Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik FeTeMM & STEM

FeTeMM eğitimi; öğrencileri bir mühendis gibi farklı disiplinler arasında bir iş birliğine yönelterek, iletişime açık, sistematik düşünebilen, yaratıcı, etik değerlere sahip ve problemlere en uygun çözümü bulabilecek bireyler olarak yetiştirmeyi amaçlar (Bybee, 2010)

ABD (NGSS, 2013) Gelecek Nesil K-12 Fen Standartları Ulusal Araştırma Konseyi (National Research Council [NRC], 2012) hem uygulama hem de kapsam olarak mühendislik eğitiminin önemine geniş yer vermektedir.

FEN 2013, program kazanım örnekleri “Evsel katı ve sıvı atıkların geri dönüşümüne ilişkin proje tasarlar” “Basit makinelerden yararlanarak günlük yaşamda kolaylığı sağlayacak bir düzenek tasarlar ve yapar” “Yakın çevresindeki bir çevre sorununun çözümüne ilişkin proje tasarlar ve sunar”

FeTeMM eğitiminin yansımalarını ülkemiz ölçeğinde değerlendiren çalışmalar hızla artmaya başlamış, özellikle yeni güncellenen K-12 fen eğitimi programında vurgulanan reformları gerçekleştirebilecek alan öğretmen eğitiminde bütünleşik öğretmenlik bilgisine dikkat çekilmektedir

“bilimsel sorgulama” yerine “bilim uygulamaları” Bilimsel bilginin, bilimsel sorgulama ve mühendislik tasarım süreçleriyle yoğrulmasını gerektiren bilim ve mühendislik uygulamaları, fen öğretiminde etkinliklerin tasarlanmasında eşit öneme sahip olmalıdır

Mühendislik tasarım ve bilimsel araştırma-sorgulamanın sınıf içi uygulamalarında bazı farklılıklar bulunmaktadır Tasarım etkinlikleri boyunca öğrenciler yeni bilgilere, başarılı bir ürün tasarımı yapmak için ihtiyaç duyarlar ve öğrenmeye bu şekilde motive olurlar (Kolodner, 2002; Zubrowski, 2002). Bilimsel araştırma-sorgulamaya dayalı etkinliklerde ise öğrenciler kendilerine verilen araştırma sorusunu çözerken yeni bilgilerini yapılandırır ve bu süreçte onları motive eden doğru çözüme ulaşmak olacaktır (NRC, 1996). Dolayısıyla mühendislik tasarım yaklaşımıyla yürütülen süreçte bir ürün (tasarım) ortaya konulurken, bilimsel araştırma-sorgulamaya dayalı etkinliklerde ortaya konulan ürün birinci derecede önemli değildir (Wendell, 2008).

Bilim ve mühendislik uygulamaları arasındaki temel bir fark, birinci basamak olan problem durumunun belirlenmesidir. ―Gökyüzü neden mavidir? X ―Bir ülkenin fosil yakıtlara bağımlılığını nasıl azaltabiliriz? √

Bilim ve mühendislik problem durumları, sınırlılık ve ölçütler açısından da farklılık gösterir. Bilimsel araştırma sorularında herhangi bir sınırlama ve ölçüt yoktur. ―Helyum balonları neden yükselir?‖ genel bir hedefe sahip bilimsel bir araştırma sorusudur, fakat ―Renkli helyum balonlarından hangisi en güzel?‖ sorusu bir ölçüt içerdiğinden bilimsel bir araştırma sorusu değildir. Mühendislik uygulamaları ise sınırlılık ve ölçüt içeren bir problemin tanımlanmasını gerektirir. ―Otomobillerin yakıt verimliliğini nasıl artırabiliriz?‖ arabaların daha az yakıt kullanması ölçütünü içeren, spesifik odaklı bir mühendislik sorusudur

Problemle ilgili: ―Problemin ortaya çıkmasındaki ihtiyaçlar nelerdir? ―İyi bir çözüm için ölçütler nelerdir? ―Sınırlılıklar nelerdir? (NRC, 2012) bir ülkenin fosil yakıt kullanımının azaltılması, daha verimli taşıma sistemlerinin geliştirilmesi ya da alternatif enerji kaynağı olarak güneş panellerinin kullanılması ???

Tasarım temelli öğrenme modelinin aşamaları a) Öğretmenin tasarım görevini açıklaması ve materyalleri vermesi b) Öğrencilerin küçük gruplarla tasarımlarını planlamaları c) Öğretmenin sınıf tartışması başlatması ve öğrencilerin düşüncelerini paylaşmaları d) Öğrencilerin modellerini test etmeleri, değerlendirme yapmaları e) Öğrencilerin modelleri yeniden gözden geçirmeleri f) Öğrencilerin modellerini sunmaları ve tartışmaların yürütülmesi g) Öğretmenin modeller yoluyla fene yönelik incelemeleri yürütmesi.

Mühendislikte Rekabet Öğrencilerin özel olarak tanımlanmış mühendislik tasarımlarını oluşturmaları sürecinde fen prensiplerini anlamlandırdıkları bir yaklaşımdır (Wendell, 2008). Mühendislikte rekabet yaklaşımında öğrencilere bir senaryonun içinde tasarım rekabeti tanımlanır, prototipi iyileştirme sürecindeki bilişsel çabalarıyla kritik fen prensiplerini keşfetmeleri beklenmektedir. Bu yaklaşımda tasarım sorunları fenin içerik bilgisi ile gerçek yaşam arasında ilişki kurmaya yardımcı olan bir araç gibidir (Sadler, vd. 2000).

Sadler, vd.’nin (2000) çalışmalarında, bu yaklaşımın sınıf içi uygulamalarında süreç, dikkat çekici bir problem içeren senaryonun okunması ile başlar. Öğrenciler gruplar halinde çalışacaklardır, senaryonun okunmasıyla kendi grupları ile çalışmaya başlayarak verilen özelliklerde ilk prototipi yaparlar. Ardından öğrenciler tasarımlarını geliştirmeye ve revize etmeye cesaretlendirilir. Sınıfın tamamının katıldığı beyin fırtınası ve tartışma ortamıyla tasarımın performansını etkileyen değişkenler listelenir. Öğrenciler seçtikleri değişkenleri araştırmaya başlar. Tasarımlarını revize ettikten sonra sunarlar. Sadler vd. (2000) çalışmalarında köprüler, rüzgâr türbinleri, ısı evi, elektrik pilleri ve yerçekimi arabası olmak üzere altı rekabet modülü geliştirmişler ve modüllerin uygulanmasında yukarıda belirtilen aşamaları gerçekleştirmişlerdir.