Teaching Engineering Design-Based Integrated STEM in Rural Contexts: Nurturing Future Designers

There is a notable shift towards prioritizing the teaching of engineering design within K-12 education, coupled with a strong recommendation for engineering design-based integrated STEM education. This approach underscores the sharing of science and engineering practices as a means to facilitate the learning of various STEM disciplines. Nonetheless, the implementation of integrated STEM education in rural schools poses challenges due to constrained resources and a shortage of high-quality programs. To present a tangible instance of design-based integrated STEM education within a rural setting, this study presents a model lesson that showcases the integration of interdisciplinary problem-solving skills within a genuine real-world context. This study examined how teacher collaboration for engineering and science shared practices influenced students' design process. Concurrent Think-Aloud (CTA) protocol data and design sketches produced by the student design teams during the protocol sessions display how they elicited their design thinking skills and STEM domain knowledge acquired from the integrated STEM lesson in an engineering design task. This study found that the students learned the model lesson through the fully integrated instruction between students and teachers utilized more balanced design cognitions than the silo approach of integration. The findings highlight that the utilization of engineering design in K-12 education to cultivate integrated problem-solving skills should be accompanied by domain-integrated instructions for effective implementation. On denote un changement remarquable en ce qui concerne la priorite accordee a l'enseignement de la conception technique dans l'education primaire et secondaire, et on voit se former une forte recommandation en faveur d'un enseignement integre des STIM fonde sur la conception technique. Cette approche met l'accent sur le partage des pratiques scientifiques et d'ingenierie comme moyen de faciliter l'apprentissage des differentes disciplines des STIM. Cependant, la mise en oe uvre de l'enseignement integre des STIM dans les ecoles en milieu rural pose des defis en raison des ressources limitees et du manque de programmes releves. Afin de montrer un exemple concret d'enseignement integre des STIM fonde sur la conception dans un contexte rural, cette etude presente des approches et methodes modeles qui mettent en valeur l'integration de competences interdisciplinaires en matiere de resolution de problemes dans un contexte concret et authentique. Dans cette etude, on a examine comment la collaboration des enseignants pour les pratiques partagees en matiere d'ingenierie et de sciences a influence le processus de conception des eleves. Les donnees generees par le protocole de verbalisation de la pensee simultanee (VPS) et les esquisses creees par les equipes de conception formees d'eleves lors des seances conformes au protocole montrent comment les eleves ont fait appel a leurs competences en matiere de reflexion en ce qui a trait a la conception ainsi qu'a leurs connaissances du domaine des STIM, acquises par le biais d'un enseignement integre des STIM dans la realisation d'une tache de conception technique. Cette etude indique que les eleves apprennent les approches et methodes modeles par un enseignement qui est totalement integre entre les apprenants et les enseignants et qu'ils utilisent des processus cognitifs en matiere de conception qui sont plus equilibres que dans le cas de l'approche d'integration faite en cloisonnement. Les resultats revelent qu'afin d'obtenir une mise en oe uvre efficace, l'utilisation de la conception technique dans l'enseignement de la maternelle a la 12e annee pour cultiver les competences integrees de resolution de problemes devrait etre accompagnee d'instructions integrees portant sur le domaine.

Automated summary

There is a notable shift towards prioritizing the teaching of engineering design within K-12 education, coupled with a strong recommendation for engineering design-based integrated STEM education. This study presents a model lesson to showcase the integration of interdisciplinary problem-solving skills within a rural setting. The findings highlight the importance of domain-integrated instructions for effective implementation of engineering design in K-12 education.