STEM integration

Purpose of the study: This study aimed to determine the validity of a STEM-based Electronic Student Worksheet for elementary school science learning (IPAS) based on material suitability, language clarity and readability, display and navigation quality, and the integration of Science, Technology, Engineering, and Mathematics components. Methodology: This study employed a research and development approach focusing on the expert validation stage. The STEM-based Electronic Student Worksheet was assessed by two validators using a five-point Likert scale. The validation instrument covered four aspects, namely material, language, display, and STEM integration. The validity data were analyzed quantitatively using Aiken’s V coefficient. Main Findings: The validation results showed Aiken’s V values of 0.875 for material, 0.750 for language, 0.875 for display, and 0.875 for STEM integration. The overall average Aiken’s V score was 0.844 and was categorized as very valid. These results indicate that the developed E- worksheet has fulfilled the validity criteria in terms of content suitability, language, visual display, navigation, and STEM integration, although the language aspect still requires refinement. Novelty/Originality of this study: This study offers a STEM-based E- worksheet validation framework for elementary IPAS learning by integrating assessment of content suitability, language, digital display, navigation, and STEM components. The developed E-LKPD is designed to connect science concepts with technology, engineering activities, and mathematical reasoning in a contextual and interactive learning environment for elementary school students.

هدف مطالعه: هدف این پژوهش تعیین روایی برگه‌کار الکترونیکی دانش‌آموز مبتنی بر STEM برای آموزش علوم دبستانی (IPAS) بر اساس تناسب محتوا، وضوح و خوانایی زبان، کیفیت نمایش و ناوبری، و ادغام مؤلفه‌های علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات بود. روش‌شناسی: این پژوهش با رویکرد تحقیق و توسعه و تمرکز بر مرحله اعتبارسنجی خبرگان انجام شد. برگه‌کار الکترونیکی مبتنی بر STEM توسط دو ارزیاب با استفاده از مقیاس لیکرت پنج‌درجه‌ای مورد ارزیابی قرار گرفت. ابزار اعتبارسنجی چهار جنبه شامل محتوا، زبان، نمایش و ادغام STEM را پوشش می‌داد. داده‌های روایی به‌صورت کمی با استفاده از ضریب V آیکن تحلیل شد. یافته‌های اصلی: نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مقادیر V آیکن برای محتوا 0.875، برای زبان 0.750، برای نمایش 0.875 و برای ادغام STEM برابر با 0.875 بود. میانگین کلی نمره V آیکن برابر با 0.844 و در دسته «بسیار معتبر» قرار گرفت. این نتایج نشان می‌دهد که برگه‌کار الکترونیکی توسعه‌یافته معیارهای روایی را از نظر تناسب محتوا، زبان، نمایش بصری، ناوبری و ادغام STEM برآورده کرده است، هرچند جنبه زبانی همچنان نیازمند بهبود است. نوآوری/اصالت این پژوهش: این پژوهش چارچوبی برای اعتبارسنجی برگه‌کار الکترونیکی مبتنی بر STEM برای آموزش IPAS دبستانی ارائه می‌دهد که ارزیابی تناسب محتوا، زبان، نمایش دیجیتال، ناوبری و مؤلفه‌های STEM را یکپارچه می‌سازد. E-LKPD توسعه‌یافته به‌گونه‌ای طراحی شده است که مفاهیم علوم را با فناوری، فعالیت‌های مهندسی و استدلال ریاضی در محیط یادگیری زمینه‌ای و تعاملی برای دانش‌آموزان دبستانی پیوند دهد.

Critical thinking skills are among the essential competencies that must be developed in elementary school students to face the increasingly complex challenges of 21st-century life. The Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) approach emerges as an educational innovation that integrates four disciplines in an integrated, contextual, and problem-solving-oriented manner. This article aims to examine in depth the contribution of STEM-based learning to the critical thinking skills of elementary school students through a library research method. The study reviewed various scientific literature including national and international journal articles, educational textbooks, research reports, and relevant curriculum documents published between 2010 and 2024. The results indicate that STEM-based learning significantly contributes to the enhancement of students' critical thinking skills through several mechanisms: (1) encouraging students to identify and formulate problems systematically; (2) training analytical, evaluative, and synthetic skills through engineering design; (3) building scientific thinking habits through authentic projects; (4) developing evidence-based inference and argumentation skills; and (5) habituating self-reflection and self-regulation. All six aspects of critical thinking according to Facione are organically facilitated in STEM learning activities. This article concludes that STEM integration in elementary science learning is an effective and empirically proven strategy for building critical thinking foundations from an early age.

مهارت‌های تفکر انتقادی از جمله شایستگی‌های اساسی هستند که باید در دانش‌آموزان دبستانی برای مواجهه با چالش‌های فزاینده و پیچیده زندگی قرن بیست‌ویکم توسعه یابند. رویکرد علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) به عنوان یک نوآوری آموزشی مطرح می‌شود که چهار حوزه مذکور را به صورت یکپارچه، زمینه‌مند و مسئله‌محور ادغام می‌کند. هدف این مقاله بررسی عمیق سهم یادگیری مبتنی بر STEM بر مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان دبستانی از طریق روش پژوهش کتابخانه‌ای است. در این مطالعه، متون علمی مختلف شامل مقالات مجلات ملی و بین‌المللی، کتاب‌های درسی آموزشی، گزارش‌های پژوهشی و اسناد برنامه‌درسی مرتبط که بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۴ منتشر شده‌اند، مرور شده است. نتایج نشان می‌دهد که یادگیری مبتنی بر STEM به طور معناداری به ارتقای مهارت‌های تفکر انتقادی دانش‌آموزان از طریق چندین سازوکار کمک می‌کند: (۱) تشویق دانش‌آموزان به شناسایی و صورت‌بندی نظام‌مند مسائل؛ (۲) تمرین مهارت‌های تحلیلی، ارزیابانه و ترکیبی از طریق طراحی مهندسی؛ (۳) ایجاد عادات تفکر علمی از طریق پروژه‌های اصیل؛ (۴) توسعه مهارت‌های استنتاج و استدلال مبتنی بر شواهد؛ و (۵) عادت‌دهی به خودبازتابی و خودتنظیمی. هر شش جنبه تفکر انتقادی بر اساس مدل Facione به طور ارگانیک در فعالیت‌های یادگیری STEM تسهیل می‌شود. این مقاله نتیجه می‌گیرد که ادغام STEM در آموزش علوم دبستانی، راهبردی مؤثر و اثبات‌شده تجربی برای بنیان‌گذاری تفکر انتقادی از سنین پایین است.

This study aims to analyze the variation in the application of Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) components in the Lesson Plans prepared by junior high school teachers after participating in STEM training. This study uses a qualitative approach with document analysis methods on 39 lesson plans of science and mathematics teachers in Bangkalan Regency. The data were analyzed by identifying the presence and form of implementation of each STEM component, then grouping the lesson plans based on the number of integrated components, namely two, three, and four STEM components. The results showed that 6 lesson plans (15,4%) integrated two STEM components, namely Science and Mathematics, which generally focused on conceptual understanding and mathematical calculations, while 11 lesson plans (28,2%) integrated three STEM components with variations in combinations of Science-Technology-Mathematics (STM), Science-Engineering-Mathematics (SEM), and Technology-Engineering-Mathematics (TEM). Most of the lesson plans, namely 22 lesson plans (56,4%), have fully integrated the four STEM components into their learning plans. These findings indicate that STEM training has a positive impact on teachers' ability to design integrated learning, although the level of implementation is not yet fully uniform. The variation in the application of STEM components reflects differences in teachers' understanding and readiness in operationalizing STEM learning at the planning stage. This study confirms that analyzing lesson plans is an effective approach for evaluating STEM implementation at the lesson planning level and can serve as a basis for developing future STEM teacher training programs.

هدف این پژوهش تحلیل تنوع در به‌کارگیری مؤلفه‌های علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) در طرح‌های درس تهیه‌شده توسط معلمان دوره متوسطه اول پس از شرکت در دوره آموزش STEM است. این پژوهش با رویکرد کیفی و با استفاده از روش تحلیل اسناد بر روی ۳۹ طرح درس معلمان علوم و ریاضی در شهرستان Bangkalan انجام شده است. داده‌ها از طریق شناسایی حضور و شکل اجرای هر یک از مؤلفه‌های STEM تحلیل شدند و سپس طرح‌های درس بر اساس تعداد مؤلفه‌های تلفیق‌شده، یعنی دو، سه و چهار مؤلفه STEM، گروه‌بندی شدند. نتایج نشان داد که ۶ طرح درس (۱۵٫۴٪) دو مؤلفه STEM، یعنی علوم و ریاضی را تلفیق کرده‌اند که عمدتاً بر درک مفهومی و محاسبات ریاضی متمرکز بوده‌اند، در حالی که ۱۱ طرح درس (۲۸٫۲٪) سه مؤلفه STEM را با ترکیب‌های متنوع علوم-فناوری-ریاضی (STM)، علوم-مهندسی-ریاضی (SEM) و فناوری-مهندسی-ریاضی (TEM) تلفیق کرده‌اند. اکثر طرح‌های درس، یعنی ۲۲ طرح درس (۵۶٫۴٪)، هر چهار مؤلفه STEM را به طور کامل در برنامه‌های آموزشی خود ادغام کرده‌اند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که آموزش STEM تأثیر مثبتی بر توانایی معلمان در طراحی یادگیری تلفیقی داشته است، اگرچه سطح اجرا هنوز کاملاً یکنواخت نیست. تنوع در به‌کارگیری مؤلفه‌های STEM بازتابی از تفاوت درک و آمادگی معلمان در عملیاتی‌سازی یادگیری STEM در مرحله برنامه‌ریزی است. این پژوهش تأیید می‌کند که تحلیل طرح‌های درس رویکردی مؤثر برای ارزیابی اجرای STEM در سطح برنامه‌ریزی درسی است و می‌تواند مبنایی برای توسعه برنامه‌های آتی آموزش معلمان STEM باشد.

This study examines how cross-subject integration in STEM education can be embedded within formal curriculum structures through institutional design rather than individual teacher initiative. The research was conducted at a STEM-specialist secondary school in Astana, Kazakhstan, where informatics functions as a coordinating subject across science and humanities disciplines. The study analyses two dimensions of curriculum organisation: (1) the vertical progression of the informatics curriculum across Grades 6–10, from digital literacy and data handling to programming and independent project work; and (2) a horizontal coordination mechanism in which informatics and subject teachers design shared learning tasks and independently assess different dimensions of the same student products. Data include curriculum documents, assessment rubrics, student project work ( n = 36 students, comprising three complete project groups from the chemistry integration cycle), and teacher perspectives collected through informal conversational exchanges. Findings document how co-assessment structures differentiated disciplinary feedback from two independent knowledge positions within a single task, and how teachers perceived this structure as making disciplinary expectations more explicit in student preparation. The study introduces the concept of an interdisciplinary assessment ecology as a distributed evaluation structure in which subject specialists assess distinct dimensions of shared student artefacts. The results suggest that such integration can be implemented through formal planning routines embedded in existing curriculum structures without additional curriculum time for students or external funding, though it does require coordinated teacher time for quarterly cross-departmental planning sessions.

این مطالعه بررسی می‌کند که چگونه ادغام میان‌موضوعی در آموزش STEM می‌تواند از طریق طراحی نهادی و نه صرفاً ابتکار فردی معلمان، در ساختارهای رسمی برنامهٔ درسی جای گیرد. پژوهش در یک دبیرستان تخصصی STEM در آستانه، قزاقستان انجام شده است که در آن، درس انفورماتیک به عنوان یک موضوع هماهنگ‌کننده میان رشته‌های علوم و علوم انسانی ایفای نقش می‌کند. این مطالعه دو بُعد از سازماندهی برنامهٔ درسی را تحلیل می‌کند: (۱) پیشرفت عمودی برنامهٔ درسی انفورماتیک در پایه‌های ششم تا دهم، از سواد دیجیتال و داده‌پردازی تا برنامه‌نویسی و کار پروژه‌ای مستقل؛ و (۲) سازوکار هماهنگی افقی که در آن معلمان انفورماتیک و سایر دروس، وظایف یادگیری مشترک طراحی کرده و به طور مستقل ابعاد مختلف یک محصول دانش‌آموزی را ارزیابی می‌کنند. داده‌ها شامل اسناد برنامهٔ درسی، روبریک‌های ارزیابی، کارهای پروژه‌ای دانش‌آموزان (n = 36 دانش‌آموز، شامل سه گروه کامل پروژه از چرخهٔ ادغام شیمی) و دیدگاه‌های معلمان که از طریق گفتگوهای غیررسمی جمع‌آوری شده‌اند، می‌باشد. یافته‌ها نشان می‌دهد که ساختارهای هم‌ارزیابی، بازخوردهای متمایز رشته‌ای را از دو جایگاه دانشی مستقل در قالب یک وظیفه واحد فراهم می‌کند و معلمان این ساختار را موجب شفاف‌تر شدن انتظارات رشته‌ای در آماده‌سازی دانش‌آموزان می‌دانند. این مطالعه مفهوم «بوم‌شناسی ارزیابی میان‌رشته‌ای» را به عنوان ساختار ارزیابی توزیع‌شده‌ای معرفی می‌کند که در آن متخصصان هر رشته، ابعاد متمایز مصنوعات مشترک دانش‌آموزی را ارزیابی می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد چنین ادغامی می‌تواند از طریق روال‌های برنامه‌ریزی رسمی که در ساختارهای موجود برنامهٔ درسی تعبیه شده‌اند، بدون نیاز به زمان اضافی برای دانش‌آموزان یا تأمین مالی خارجی اجرا شود، هرچند نیازمند هماهنگی زمانی معلمان برای جلسات برنامه‌ریزی میان‌بخشی فصلی است.

A foundational assumption in applying Ajzen's Theory of Planned Behavior (TPB) to STEM teacher education is that prospective teachers' perceived behavioural control reflects the actual enabling conditions of their institutional environment. This study tests that assumption empirically in the context of STEM integration in Karachi, Pakistan, one of the most understudied urban teacher education landscapes in South Asia. Using an explanatory sequential mixed-methods design, we surveyed 310 prospective teachers and interviewed 15 teacher educators. Findings reveal that while prospective teachers held strongly positive perceptions of integrated STEM education and available opportunities, teacher educators consistently reported that actual STEM infrastructure, such as laboratories, digital tools, and interdisciplinary planning time, is substantially more limited. Furthermore, knowledge of STEM education emerged as the strongest predictor of positive perceptions, with self-efficacy and behavioural intentions also making significant contributions. Ultimately, the study identifies a systematic opportunity-reality divergence in which prospective teachers overestimate institutional support. This pattern reframes the local policy problem: the barrier to STEM implementation in Pakistan is not insufficient teacher motivation, but the structural absence of the enabling conditions that motivated teachers assume exist.

یکی از فرض‌های بنیادی در به‌کارگیری نظریه رفتار برنامه‌ریزی‌شده آجزن (TPB) در آموزش معلمان STEM این است که کنترل رفتاری ادراک‌شده توسط معلمان آینده‌نگر، بازتاب‌دهنده شرایط واقعی تسهیل‌کننده در محیط نهادی آن‌ها است. این پژوهش به‌صورت تجربی این فرض را در زمینه‌ی ادغام STEM در کراچی، پاکستان، که یکی از کمتر مطالعه‌شده‌ترین بسترهای شهری آموزش معلمان در جنوب آسیا است، مورد آزمون قرار می‌دهد. با استفاده از طرح پژوهش ترکیبی تبیینی متوالی، از ۳۱۰ معلم آینده‌نگر پرسش‌نامه به‌عمل آمد و با ۱۵ مدرس معلم مصاحبه شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که اگرچه معلمان آینده‌نگر نگرش‌های بسیار مثبتی نسبت به آموزش یکپارچه STEM و فرصت‌های موجود داشتند، مدرسان معلم به‌طور مداوم گزارش کردند که زیرساخت واقعی STEM، مانند آزمایشگاه‌ها، ابزارهای دیجیتال و زمان برنامه‌ریزی میان‌رشته‌ای، به‌طور قابل‌توجهی محدودتر است. افزون بر این، دانش آموزش STEM به‌عنوان قوی‌ترین پیش‌بینی‌کننده نگرش‌های مثبت ظاهر شد و خودکارآمدی و نیت‌های رفتاری نیز سهم معناداری داشتند. در نهایت، این پژوهش یک واگرایی نظام‌مند میان فرصت و واقعیت را شناسایی می‌کند که در آن معلمان آینده‌نگر حمایت نهادی را بیش از حد برآورد می‌کنند. این الگو مسئله سیاست‌گذاری محلی را بازتعریف می‌کند: مانع اجرای STEM در پاکستان، کمبود انگیزه معلم نیست، بلکه فقدان ساختاری شرایط تسهیل‌کننده‌ای است که معلمان باانگیزه فرض می‌کنند وجود دارد.

A foundational assumption in applying Ajzen's Theory of Planned Behavior (TPB) to STEM teacher education is that prospective teachers' perceived behavioural control reflects the actual enabling conditions of their institutional environment. This study tests that assumption empirically in the context of STEM integration in Karachi, Pakistan, one of the most understudied urban teacher education landscapes in South Asia. Using an explanatory sequential mixed-methods design, we surveyed 310 prospective teachers and interviewed 15 teacher educators. Findings reveal that while prospective teachers held strongly positive perceptions of integrated STEM education and available opportunities, teacher educators consistently reported that actual STEM infrastructure, such as laboratories, digital tools, and interdisciplinary planning time, is substantially more limited. Furthermore, knowledge of STEM education emerged as the strongest predictor of positive perceptions, with self-efficacy and behavioural intentions also making significant contributions. Ultimately, the study identifies a systematic opportunity-reality divergence in which prospective teachers overestimate institutional support. This pattern reframes the local policy problem: the barrier to STEM implementation in Pakistan is not insufficient teacher motivation, but the structural absence of the enabling conditions that motivated teachers assume exist.

یکی از فرض‌های بنیادی در به‌کارگیری نظریه رفتار برنامه‌ریزی‌شده آجزن (TPB) در آموزش معلمان STEM این است که کنترل رفتاری ادراک‌شده توسط معلمان آینده‌نگر، بازتاب‌دهنده شرایط واقعی تسهیل‌کننده در محیط نهادی آن‌ها است. این پژوهش به‌صورت تجربی این فرض را در زمینه‌ی ادغام STEM در کراچی، پاکستان، که یکی از کمتر مطالعه‌شده‌ترین بسترهای شهری آموزش معلمان در جنوب آسیا است، مورد آزمون قرار می‌دهد. با استفاده از طرح پژوهش ترکیبی تبیینی متوالی، از ۳۱۰ معلم آینده‌نگر پرسش‌نامه به‌عمل آمد و با ۱۵ مدرس معلم مصاحبه شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که اگرچه معلمان آینده‌نگر نگرش‌های بسیار مثبتی نسبت به آموزش یکپارچه STEM و فرصت‌های موجود داشتند، مدرسان معلم به‌طور مداوم گزارش کردند که زیرساخت واقعی STEM، مانند آزمایشگاه‌ها، ابزارهای دیجیتال و زمان برنامه‌ریزی میان‌رشته‌ای، به‌طور قابل‌توجهی محدودتر است. افزون بر این، دانش آموزش STEM به‌عنوان قوی‌ترین پیش‌بینی‌کننده نگرش‌های مثبت ظاهر شد و خودکارآمدی و نیت‌های رفتاری نیز سهم معناداری داشتند. در نهایت، این پژوهش یک واگرایی نظام‌مند میان فرصت و واقعیت را شناسایی می‌کند که در آن معلمان آینده‌نگر حمایت نهادی را بیش از حد برآورد می‌کنند. این الگو مسئله سیاست‌گذاری محلی را بازتعریف می‌کند: مانع اجرای STEM در پاکستان، کمبود انگیزه معلم نیست، بلکه فقدان ساختاری شرایط تسهیل‌کننده‌ای است که معلمان باانگیزه فرض می‌کنند وجود دارد.