DOI: https://doi.org/10.20897/ejsteme/17774
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Yousef Alfarraj وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق التعليم والنتائج
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة دمج التعلم القائم على المشاريع (PBL) ضمن إطار STEM، من خلال تطوير نظام تتبع أصول يعتمد على إنترنت الأشياء (IoT) باستخدام تقنية الشبكة الواسعة طويلة المدى (LoRaWAN). باستخدام نهج مختلط، تجمع البحث بين تحليل الأداء الكمي للنظام ورؤى نوعية من مقابلات مع عشرة طلاب دراسات عليا. تشير النتائج إلى أن نظام LoRaWAN حقق موثوقية تشغيل عالية بلغت 99.563% ووقت تعطل ضئيل قدره 0.437%، مما يؤكد الجدوى التقنية للمشروع. بالإضافة إلى ذلك، أعرب 78% من المشاركين عن رضاهم عن نهج STEM-PBL، مشيرين إلى مواضيع مثل تحسين استراتيجيات التعلم، وتطوير المهارات العملية، وزرع مهارات القرن الحادي والعشرين.
تؤكد الدراسة أيضًا على النمو الكبير في التفكير النقدي والتعاون والمهارات التقنية لدى الطلاب طوال عملية تصميم الهندسة (EDP). كانت تجربة التعلم العملية القائمة على الاستفسار ذات قيمة خاصة، مما يبرز أهمية النمذجة والعمل الجماعي في مواجهة التحديات الواقعية. بينما أظهر المشروع بنجاح فوائد دمج تقنيات إنترنت الأشياء في البيئات التعليمية، فقد حدد أيضًا تحديات مثل قيود الموارد والصعوبات التقنية الأولية. تسهم هذه الدراسة برؤى قيمة للمعلمين حول تنفيذ إنترنت الأشياء ضمن المناهج الدراسية STEM، مقترحة أن الدراسات المستقبلية يجب أن تقارن LoRaWAN مع تقنيات الشبكات الواسعة منخفضة الطاقة (LPWAN) الأخرى لتعزيز فهم مزاياها في السياقات التعليمية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث الاستفسار الرئيسي بشأن تصورات طلاب الدراسات العليا حول نهج STEM-PBL (العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات – التعلم القائم على المشاريع) بعد مشاركتهم في مشروع يركز على نظام تتبع يعتمد على إنترنت الأشياء (IoT) باستخدام LoRaWAN. تهدف هذه التحقيقات إلى توضيح كيف يدرك الطلاب فعالية وقابلية تطبيق منهجية STEM-PBL في تعزيز تجاربهم التعليمية ومهاراتهم العملية في سياق العالم الحقيقي.
من خلال التركيز على المشروع المحدد، تسعى الدراسة إلى جمع رؤى حول الفوائد التعليمية والتحديات التي واجهها الطلاب، مما يسهم في النقاش الأوسع حول استراتيجيات التدريس المبتكرة في التعليم STEM. من المتوقع أن توفر النتائج ملاحظات قيمة للمعلمين ومطوري المناهج الذين يهدفون إلى تنفيذ أطر التعلم القائم على المشاريع بشكل فعال ضمن تخصصات STEM.
الطرق
استخدمت الدراسة نهجًا مختلطًا، يجمع بين جمع وتحليل البيانات الكمية والنوعية لتحقيق فهم شامل لمشكلة البحث، كما تدعمه كريسويل وكريسويل (2017). يسهل هذا المنهج استكشاف وجهات نظر متنوعة وتحديد الروابط بين الجوانب المعقدة لأسئلة البحث، كما أشار فابريغيس وآخرون (2023). بالإضافة إلى ذلك، فإن دمج هذه الأنواع من البيانات يغني تفسير الظاهرة قيد التحقيق، مما يتماشى مع رؤى مكيم (2017). يتم تمثيل المنهجية بصريًا في الشكل 2.
النتائج
تسلط نتائج الدراسة الضوء على فعالية نظام التتبع القائم على إنترنت الأشياء باستخدام LoRaWAN من خلال مقاييس الأداء الكمية. تُظهر هذه المقاييس موثوقية النظام وكفاءته في التطبيقات الواقعية، مما يوفر أساسًا قويًا لتنفيذه في سياقات متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن التحليل أرقامًا ذات صلة توضح هذه النتائج، مما يعزز وضوح النتائج.
بالتوازي، تكشف الرؤى النوعية التي تم جمعها من المشاركين عن تجاربهم مع إطار عمل STEM-PBL (التعلم القائم على المشاريع). تشير هذه الرؤى إلى استقبال إيجابي للإطار، مما يوحي بأنه يجذب المشاركين بشكل فعال ويعزز فهمًا أعمق لمفاهيم STEM. يبرز الجمع بين البيانات الكمية والتعليقات النوعية إمكانيات نظام التتبع IoT وإطار العمل التعليمي في تعزيز التقدم التكنولوجي والتربوي.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة الضوء على الطلب المتزايد على تتبع الأصول في اللوجستيات، مدفوعًا بالحاجة إلى مراقبة الأصول الصغيرة عبر الحدود. يتم تقديم LoRaWAN، وهو معيار شبكة واسعة منخفضة الطاقة (LPWAN)، كخيار متفوق لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) بسبب استهلاكه المنخفض للطاقة، وقدراته على المدى الطويل، وفعاليته من حيث التكلفة، خاصة في البيئات الحضرية. مقارنةً بالبدائل مثل 5G وSigfox، تجعل المزايا التشغيلية لـ LoRaWAN مناسبة بشكل خاص للنشر على نطاق واسع في المدن الذكية والتطبيقات الصناعية. علاوة على ذلك، يتم التأكيد على دمج الممارسات المستدامة في التعليم STEM، مما يبرز كيف يمكن لتقنيات إنترنت الأشياء الخضراء، مثل LoRaWAN، تعزيز المسؤولية البيئية مع تحسين النتائج التعليمية.
تناقش القسم أيضًا دور التعلم القائم على المشاريع (PBL) في التعليم STEM، حيث يشارك الطلاب في حل المشكلات الواقعية من خلال تطوير نظام تتبع يعتمد على إنترنت الأشياء. لا يعمق هذا النهج فهمهم للمفاهيم التقنية فحسب، بل يزرع أيضًا مهارات أساسية مثل التفكير النقدي والتعاون. يتم تسليط الضوء على عملية تصميم الهندسة (EDP) كإطار عمل حاسم يربط بين المعرفة النظرية والتطبيق العملي، مما يسمح للطلاب بتكرار تصميماتهم وتنقيح حلولهم. تهدف الدراسة إلى سد الفجوات في الأدبيات المتعلقة باستخدام تقنية IoT LoRaWAN ضمن إطار PBL-STEM، مما يسهم في الممارسات التعليمية المستدامة ويعد الطلاب لمهن في التكنولوجيا الخضراء.
القيود
في قسم “القيود”، يعترف المؤلفون بالقيود الكامنة في دراستهم، وخاصة حجم عينة المقابلة الصغيرة التي بلغت $n=10$. على الرغم من هذا القيد، يؤكدون أن العينة قدمت رؤى قيمة تتعلق بأهداف الدراسة. تم إجراء البحث ضمن سياق مؤسسي محدد، مما، بينما يضيق النطاق، سمح بتحليل عميق للتطبيق العملي للإطار.
لتقليل التحيزات المحتملة، استخدم المؤلفون منهجيات صارمة، بما في ذلك التثليث والتقارير الشفافة. يقترحون أن الأبحاث المستقبلية يمكن أن تبني على نتائجهم من خلال استكشاف أحجام عينات أكبر، وسياقات متنوعة، ومتغيرات إضافية، مما يعزز قوة وعمومية النتائج.
DOI: https://doi.org/10.20897/ejsteme/17774
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Yousef Alfarraj et al.
Primary Topic: Educational Methods and Outcomes
Overview
This study investigates the integration of project-based learning (PBL) within the STEM framework, specifically through the development of an Internet of Things (IoT) asset tracking system utilizing Long-Range Wide Area Network (LoRaWAN) technology. Employing a mixed-methods approach, the research combines quantitative performance analysis of the system with qualitative insights from interviews with ten graduate students. The findings indicate that the LoRaWAN system achieved a high operational reliability of 99.563% and minimal downtime of 0.437%, confirming the project’s technical feasibility. Additionally, 78% of participants expressed satisfaction with the STEM-PBL approach, highlighting themes such as enhanced learning strategies, practical skills development, and the cultivation of 21st-century skills.
The study further emphasizes the significant growth in students’ critical thinking, collaboration, and technical competencies throughout the Engineering Design Process (EDP). The hands-on, inquiry-based learning experience was particularly valued, underscoring the importance of prototyping and teamwork in addressing real-world challenges. While the project successfully demonstrated the benefits of integrating IoT technologies in educational settings, it also identified challenges such as resource constraints and initial technical difficulties. The research contributes valuable insights for educators on implementing IoT within STEM curricula, suggesting that future studies should benchmark LoRaWAN against other Low Power Wide Area Network (LPWAN) technologies to enhance understanding of their respective advantages in educational contexts.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the primary inquiry regarding graduate students’ perceptions of the STEM-PBL (Science, Technology, Engineering, and Mathematics – Project-Based Learning) approach after their involvement in a project centered on an Internet of Things (IoT) LoRaWAN-based tracking system. This investigation aims to elucidate how students perceive the effectiveness and applicability of the STEM-PBL methodology in enhancing their learning experiences and practical skills in a real-world context.
By focusing on the specific project, the study seeks to gather insights into the educational benefits and challenges encountered by students, thereby contributing to the broader discourse on innovative teaching strategies in STEM education. The findings are expected to provide valuable feedback for educators and curriculum developers aiming to implement project-based learning frameworks effectively within STEM disciplines.
Methods
The research employed a mixed-methods approach, combining both quantitative and qualitative data collection and analysis to achieve a comprehensive understanding of the research problem, as supported by Creswell & Creswell (2017). This methodology facilitates the exploration of diverse perspectives and the identification of connections among the complex aspects of the research questions, as noted by Fàbregues et al. (2023). Additionally, the integration of these data types enriches the interpretation of the phenomenon under investigation, aligning with the insights of McKim (2017). The methodology is visually represented in Figure 2.
Results
The results of the study highlight the effectiveness of the IoT LoRaWAN-based tracking system through quantitative performance metrics. These metrics demonstrate the system’s reliability and efficiency in real-world applications, providing a solid foundation for its implementation in various contexts. Additionally, the analysis includes relevant figures that illustrate these performance outcomes, enhancing the clarity of the findings.
In parallel, qualitative insights gathered from participants reveal their experiences with the STEM-PBL (Project-Based Learning) framework. These insights indicate a positive reception of the framework, suggesting that it effectively engages participants and fosters a deeper understanding of STEM concepts. The combination of quantitative data and qualitative feedback underscores the potential of the IoT tracking system and the educational framework in promoting both technological and pedagogical advancements.
Discussion
The discussion section highlights the increasing demand for asset tracking in logistics, driven by the need to monitor small-scale assets across borders. LoRaWAN, a Low Power Wide Area Network (LPWAN) standard, is presented as a superior choice for Internet of Things (IoT) applications due to its low power consumption, long-range capabilities, and cost-effectiveness, particularly in urban environments. Compared to alternatives like 5G and Sigfox, LoRaWAN’s operational advantages make it particularly suitable for large-scale deployments in smart cities and industrial applications. Furthermore, the integration of sustainable practices in STEM education is emphasized, showcasing how green IoT technologies, such as LoRaWAN, can foster environmental responsibility while enhancing educational outcomes.
The section also discusses the role of Project-Based Learning (PBL) in STEM education, where students engage in real-world problem-solving through the development of an IoT-based tracking system. This approach not only deepens their understanding of technical concepts but also cultivates essential skills like critical thinking and collaboration. The Engineering Design Process (EDP) is highlighted as a crucial framework that bridges theoretical knowledge with practical application, allowing students to iterate on their designs and refine their solutions. The study aims to fill gaps in the literature regarding the use of IoT LoRaWAN technology within the PBL-STEM framework, ultimately contributing to sustainable educational practices and preparing students for careers in green technology.
Limitations
In the “Limitations” section, the authors acknowledge inherent constraints within their study, particularly the small interview sample size of $n=10$. Despite this limitation, they assert that the sample provided valuable insights relevant to the study’s objectives. The research was conducted within a specific institutional context, which, while narrowing the scope, allowed for an in-depth analysis of the framework’s practical application.
To mitigate potential biases, the authors employed rigorous methodologies, including triangulation and transparent reporting. They suggest that future research could build upon their findings by exploring larger sample sizes, diverse contexts, and additional variables, thereby enhancing the robustness and generalizability of the results.