Bildiri Konusu:Fen Bilimleri Eğitimi


Öğretmen Adaylarının Mühendislik Tasarımı Uygulamalarında Matematiksel Modelleme ve Mühendislik Tasarım Becerilerinin İlişkilendirilmesi
Yirmi birinci yüzyıl ile birlikte bilim, sanayi ve teknoloji alanlarında yaşanan gelişmeler bu alanlarda yetişmiş bireylerin ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu ihtiyacı karşılamak üzere benimsenmiş olan eğitim yaklaşımlarından biri olarak STEM eğitim yaklaşımı düşünülebilir. STEM eğitim yaklaşımı öğretim sürecinde fen, teknoloji, mühendislik ve matematik alanlarına ilişkin teorik ve uygulamalı bilgi birikimlerinin entegre edilmesi ve etkin bir şekilde ele alınmasını gerektirmektedir. Literatür incelendiğinde ise çalışmaların genellikle fen bilimleri eğitimi alanında yoğunlaşmakla birlikte gerçekleştirilen çalışmalarda da dört disiplini entegre edecek şekilde ele almakta zorlanıldığı görülmektedir. Entegre edilmiş STEM eğitimi, bireylerin gerçek yaşam problemlerinin çözümünde teknolojiyi keşfetmek için mühendislik tasarım sürecini düşünerek temel fen ve matematiksel bilgilerini kullanma olanağı sağlandığında gerçekleşmektedir. Dolayısıyla, gerçek yaşam durumlarında var olan problemler arasındaki ilişkileri keşfedebilmeyi, aralarındaki ilişkileri matematiksel olarak ifade edebilmeyi, sınıflandırıp genelleyerek anlamlı sonuçlar çıkarma süreci olarak ifade edilen matematiksel modellemenin matematiğin etkin bir şekilde sürece dahil edilebilmesinde önemli olduğu düşünülmektedir. Bu bağlamda bu araştırmanın amacı üniversite öğrencilerinin gerçek yaşamda karşılaşılan ve odağında bilim ve tasarım bulunan problemlere, matematiksel modelleme ve mühendislik tasarım becerilerini etkin bir şekilde kullanarak genellenebilir ve işlevsel çözüm önerileri tasarlama süreçlerini derinlemesine incelemektir. Nitel araştırma yaklaşımı ile tasarlanan çalışmada, öğrencilerin matematiksel modelleme ve mühendislik tasarım süreçlerinde ortaya koydukları model ve tasarımlar derinlemesine betimlenecektir. Mühendislik tasarım uygulamaları ve matematiksel modelleme süreci hakkında bilgi vermeyi, tartışma ve işbirlikli çalışma fırsatları sağlayacak şekilde uygun bir çalışma ortamı sunmak üzere 14 haftalık bir ders tasarlanmıştır ve araştırma 2022-2023 bahar döneminde öğrenim gören 37 öğretmen adayının bu derse katılımı ile gerçekleşmiştir. Çevrimiçi ortamda gerçekleştirilen öğretim sürecinde matematiksel modelleme ve üç boyutlu sanal tasarım programları ve üç boyutlu yazıcı sürecin teknoloji boyutunu oluşturmaktadır. Öğrenciler veri toplama süreci sırasında dörder kişiden oluşan sekiz farklı grup ve beş kişiden oluşan bir grup olmak üzere toplam dokuz farklı grupta çalışmışlardır ve her gruba araştırma ekibi tarafından hazırlanan dokuz farklı gerçek yaşam problemi verilmiştir. Matematiksel modelleme sürecinde yer alan altı aşama ile mühendislik tasarım sürecinde yer alan dokuz aşama birbiriyle ilişkilendirilerek çalışma kapsamında bütüncül şekilde altı aşama olarak ele alınmıştır. Belirlenen aşamalardan ilk üçünden gruplarda yer alan katılımcıların grupları için belirlenen gerçek yaşam problemi ile ilgili bireysel çalışmaları istenmiştir. Son üç aşamada ise grup üyeleri çevrimiçi ortamda bir araya gelerek grup çalışmaları gerçekleştirmişlerdir. Katılımcıların matematiksel modelleme ve mühendislik tasarım becerisini ortaya çıkarmak üzere veri toplama aracı olarak araştırma ekibi tarafından her aşama için yansıtma kağıtları hazırlanarak haftalık olarak katılımcılar ile paylaşılmış ve doldurmaları istenmiştir. İlk olarak, grup üyeleri problemin çözümü için en uygun olduklarını düşündükleri bireysel tasarımlarından model ve tasarımı seçmişlerdir. Seçtikleri model ve tasarımı gerekçeleri ile birlikte raporlayıp çevrimiçi ortamda diğer katılımcılara sunmuşlardır. Aldıkları dönütlere göre prototip tasarımlarında gereken düzenlemeleri gerçekleştirip nihai tasarımlarını oluşturmuşlardır. Tasarım süreci nihai tasarımların stl. uzantılı tasarım dosyalarının araştırmacılar ile paylaşılarak üç boyutlu yazıcıda basılmasıyla sonlandırılmıştır. Elde edilen veri matematiksel modelleme ve mühendislik tasarım sürecinin ne düzeyde ve nasıl tamamlandığının incelenebilmesi için öğrencilerin her aşamada doldurduğu formlar aracılığı ile betimsel analiz yoluyla analiz edilecektir. Analiz süreci devam etmekte olup ayrıntılı bulgular bildiri sunumunda paylaşılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Mühendislik tasarım süreci, matematiksel modelleme, sanal tasarım, 3D yazıcı, STEM eğitimi.