Ortaokul düzeyinde uçak mühendisliği tasarım ünitesinin geliştirilmesi: Mühendislik tasarım süreç becerilerinin ve kavramsal öğrenmelerin izlenmesi
Development of aircraft engineering design unit at middle school level: Monitoring of design process skills and conceptual development
Yazar: MERVE ARIK ERDİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SAMİ TOPÇU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Fen bilgisi öğretimi = Science teaching ; Kavramsal öğrenme = Conceptual learning ; Mühendislik tasarımı = Engineering design ; Ortaokul öğrencileri = Secondary school students ; Ortaokullar = Secondary schools ; Uçak mühendisliği = Aircraft engineering

Özet:
Araştırmada, mühendislik tasarımına dayalı "Uçak Mühendisliği Tasarım Ünitesi" ni geliştirmek ve üniteyi içerdiği fen kavramlarının öğrenimi ve mühendislik tasarım süreç becerilerinin gelişimine etkisi bakımından incelemek amaçlanmıştır. Ünite literatürde yer alan bilgiler doğrultusunda araştırmacı tarafından geliştirilmiş, uzman görüşleri alınarak yeniden düzenlenmiştir. Ardından öğretim ortamında uygulanarak kavramsal öğrenmelere ve mühendislik tasarım süreç becerilerinin gelişimine etkisi incelenmiştir. Araştırma, 20 ortaokul sekizinci sınıf öğrencisi ile gerçekleştirilmiş, araştırma süreci tasarım tabanlı araştırmalardan yapı merkezli model kullanılarak tasarlanmıştır. Veri toplama araçları; kavramsal öğrenmeleri izlemek için ön ve son uygulama olarak kullanılan uçuş prensipleri açık uçlu kavram testi, mühendislik tasarım süreç becerilerini izlemek için ise, öğrenci mühendislik günlüğü ve odak grup görüşme soruları olarak belirlenmiştir. Ünitenin uygulanması sonucunda, öğrencilerin ünite kapsamında yer alan ve uçuş prensiplerini açıklamada kullanılan 'hava basıncı, itme kuvveti, dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler, hava direnci, kuvvet ve ağırlık ilişkisi' kavramları ile ilgili öğrenmelerinin geliştiği tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra, ünitedeki dört mühendislik tasarım süreci boyunca öğrencilerin tasarım süreç beceri düzeylerinin kullanılan rubrik doğrultusunda geliştiği tespit edilmiştir. Odak grup görüşmelerinde öğrenciler, mühendislik tasarım sürecine ilişkin bu gelişimi destekleyen açıklamalar sunmuşlardır. Uçak Mühendisliği Tasarım Ünitesinin uçuş prensipleri ile ilgili fen kavramlarının öğreniminde ve mühendislik tasarım süreç becerilerinin gelişiminde etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Araştırmanın bir mühendislik alanı özelinde fen kavramlarını bir araya getiren özgün bir ünite modeli ortaya koyması, kavramsal öğrenmeler ve mühendislik tasarım süreç becerilerine ilişkin detaylı analizler gerçekleştirmesi bakımından fen eğitimci ve araştırmacılarına ışık tutacağı düşünülmektedir.

Abstract:
The present study aims to develop an "Aircraft Engineering Design Unit" based on engineering design and to examine the unit in terms of its impact on the learning of science concepts and engineering design process skills.  The unit was developed by the researcher in line with the scholarship in the literature, and rearranged by receiving expert opinions. Then, its effects on conceptual learning and the development of engineering design process skills were examined by applying it in a classroom setting. The study was carried out with 20 middle school eighth grade students, and it was designed using the construct-centred design out of the design-based research models. The data collection tools were the open-ended questions on flight principles, which were used during pre- and post-implementation to monitor conceptual learning, and the students' engineering notebooks and the focus group interview questions, which aimed to monitor engineering design process skills. Following the implementation process, it was found that the students' learning about the concepts of "air pressure, thrust force, balanced and unbalanced forces, air resistance, and relationship between force and weight", which were included in the unit and used in explaining flight principles, improved. It was also found that during the four engineering design processes in the unit, the students' design process skill levels improved in accordance with the rubric adopted. In the focus group interviews, the students provided explanations supporting this improvement regarding the engineering design process. It was concluded that the Aircraft Engineering Design unit proved effective in the learning of science concepts related to flight principles and in the improvement of engineering design process skills. It is believed that this study will guide science educators and researchers, as it presents an original unit model that brings together science concepts in an engineering field, and involves detailed analyzes on conceptual learning and engineering design process skills.