MINT-Bildung im Kontext ganzheitlicher Bildung [STEM-education in the context of holistic education]. Munich: Herbert Utz Verlag.
• Nugent, G., Barker, B., Welch, G., Grandgenett, N., Wu, C. & Nelson, C. (2015). A model of factors contributing to STEM learning and career orientation. International Journal of Science Education, 37(7), 1067-1088. https://doi.org/10.1080/09500693.2015.1017863
• Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEMmania. The Technology Teacher, 68(4), 20–26.
• Schnittka, C. & Bell, R. (2011). Engineering design and conceptual change in science: Addressing thermal energy and heat transfer in eighth grade. International Journal of Science Education, 33(13), 1861–1887. https://doi.org/10.1080/09500693.2010.529177
• STEM Learning. (2018). About us. https://www.stem.org.uk/ sayfasından erişilmiştir.
• The Committee on STEM Education of the National Science & Technology Council. (2018). Charting a Course for Success: America’s Strategy for STEM Education. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2019/05/f62/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf sayfasından erişilmiştir.
• Thomas, J. & Williams, C. (2010). The history of specialized STEM schools and the formation and role of the NCSSSMST. Roeper Review, 32(1), 17-24.
• Tsai, L.-T., Chang, C.-C. & Cheng, H.-T. (2021). Effect of a stem-oriented course on students’ marine science motivation, interest, and achievements. Journal of Baltic Science Education, 20(1), 134-145. https://doi.org/10.33225/jbse/21.20.134
• Uysal, E. & Cebesoy, Ü. B. (2020). Tasarım temelli FeTeMM etkinliklerinin fen bilgisi öğretmen adaylarının bilimsel süreç becerilerine, tutumlarına ve bilgilerine etkisinin incelenmesi. SDU International Journal of Educational Studies, 7(1), 60- 81.
• Wang, N., Tan, A. L., Xiao, W. R., Zeng, F., Xiang, J. & Duan, W. (2021). The effect of learning experiences on interest in STEM careers: A structural equation model. Journal of Baltic Science Education, 20(4), 651-663. https://doi.org/10.33225/jbse/21.20.651
• 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. Think outside the box! K-12 Engineering Symposium’da sunulan poster bildiri. Curriculum American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition, Louisville, Kentucky, USA
• Wheeler, L., Whitworth, B. & Gonczi, A. (2014). Engineering design challenge. The Science Teacher, 81(9), 30-36.
• Yaki, A. A. (2022). Fostering critical thinking skills using integrated STEM approach among secondary school biology students. European Journal of STEM Education, 7(1), 1-10. https://doi.org/10.20897/ejsteme/12481 Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2018). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Ankara: Seçkin Yayınları.