DOI: https://doi.org/10.33902/jpr.202638877
تاريخ النشر: 2026-01-07
المؤلف: Refsya Aulia Fikri وآخرون
الموضوع الرئيسي: تعليم العلوم وطرق التدريس
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة الحاجة الملحة لممارسات تعليمية تمكّن الطلاب من مواجهة تحديات الاستدامة، لا سيما في سياق ندرة المياه النظيفة التي تفاقمت بسبب تغير المناخ والتلوث. تستكشف فعالية التعلم القائم على التصميم الاستقصائي (IDBL) المدمج ضمن مشروع تنقية المياه الموجه نحو STEM في تعزيز التفكير الإبداعي لدى طلاب المدارس الثانوية. باستخدام تصميم شبه تجريبي، قارن البحث نتائج تدخل STEM القائم على التصميم مع الأساليب الاستقصائية التقليدية بين طلاب الصف العاشر. ركز التقييم على أربعة أبعاد من التفكير الإبداعي: الطلاقة، والمرونة، والأصالة، والتفصيل. أشارت النتائج إلى أن تدخل IDBL-STEM حسّن بشكل كبير من الطلاقة والمرونة والأصالة، حيث شارك الطلاب في عمليات متكررة من توليد الأفكار، والنمذجة، والتنقيح أثناء تصميم أجهزة تنقية المياه منخفضة التكلفة من مواد معاد تدويرها.
تؤكد النتائج على إمكانية إطار عمل IDBL-STEM في سد الفجوة بين الفهم العلمي والتطبيق الإبداعي، مما يعزز المهارات الأساسية للابتكار. أكدت تحليلات ANCOVA أن نموذج IDBL-STEM حقق تحسينات أكبر في التفكير الإبداعي مقارنة بالتعلم القائم على الاستقصاء التقليدي. تسهم هذه الدراسة في الخطاب التربوي من خلال إظهار أن تجارب التعلم العملية المدفوعة بالاستقصاء والموجودة في سياقات العالم الحقيقي هي الأكثر فعالية في تنمية الإبداع في التعليم القائم على STEM. مع مواجهة المؤسسات التعليمية للتحديات البيئية العالمية، يقدم نهج IDBL-STEM نموذجًا قابلًا للتوسع لتنمية كل من الإبداع وكفاءات الاستدامة بين الطلاب، مما يمكّنهم من المشاركة بنشاط في مبادرات حل المشكلات المحلية والعالمية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية العالمية الحرجة المتعلقة بالوصول إلى المياه النظيفة، والتي تفاقمت بسبب تغير المناخ، ونمو السكان، والتلوث، حيث يفتقر أكثر من ملياري شخص إلى مياه شرب آمنة (O’Dwyer, 2024; UNESCO UN-Water, 2020). في إندونيسيا، تسهم تحديات مثل تلوث الأنهار وسوء الصرف الصحي في الأمراض المنقولة بالمياه، مما يبرز الحاجة إلى استراتيجيات تعليمية تجهز طلاب المدارس الثانوية بالمهارات الأساسية لمواجهة قضايا الاستدامة (Bain et al., 2020; Imaduddin & Eilks, 2025). أظهرت دمج أساليب التعليم القائم على STEM وعدًا في تعزيز التفكير من المستوى الأعلى وقدرات حل المشكلات، لا سيما من خلال التعلم القائم على المشاريع الذي يركز على السياقات البيئية (Kırıcı & Bakırcı, 2021; Kwon & Lee, 2025).
تقدم الدراسة التعلم القائم على التصميم الاستقصائي (IDBL) كنموذج تعليمي جديد يجمع بين الاستقصاء العلمي وتصميم الهندسة التكراري، مما يعالج قيود التعلم القائم على الاستقصاء التقليدي (IBL) في تطوير الإبداع الموجه نحو التصميم (Ignatova et al., 2024; Jolly, 2024). يسهل IDBL نهجًا منظمًا للإبداع من خلال تضمين مراحل مثل العصف الذهني والنمذجة ضمن عملية التعلم، مما يعزز قدرات الطلاب في الطلاقة والمرونة والأصالة والتفصيل. تهدف الدراسة إلى التحقيق تجريبيًا في تأثير نموذج IDBL-STEM على هذه الأبعاد من التفكير الإبداعي من خلال مشروع يركز على تصميم أنظمة تنقية المياه منخفضة التكلفة، متماشياً مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs) المتعلقة بالتعليم الجيد والمياه النظيفة (Bosevska & Kriewaldt, 2020; Sabancı et al., 2025). تقترح فرضيات الدراسة أن الطلاب المشاركين في IDBL-STEM سيظهرون تحسينات أكبر بكثير في التفكير الإبداعي مقارنةً بأولئك في بيئات IBL التقليدية، مما يسهم في تقديم رؤى قيمة حول الممارسات التربوية الفعالة في التعليم العلمي الموجه نحو الاستدامة.
الطرق
تستعرض قسم “الطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في أسئلة البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، يتضمن تحليلات إحصائية لتقييم العلاقات بين المتغيرات. شملت جمع البيانات استبيانًا منظمًا تم إدارته لعينة سكانية، مما يضمن ديموغرافية تمثيلية. تضمن الاستبيان أدوات موثوقة لقياس المفاهيم الرئيسية، مما يعزز موثوقية النتائج.
لتحليل البيانات، استخدم الباحثون طرقًا إحصائية متنوعة، بما في ذلك تحليل الانحدار واختبار الفرضيات، لتقييم دلالة النتائج. سهل استخدام أدوات البرمجيات لتحليل البيانات تحديد الأنماط والارتباطات بين المتغيرات. تدعم الصرامة المنهجية التي تم تأسيسها في هذا القسم صحة استنتاجات الدراسة وتدعم الإطار البحثي العام.
النتائج
يوفر قسم النتائج نظرة شاملة على تحليل البيانات الذي تم إجراؤه على درجات التفكير الإبداعي للطلاب. يبدأ بإحصائيات وصفية تلخص الاتجاهات المركزية والتباين في الدرجات، مما يقدم رؤى حول الأداء العام للطلاب من حيث قدراتهم في التفكير الإبداعي. بعد ذلك، يتم تقديم تحليلات استنتاجية لتقييم فرضيات البحث، مما يسمح باستنتاجات حول العلاقات والتأثيرات التي لوحظت ضمن البيانات. هذه التحليلات ضرورية لفهم دلالة النتائج في سياق أهداف الدراسة.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الدور المحوري لتعليم STEM في تعزيز الإبداع من خلال الأطر التربوية المتكاملة، لا سيما التعلم القائم على التصميم الاستقصائي (IDBL). تشير الأبحاث إلى أن تدخلات STEM، وخاصة تلك التي تتضمن عمليات التصميم التكرارية، تحسن بشكل كبير من كفاءات الطلاب الإبداعية، بما في ذلك الطلاقة والمرونة والأصالة. تؤكد الأدبيات على أن تضمين عناصر التصميم ضمن مشاريع STEM لا يعزز فقط التفكير من المستوى الأعلى ولكن أيضًا يعزز قدرة الطلاب على توليد وتنقيح الحلول المبتكرة. تعتبر استراتيجيات التعليم الفعالة التي تعطي الأولوية لدورات النمذجة والاختبار التكرارية، إلى جانب الدعم الكافي من المعلمين، ضرورية لتعظيم التنمية الإبداعية في سياقات STEM.
علاوة على ذلك، يتماشى دمج مشاريع STEM الموجهة نحو الاستدامة مع الممارسات التعليمية التي تتوافق مع التحديات الواقعية، مما يعزز الوعي البيئي ومهارات حل المشكلات. تمكّن مثل هذه المشاريع، لا سيما تلك التي تعالج أهداف التنمية المستدامة (SDGs)، الطلاب من المشاركة في تعلم ذي مغزى قائم على السياق يعزز دافعهم الداخلي وإحساسهم بالوكالة. ومع ذلك، تحدد المناقشة أيضًا التحديات غير المحلولة في دمج الاستقصاء والتصميم، مثل عدم كفاية دمج مراحل التصميم في العديد من تطبيقات التعلم القائم على الاستقصاء والحاجة إلى توثيق شامل لعمليات الإبداع لدى الطلاب. يعد معالجة هذه الفجوات من خلال البحث التجريبي أمرًا ضروريًا لفهم كيفية دعم النماذج التعليمية للإبداع بشكل فعال في التعليم القائم على STEM الموجه نحو الاستدامة.
القيود
تناقش قسم القيود في ورقة البحث القيود المفروضة على التعلم القائم على الاستقصاء التقليدي (IBL) في تعزيز الإبداع المتقدم، لا سيما عندما لا يتم دمج الهياكل الموجهة نحو التصميم بشكل صريح. تشمل القيود الرئيسية المحددة الطبيعة الخطية للعديد من تطبيقات IBL، مما يقيّد الفرص للدورات الأساسية من النمذجة وإعادة التصميم اللازمة لتطوير الإبداع. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد فعالية IBL بشكل كبير على قدرات دعم المعلم؛ يمكن أن تؤدي الإرشادات غير الكافية إلى نتائج تقليدية. تؤثر اختلافات مستويات الاستقصاء أيضًا على التعلم، حيث تطرح الاستقصاءات المفتوحة مطالب معرفية عالية قد لا تكون قابلة للتطبيق في البيئات المدرسية النموذجية. علاوة على ذلك، تشير النتائج غير المتسقة من الدراسات شبه التجريبية إلى أن IBL وحده قد لا يحفز جميع أبعاد الإبداع بشكل كافٍ، مما يبرز الحاجة إلى نماذج تعليمية تجمع بين الاستقصاء وعمليات التصميم التكرارية.
تقر الدراسة أيضًا بحدودها الخاصة، بما في ذلك السياق الضيق لمدرسة ثانوية عامة واحدة في إندونيسيا، مما قد يحد من تعميم النتائج. إن الاعتماد على التقييمات الكمية دون بيانات نوعية يقيّد الرؤى حول عملية الإبداع، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تعتمد على أساليب مختلطة. بالإضافة إلى ذلك، تثير المدة القصيرة للتدخل تساؤلات حول الاحتفاظ طويل الأمد بمكاسب الإبداع، مما يستدعي دراسات طولية. يجب أن تستكشف التحقيقات المستقبلية أيضًا سياقات استدامة متنوعة لتحديد قابلية نقل العلاقة بين التصميم التكراري والإبداع. بشكل جماعي، تؤكد هذه القيود على ضرورة إجراء دراسات أوسع وأكثر عمقًا حول التعليم القائم على STEM المدمج في التصميم لتعزيز التعليم العلمي الموجه نحو الاستدامة الذي يركز على الإبداع.
DOI: https://doi.org/10.33902/jpr.202638877
Publication Date: 2026-01-07
Author(s): Refsya Aulia Fikri et al.
Primary Topic: Science Education and Pedagogy
Overview
This study addresses the urgent need for educational practices that empower students to tackle sustainability challenges, particularly in the context of clean water scarcity exacerbated by climate change and pollution. It explores the effectiveness of Inquiry-Design-Based Learning (IDBL) integrated within a STEM-oriented water purification project on enhancing high school students’ creative thinking. Utilizing a quasi-experimental design, the research compared the outcomes of a design-based STEM intervention with traditional inquiry approaches among tenth-grade students. The assessment focused on four dimensions of creative thinking: fluency, flexibility, originality, and elaboration. Results indicated that the IDBL-STEM intervention significantly improved fluency, flexibility, and originality, as students engaged in iterative processes of ideation, prototyping, and refinement while designing low-cost water purification devices from recycled materials.
The findings underscore the potential of the IDBL-STEM framework to bridge the gap between scientific understanding and creative application, fostering essential skills for innovation. ANCOVA analyses confirmed that the IDBL-STEM model yielded greater enhancements in creative thinking compared to conventional inquiry-based learning. This research contributes to the pedagogical discourse by demonstrating that hands-on, inquiry-driven learning experiences situated in real-world contexts are most effective for nurturing creativity in STEM education. As educational institutions face global environmental challenges, the IDBL-STEM approach offers a scalable model for cultivating both creativity and sustainability competencies among students, empowering them to engage actively in local and global problem-solving initiatives.
Introduction
The introduction highlights the critical global issue of access to clean water, exacerbated by climate change, population growth, and pollution, with over two billion people lacking safe drinking water (O’Dwyer, 2024; UNESCO UN-Water, 2020). In Indonesia, challenges such as river pollution and inadequate sanitation contribute to waterborne diseases, emphasizing the need for educational strategies that equip secondary school students with essential skills to tackle sustainability issues (Bain et al., 2020; Imaduddin & Eilks, 2025). The integration of STEM-based pedagogies has shown promise in fostering higher-order thinking and problem-solving abilities, particularly through project-based learning focused on environmental contexts (Kırıcı & Bakırcı, 2021; Kwon & Lee, 2025).
The study introduces Inquiry-Design-Based Learning (IDBL) as a novel instructional model that combines scientific inquiry with iterative engineering design, addressing the limitations of traditional inquiry-based learning (IBL) in developing design-oriented creativity (Ignatova et al., 2024; Jolly, 2024). IDBL facilitates a structured approach to creativity by embedding phases such as brainstorming and prototyping within the learning process, thereby enhancing students’ abilities in fluency, flexibility, originality, and elaboration. The research aims to empirically investigate the impact of the IDBL-STEM model on these dimensions of creative thinking through a project focused on designing low-cost water purification systems, aligning with the Sustainable Development Goals (SDGs) related to quality education and clean water (Bosevska & Kriewaldt, 2020; Sabancı et al., 2025). The study’s hypotheses propose that students engaged in IDBL-STEM will show significantly greater improvements in creative thinking compared to those in traditional IBL settings, thereby contributing valuable insights into effective pedagogical practices in sustainability-oriented science education.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research questions. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to assess the relationships between variables. Data collection involved a structured survey administered to a sample population, ensuring a representative demographic. The survey included validated instruments to measure key constructs, enhancing the reliability of the findings.
To analyze the data, the researchers employed various statistical methods, including regression analysis and hypothesis testing, to evaluate the significance of the results. The use of software tools for data analysis facilitated the identification of patterns and correlations among the variables. The methodological rigor established in this section underpins the validity of the study’s conclusions and supports the overall research framework.
Results
The results section provides a comprehensive overview of the data analysis conducted on students’ creative thinking scores. It begins with descriptive statistics that summarize the central tendencies and variability of the scores, offering insights into the overall performance of the students in terms of their creative thinking abilities. Following this, inferential analyses are presented to evaluate the research hypotheses, allowing for conclusions to be drawn regarding the relationships and effects observed within the data. These analyses are crucial for understanding the significance of the findings in the context of the study’s objectives.
Discussion
The discussion highlights the pivotal role of STEM education in enhancing creativity through integrated pedagogical frameworks, particularly Inquiry-Design-Based Learning (IDBL). Research indicates that STEM interventions, especially those incorporating iterative design processes, significantly improve students’ creative competencies, including fluency, flexibility, and originality. The literature emphasizes that embedding design elements within STEM projects not only fosters higher-order thinking but also enhances students’ ability to generate and refine innovative solutions. Effective instructional strategies that prioritize iterative cycles of prototyping and testing, along with adequate teacher scaffolding, are crucial for maximizing creative development in STEM contexts.
Furthermore, the integration of sustainability-oriented STEM projects aligns educational practices with real-world challenges, promoting ecological awareness and problem-solving skills. Such projects, particularly those addressing the Sustainable Development Goals (SDGs), empower students to engage in meaningful, context-based learning that reinforces their intrinsic motivation and sense of agency. However, the discussion also identifies unresolved challenges in merging inquiry and design, such as the insufficient integration of design stages in many inquiry-based learning implementations and the need for comprehensive documentation of students’ creative processes. Addressing these gaps through empirical research is essential for understanding how instructional models can effectively support creativity in sustainability-focused STEM education.
Limitations
The section on limitations in the research paper discusses the constraints of traditional Inquiry-Based Learning (IBL) in fostering advanced creativity, particularly when design-oriented structures are not explicitly integrated. Key limitations identified include the linear nature of many IBL implementations, which restricts opportunities for essential prototyping and redesign cycles necessary for developing creativity. Additionally, the effectiveness of IBL is heavily reliant on the teacher’s scaffolding abilities; insufficient guidance can lead to conventional outcomes. Variations in inquiry levels also affect learning, with open inquiry posing high cognitive demands that may not be feasible in typical school settings. Furthermore, inconsistent findings from quasi-experimental studies suggest that IBL alone may not sufficiently stimulate all dimensions of creativity, emphasizing the need for instructional models that combine inquiry with iterative design processes.
The study also acknowledges its own limitations, including the narrow context of a single public high school in Indonesia, which may limit the generalizability of findings. The reliance on quantitative assessments without qualitative data restricts insights into the creative process, suggesting future research should adopt mixed-methods approaches. Additionally, the short duration of the intervention raises questions about the long-term retention of creativity gains, warranting longitudinal studies. Future investigations should also explore various sustainability contexts to determine the transferability of the relationship between iterative design and creativity. Collectively, these limitations underscore the necessity for broader and more in-depth studies on design-integrated STEM education to enhance creativity-centered, sustainability-driven science instruction.