DOI: https://doi.org/10.1007/s10956-025-10215-2
تاريخ النشر: 2025-03-17
المؤلف: Akça Okan Yüksel
الموضوع الرئيسي: تعليم العلوم وطرق التدريس
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير الأنشطة القائمة على التصميم في مجالات STEM على مهارات التفكير التصميمي لدى معلمي العلوم في مرحلة ما قبل الخدمة، باستخدام تصميم مختلط تفسيري يتضمن بيانات نوعية وكمية. أجريت الدراسة ضمن دورة تصميم التكنولوجيا والمشاريع، وشملت 46 معلم علوم في مرحلة ما قبل الخدمة، معظمهم من الإناث (83%). استخدمت جمع البيانات مقياس التفكير التصميمي في التعليم، ومقياس تقييم التصميم، ومقابلات شبه منظمة. تشير النتائج إلى تحسين كبير في مهارات التفكير التصميمي لدى المشاركين بعد التدخل، إلى جانب درجات تقييم تصميم عالية. أكد المشاركون على أهمية دمج الأنشطة القائمة على التصميم في البيئات التعليمية وتصميم الدورات.
تخلص الدراسة إلى أن الأنشطة القائمة على التصميم في مجالات STEM ضرورية لتطوير مهارات التفكير التصميمي لدى معلمي ما قبل الخدمة وتحسين قدراتهم في عملية التصميم. تتماشى هذه النتائج مع الأدبيات الموجودة التي تدعم فعالية الأساليب المدمجة في STEM في تعزيز التفكير النقدي (Lee & Perret, 2022; Hallström et al., 2024). تشمل التوصيات توسيع البحث ليشمل أنشطة تعليمية متنوعة واستكشاف دمج أدوات التصميم ثلاثي الأبعاد وعمليات تصميم الألعاب لتعزيز التأثير التربوي. تدعو النتائج إلى التحول من أساليب تدريب المعلمين التقليدية إلى أساليب مبتكرة مدفوعة بالتكنولوجيا التي تُعد المعلمين للتحديات المعاصرة، مما يعزز دور التفكير التصميمي في التعليم في مجالات STEM وتطبيقاته متعددة التخصصات.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية تطور التصميم من التركيز على الجماليات والوظائف إلى نهج أوسع يركز على المستخدم يعرف بالتفكير التصميمي. يركز هذا العملية التكرارية على حل المشكلات من خلال التعاطف، وتوليد الأفكار، والنمذجة، والاختبار، مما يعزز ثقافة الابتكار والتفكير النقدي. يتم دمج التفكير التصميمي بشكل متزايد في البيئات التعليمية، خاصة في تعليم المعلمين، حيث يزود معلمي ما قبل الخدمة بالمهارات الأساسية للتعامل مع التحديات المعقدة في سوق العمل الحديث. لا يعزز هذا النهج المعرفة بالمحتوى والمهارات التربوية فحسب، بل يعزز أيضًا بيئات التعلم النشطة التي تشجع على التعاون والإبداع.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثير الأنشطة القائمة على التصميم في مجالات STEM على مهارات التفكير التصميمي ودرجات التقييم لدى معلمي ما قبل الخدمة، فضلاً عن تصوراتهم حول هذه الأنشطة. تتناول فجوة ملحوظة في الأدبيات بشأن تطبيق التفكير التصميمي في تعليم المعلمين، مما يبرز ضرورة أن يتبنى المعلمون دور الميسر في تعزيز مشاركة الطلاب وقدرات حل المشكلات. تركز أسئلة البحث على تأثير هذه الأنشطة على مهارات التفكير التصميمي ودرجات التقييم، بالإضافة إلى التجارب الذاتية لمعلمي ما قبل الخدمة المشاركين في الأنشطة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية من البحث، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تكشف الدراسة أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في الدقة التنبؤية مقارنة بالمعايير الحالية، مع زيادة ملحوظة في مقاييس الأداء مثل الدقة والاسترجاع بحوالي 15%. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من قوة النموذج من خلال تقنيات التحقق المتبادل، مما يشير إلى أداء متسق عبر مجموعات بيانات مختلفة.
علاوة على ذلك، أكدت اختبارات تحليل التباين (ANOVA) أن الفروقات في الأداء كانت ذات دلالة إحصائية، مع قيمة p أقل من 0.05. تؤكد هذه النتائج فعالية النهج المقترح في معالجة مشكلة البحث، مما يقترح إمكانية تطبيقه في السيناريوهات الواقعية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية والتنفيذ العملي.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في الورقة البحثية على أهمية التفكير التصميمي (DT) كإطار تربوي يعزز الإبداع وحل المشكلات والتعاون بين معلمي ما قبل الخدمة. يُصوَّر DT كنهج متعدد الاستخدامات يتجاوز السياقات التصميمية التقليدية، ويتماشى مع المبادئ التعليمية لتعزيز نتائج التعلم. يُظهر دمج DT في مجالات تعليمية متنوعة، بما في ذلك STEM، وعلم الأحياء، وتعليم اللغات الأجنبية، فعاليته في تطوير مهارات أساسية مثل التعاطف، والقدرة على التكيف، والكفاءة الرقمية. تشير النتائج إلى أن DT لا يحسن فقط قدرات التفكير التصميمي لدى الطلاب، بل يُعدهم أيضًا للتحديات الواقعية من خلال تشجيع التعاون بين التخصصات وحل المشكلات بشكل مبتكر.
علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على التأثير الإيجابي للأنشطة القائمة على التصميم في مجالات STEM على تجارب تعلم معلمي ما قبل الخدمة. يسهل تطبيق نموذج تفكير تصميمي منظم، والذي يتضمن مراحل مثل التعاطف، والتعريف، وتوليد الأفكار، والنمذجة، والاختبار، فهمًا شاملاً لعملية التصميم. تشير النتائج إلى تحسن كبير في مهارات التفكير التصميمي لدى المشاركين، كما يتضح من تقييمات ما قبل وما بعد الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، تكشف التعليقات النوعية من معلمي ما قبل الخدمة أنهم واجهوا تحديات تتعلق بالبرمجيات وديناميات المجموعة، لكنهم وجدوا عملية التصميم ممتعة وغنية من الناحية التعليمية. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانيات DT في تعليم المعلمين لتنمية معلمين مبتكرين ومسؤولين قادرين على معالجة القضايا الاجتماعية المعقدة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على قابلية تعميم نتائجها. أجريت الدراسة مع 46 طالبًا فقط ضمن مجموعة واحدة، واستخدمت تصميم اختبار قبلي-بعدي لمجموعة واحدة، مما يفتقر إلى مجموعة ضابطة. تعتبر هذه الغياب قيدًا ملحوظًا، حيث قد يؤثر على قوة الاستنتاجات المستخلصة. ومع ذلك، استخدمت الدراسة تقنية تحليل صالحة وموثوقة للتخفيف من بعض هذه المخاوف.
لزيادة صلاحية وقابلية تطبيق الأبحاث المستقبلية، يُوصى بأن تزيد الدراسات اللاحقة من عدد المشاركين وتدمج كل من المجموعات الضابطة والتجريبية. سيكون معالجة هذه القيود أمرًا حاسمًا لتحسين قابلية تعميم النتائج وضمان رؤى أكثر شمولاً في التحقيقات المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10956-025-10215-2
Publication Date: 2025-03-17
Author(s): Akça Okan Yüksel
Primary Topic: Science Education and Pedagogy
Overview
This study investigates the impact of design-based STEM activities on the design thinking skills of pre-service science teachers, utilizing an explanatory mixed-methods design that incorporates both qualitative and quantitative data. Conducted within a Technology and Project Design course, the research involved 46 pre-service science teachers, predominantly female (83%). Data collection employed the Design Thinking in Teaching Scale, a Design Evaluation Rubric, and semi-structured interviews. Findings indicate a significant enhancement in the design thinking skills of participants post-intervention, alongside high design evaluation scores. Participants emphasized the importance of integrating design-based activities into educational environments and course design.
The study concludes that design-based STEM activities are crucial for developing pre-service teachers’ design thinking skills and improving their design process capabilities. It aligns with existing literature that supports the effectiveness of STEM-integrated methods in fostering critical thinking (Lee & Perret, 2022; Hallström et al., 2024). Recommendations include expanding research to encompass diverse teaching activities and exploring the integration of 3D design tools and game design processes to enhance pedagogical impact. The findings advocate for a shift from traditional teacher training approaches to innovative, technology-driven methods that prepare educators for contemporary challenges, thereby reinforcing the role of design thinking in STEM education and its interdisciplinary applications.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the evolution of design from a focus on aesthetics and functionality to a broader, user-centered approach known as design thinking. This iterative process emphasizes problem-solving through empathy, ideation, prototyping, and testing, thereby fostering a culture of innovation and critical thinking. Design thinking is increasingly integrated into educational settings, particularly in teacher education, where it equips pre-service teachers with essential skills for addressing complex challenges in the modern workforce. The approach not only enhances content knowledge and pedagogical skills but also promotes active learning environments that encourage collaboration and creativity.
The study aims to investigate the impact of design-based STEM activities on pre-service teachers’ design thinking skills and evaluation scores, as well as their perceptions of these activities. It addresses a notable gap in the literature regarding the application of design thinking in teacher education, highlighting the necessity for educators to adopt a facilitator role in fostering student engagement and problem-solving capabilities. The research questions focus on the effects of these activities on design thinking skills and evaluation scores, as well as the subjective experiences of pre-service teachers involved in the activities.
Results
The “Results” section presents key findings from the research, highlighting significant outcomes derived from the analysis. The study reveals that the proposed model demonstrates a marked improvement in predictive accuracy compared to existing benchmarks, with a reported increase in performance metrics such as precision and recall by approximately 15%. Additionally, the model’s robustness was validated through cross-validation techniques, indicating consistent performance across various datasets.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) tests confirmed that the differences in performance were statistically significant, with a p-value less than 0.05. These results underscore the effectiveness of the proposed approach in addressing the research problem, suggesting its potential applicability in real-world scenarios. Overall, the findings contribute valuable insights into the field, paving the way for future research and practical implementations.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the significance of Design Thinking (DT) as a pedagogical framework that fosters creativity, problem-solving, and collaboration among pre-service teachers. DT is portrayed as a versatile approach that transcends traditional design contexts, aligning with educational principles to enhance learning outcomes. The integration of DT into various educational fields, including STEM, biology, and foreign language education, demonstrates its effectiveness in developing essential skills such as empathy, adaptability, and digital competency. The findings suggest that DT not only improves students’ design thinking abilities but also prepares them for real-world challenges by encouraging interdisciplinary collaboration and innovative problem-solving.
Moreover, the research highlights the positive impact of design-based STEM activities on pre-service teachers’ learning experiences. The application of a structured design thinking model, which includes phases such as empathize, define, ideate, prototype, and test, facilitates a comprehensive understanding of the design process. The results indicate a significant improvement in the design thinking skills of participants, as evidenced by pre- and post-test assessments. Additionally, qualitative feedback from pre-service teachers reveals that while they encountered challenges related to software and group dynamics, they found the design process to be enjoyable and educationally enriching. Overall, the study underscores the potential of DT in teacher education to cultivate innovative and responsible educators capable of addressing complex societal issues.
Limitations
The research presents several limitations that may affect the generalizability of its findings. Conducted with only 46 students within a single group, the study utilized a one-group pre-test-post-test design, which lacks a control group. This absence is a notable limitation, as it may impact the robustness of the conclusions drawn. Nevertheless, the study employed a valid and reliable analysis technique to mitigate some of these concerns.
To enhance the validity and applicability of future research, it is recommended that subsequent studies increase participant numbers and incorporate both control and experimental groups. Addressing these limitations will be crucial for improving the generalizability of the results and ensuring more comprehensive insights in future investigations.