STEM etkinliklerinde öğrencilerden çoğu zaman bir ürün ortaya koymalarını istiyoruz.
Bir köprü, araç, kule, sulama sistemi, robot ya da enerji çözümü…
Ortaya çıkan ürün elbette önemli. Fakat benim STEM çalışmalarında asıl dikkat ettiğim şey ürünün kendisinden çok öğrencinin o ürüne nasıl ulaştığı.
Çünkü iyi görünen bir prototip, tek başına iyi bir STEM süreci yaşandığını göstermiyor.
Öğrenci;
- problemi gerçekten anlamış mı,
- farklı çözüm yolları düşünmüş mü,
- neden o tasarımı seçtiğini açıklayabiliyor mu,
- tasarımını test etmiş mi,
- veri toplamış mı,
- başarısız olduğunda yeniden düzenlemiş mi?
Bunları görebiliyorsak, işte o zaman mühendislik tasarım sürecinden söz etmeye başlıyoruz.
STEM’de amaç ilk seferde çalışan bir ürün yapmak değil, her denemede daha iyi bir çözüm geliştirmektir.
Mühendislik Tasarım Döngüsü Nedir?
Mühendislik tasarım döngüsü, bir problemi çözmek için kullanılan sistematik ama aynı zamanda esnek bir düşünme sürecidir.
“Döngü” kelimesi burada önemli.
Çünkü süreç:
Problemi belirle → Tasarla → Yap → Bitti
şeklinde ilerlemiyor.
Daha çok şöyle:
Problemi Anla → Araştır → Fikir Üret → Tasarla → Yap → Test Et → Veri Topla → Geliştir → Tekrar Test Et
ve gerektiğinde yeniden başa dön.
Bu nedenle mühendislik tasarımını düz bir yol gibi değil, sürekli gelişen bir süreç gibi düşünmek daha doğru.
1. Önce Problemi Gerçekten Anlamak
Öğrencilerin bazen problemi tam okumadan tasarıma başladığını görüyoruz.
Malzemeleri görür görmez:
“Ben ne yapacağımı biliyorum.”
diyebiliyorlar.
Ama mühendislikte ilk soru:
Ne yapacağız?
değil,
Hangi problemi çözmeye çalışıyoruz?
olmalı.
Örneğin:
“Bir köprü yapın.”
bir üretim görevidir.
Ama:
“30 cm açıklığı geçen, en az 1 kilogram yük taşıyan ve en fazla 20 tahta çubuk kullanılarak yapılabilecek bir köprü tasarlayın.”
dediğimizde artık elimizde gerçek bir tasarım problemi vardır.
Öğrenci;
- açıklığı,
- yükü,
- malzeme sınırını,
- dayanıklılığı
aynı anda düşünmek zorunda.
Bu kısıtlamalar süreci zorlaştırmaz; aslında mühendislik problemini anlamlı hâle getirir.
2. Araştırma Aşamasını Atlamamak
STEM etkinliklerinde bazen “araştırma” bölümü hızlı geçiliyor.
Öğrenci doğrudan ürün yapmaya başlıyor.
Oysa iyi bir mühendislik çözümünün arkasında genellikle bilimsel bilgi vardır.
Köprü tasarlıyorsak:
- üçgen yapıların dayanıklılığı,
- kuvvetlerin dağılımı,
- basınç ve çekme,
- bağlantı noktaları
önem kazanabilir.
Paraşüt yapıyorsak:
- hava direnci,
- yüzey alanı,
- kütle,
- düşme süresi
üzerine düşünmek gerekir.
Yani STEM’de fen bilgisi ayrı bir ders bölümü olarak değil, tasarım kararını verebilmek için ihtiyaç duyulan bilgi hâline geliyor.
Bence disiplinler arası ilişkinin en doğal kurulduğu yerlerden biri burası.
3. İlk Fikir Her Zaman En İyi Fikir Değildir
Öğrenciler çoğu zaman akıllarına gelen ilk çözümü hemen uygulamak istiyor.
Aslında biz öğretmenler de bazen bunu teşvik ediyoruz:
“Tamam, güzel fikir. Başlayabilirsiniz.”
Oysa biraz beklemek oldukça değerli.
Örneğin bir problem için öğrencilerden önce üç farklı çözüm üretmelerini isteyebiliriz.
Sonra her çözümü şu ölçütlerle karşılaştırabilirler:
| Ölçüt | Tasarım A | Tasarım B | Tasarım C |
|---|---|---|---|
| Dayanıklılık | 4 | 3 | 5 |
| Malzeme kullanımı | 2 | 5 | 3 |
| Uygulanabilirlik | 5 | 4 | 3 |
| Maliyet | 3 | 5 | 4 |
Bu noktada öğrenci artık yalnızca:
“Bunu beğendim.”
demiyor.
“Bu tasarımı seçiyorum çünkü…”
demek zorunda kalıyor.
Bu küçük fark, tasarım sürecini ciddi biçimde değiştiriyor.
4. Çizim Yapmadan Üretime Geçmemek
Özellikle küçük yaş gruplarında öğrenciler malzemeleri görünce hemen inşa etmeye başlamak istiyor.
Ben burada tasarım çizimini önemli buluyorum.
Çizimin çok profesyonel olması gerekmiyor.
Ama öğrenci en azından:
- parçaları,
- bağlantı noktalarını,
- ölçüleri,
- kullanılacak malzemeleri,
- çalışma mantığını
önceden düşünmeli.
Çünkü çizim yapmak aslında öğrenciyi yavaşlatıyor.
Ve bazen öğrenmek için tam olarak buna ihtiyacımız var.
Önce düşün, sonra yap.
5. Prototip Son Ürün Değildir
Mühendislik tasarımında çok önemli bir kavram var:
Prototip.
Prototip, mükemmel ürün değildir.
Bir fikrin çalışıp çalışmadığını görmek için oluşturulan ilk modeldir.
Bu nedenle öğrencinin prototipi başarısız olduğunda:
“Olmadı.”
deyip bırakması yerine:
“Bize ne öğretti?”
sorusunu sormasını istiyorum.
Örneğin bir kule devrildi.
Bu başarısızlık mı?
Tek başına baktığımızda evet.
Ama öğrenci:
- tabanın dar olduğunu,
- ağırlık merkezinin yukarıda kaldığını,
- çapraz desteklerin yetersiz olduğunu
fark ettiyse, o devrilen kule aslında oldukça değerli bir veri kaynağıdır.
6. Test Etmek Sadece “Çalıştı mı?” Demek Değildir
STEM çalışmalarında test sürecinin mümkün olduğunca ölçülebilir olması gerektiğini düşünüyorum.
Örneğin:
“Köprü sağlamdı.”
yerine:
“Köprü 1.350 gram yükte kırıldı.”
çok daha değerlidir.
Veya:
“Araç uzağa gitti.”
yerine:
“Araç 3,4 metre ilerledi.”
dediğimizde artık tasarımlar karşılaştırılabilir hâle gelir.
Öğrenci veriyi gördüğünde şu sorular ortaya çıkabilir:
Neden ikinci denemede mesafe arttı?
Tekerlek çapı mı etkiledi?
Kütle mi değişti?
Sürtünme azaldı mı?
Böylece test süreci yeni bir araştırma sürecine dönüşüyor.
7. Veri Tablosu STEM Etkinliğini Güçlendirir
Basit bir veri tablosu bile öğrencinin düşünme biçimini değiştirebilir.
Örneğin:
| Deneme | Tasarım Değişikliği | Taşıdığı Yük |
|---|---|---|
| 1 | İlk tasarım | 520 g |
| 2 | Taban genişletildi | 760 g |
| 3 | Çapraz destek eklendi | 1.120 g |
Bu tabloya baktığımızda yalnızca sonucun arttığını görmüyoruz.
Aynı zamanda:
Hangi tasarım değişikliğinin hangi sonucu oluşturduğunu
görmeye başlıyoruz.
Bence STEM çalışmalarında öğrencinin “ürün yaptım” seviyesinden “tasarımımı veriye göre geliştirdim” seviyesine geçmesi çok önemli.
8. Yeniden Tasarım Yapılmıyorsa Döngünün Bir Parçası Eksik Kalıyor
Mühendislik tasarım sürecinde benim en fazla önem verdiğim bölümlerden biri yeniden tasarım.
Çünkü bazı STEM etkinliklerinde şu oluyor:
Öğrenci ürünü yapıyor.
Test ediyoruz.
Kazananı belirliyoruz.
Etkinlik bitiyor.
Bence tam burada bitmemeli.
Testten sonra öğrenciye biraz daha zaman verip:
“Şimdi tasarımını geliştirebilirsin.”
dediğimizde asıl mühendislik süreci başlıyor.
İlk test artık bir sonuç değil, ikinci tasarım için veri hâline geliyor.
“Kazandım” Yerine “Geliştirdim”
Yarışmalı STEM etkinliklerinde öğrenciler doğal olarak kimin kazandığını merak ediyor.
Bu motivasyonu kullanabiliriz.
Ama değerlendirmeye başka bir ölçüt daha eklemek oldukça güzel sonuçlar verebilir:
En fazla gelişme gösteren tasarım.
Örneğin:
Birinci grup ilk denemede 900 gram taşıdı, son denemede 1.100 grama çıktı.
İkinci grup 400 gramdan başlayıp 1.000 grama ulaştı.
İlk grubun son ürünü daha güçlü olabilir.
Ama ikinci grup tasarımını çok daha fazla geliştirmiş olabilir.
Bu durumda öğrenciler şunu fark ediyor:
İlk tasarımın ne kadar iyi olduğu kadar, onu ne kadar geliştirebildiğin de önemli.
Öğretmenin En Zor Görevi: Çözümü Söylememek
Mühendislik tasarım sürecinde öğretmenin rolü de değişiyor.
Öğrenci:
“Öğretmenim buraya destek koysam olur mu?”
dediğinde:
“Evet, koy.”
demek çok kolay.
Ama:
“Sence destek koyarsan kuvvetin dağılımı nasıl değişir?”
diye sormak daha öğretici.
Ya da:
“Hangisi daha sağlam olur?”
sorusuna:
“Bunu nasıl test edebiliriz?”
diye karşılık verebiliriz.
Bazen öğretmen olarak çözümü bildiğimiz için susmak daha zor oluyor.
Ama öğrencinin kendisinin fark ettiği bir hata, öğretmenin söylediği doğru cevaptan çok daha kalıcı olabiliyor.
Özel Yetenekli Öğrencilerde Döngüyü Nasıl Derinleştirebiliriz?
Özel yetenekli öğrencilerde yalnızca döngüyü uygulamak yeterli olmayabilir.
Sürece yeni kısıtlamalar ekleyebiliriz.
Örneğin öğrenci başarılı bir köprü yaptıysa:
Aynı yükü yarı malzemeyle taşıyabilir misin?
Aracı 4 metre gidiyorsa:
Kütleyi artırmadan 5 metreye çıkarabilir misin?
Sulama sistemi çalışıyorsa:
Aynı bitkiyi %30 daha az su kullanarak sulayabilir misin?
Bu noktada problem artık:
“Çalışıyor mu?”
değil,
“Ne kadar iyi çalışıyor ve nasıl daha iyi olabilir?”
sorusuna dönüşüyor.
Mühendislikte optimizasyonun başladığı yer de burası.
İyi Bir Mühendislik Tasarım Etkinliğinde Öğrenciye Sorulabilecek Sorular
Etkinliğin farklı aşamalarında şu sorular oldukça işe yarayabilir:
Problem aşamasında
- Asıl problem nedir?
- Başarılı bir çözüm hangi şartları sağlamalı?
- Hangi kısıtlamalarımız var?
Tasarım aşamasında
- Neden bu çözümü seçtin?
- Başka hangi çözüm mümkün?
- Bu parçanın görevi ne?
Test aşamasında
- Neyi ölçmeliyiz?
- Sonucun iyi olduğunu nasıl anlayacağız?
- Hangi değişkenleri sabit tutmalıyız?
Geliştirme aşamasında
- Tasarımın en zayıf bölgesi neresi?
- Test sonucuna göre neyi değiştireceksin?
- Bu değişikliğin sonucu nasıl etkilemesini bekliyorsun?
Bu sorular öğrencinin yalnızca üretmesini değil, kendi tasarımı hakkında düşünmesini sağlıyor.
Sonuç
Mühendislik tasarım döngüsü STEM eğitiminin bana göre en güçlü parçalarından biri.
Çünkü öğrenciye şu düşünceyi kazandırıyor:
İlk fikrin son fikir olmak zorunda değil.
Bir şey çalışmadığında başarısız olmuş olmuyorsun.
Yeni bir bilgi elde etmiş oluyorsun.
Tasarla.
Dene.
Ölç.
Nedenini düşün.
Değiştir.
Tekrar dene.
Bu yüzden iyi bir STEM etkinliğinin sonunda öğrencinin elindeki ürüne bakıp yalnızca:
“Çalışıyor.”
demesinden çok,
“İlk tasarımım böyleydi, test sonucunda şu problemi fark ettim ve bu nedenle şu değişikliği yaptım.”
diyebilmesini daha değerli buluyorum.
Çünkü o cümlenin içerisinde ürün yapmanın ötesinde;
bilimsel düşünme, problem çözme, veri kullanma ve mühendislik düşüncesi var.
Ve bence STEM eğitiminin asıl amacı da tam olarak burada ortaya çıkıyor.
Bir yanıt yazın