STEM teachers

This study aims to systematically model the enablers shaping STEM teachers’ critical-thinking abilities (CTAs) by employing a hybrid FAHP–ISM–MICMAC framework. Following a rigorous stages screening process based on a comprehensive literature review and expert validation, 20 key enablers were identified. ISM was applied to establish hierarchical relationships, while MICMAC analysis classified them according to their driving and dependence power, and weighted them using FAHP to address ambiguity. The conclusions reveal a complex impact: enablers demonstrate high perceived importance; the ISM hierarchy indicates that only the enabler “Effective Professional Approach” is considered extremely fundamental, further verified by a MICMAC analysis that classifies them into high-driving, low-dependence, which hold the entire system steady. FAHP analysis indicates that “Curriculum & Digitalization” has the most significant weight (0.3216). This study provides a systematic structure that helps the STEM education sector (STEMES) develop teacher professionals to strengthen CTAs, specifically in the Pakistani context.

هدف این پژوهش، مدل‌سازی نظام‌مند عوامل تسهیل‌کننده شکل‌دهنده توانایی‌های تفکر انتقادی معلمان STEM (CTAs) با به‌کارگیری چارچوب ترکیبی FAHP–ISM–MICMAC است. پس از یک فرایند غربالگری دقیق مبتنی بر مرور جامع ادبیات و اعتبارسنجی توسط خبرگان، ۲۰ عامل کلیدی شناسایی شد. روش ISM برای تعیین روابط سلسله‌مراتبی به‌کار رفت، در حالی که تحلیل MICMAC آن‌ها را بر اساس قدرت محرک و وابستگی طبقه‌بندی کرد و با استفاده از FAHP برای رفع ابهام، وزن‌دهی انجام شد. نتایج نشان‌دهنده تأثیر پیچیده‌ای است: عوامل تسهیل‌کننده از اهمیت ادراک‌شده بالایی برخوردارند؛ سلسله‌مراتب ISM نشان می‌دهد که تنها عامل «رویکرد حرفه‌ای مؤثر» به‌عنوان بنیادی‌ترین عامل تلقی می‌شود که این موضوع با تحلیل MICMAC نیز تأیید شد و آن را در دسته عوامل با قدرت محرک بالا و وابستگی پایین قرار داد که کل سیستم را پایدار نگه می‌دارند. تحلیل FAHP نشان می‌دهد که «برنامه درسی و دیجیتالی‌سازی» دارای بیشترین وزن (0.3216) است. این پژوهش ساختاری نظام‌مند ارائه می‌دهد که به بخش آموزش STEM (STEMES) کمک می‌کند تا حرفه‌ای‌گری معلمان را برای تقویت CTAs، به‌ویژه در زمینه پاکستانی، توسعه دهد.

Teacher education and professional development (PD) are central institutional mechanisms for strengthening instructional quality, yet their relevance may differ for teachers working within versus outside their formal fields of preparation. Using questionnaire data from 1,324 mathematics, science, and technology teachers participating in the Programme for International Student Assessment (PISA) 2022, this study examines associations between teacher preparation, PD, employment conditions, and instructional practices designed to foster critical thinking, problem solving, knowledge transfer, and self-regulated learning. Results indicate that pedagogically oriented PD, particularly learning focused on curriculum and classroom practice, is positively associated with greater use of higher-order instructional practices among both in-field and out-of-field teachers. Among out-of-field teachers, advanced academic qualifications are additionally associated with greater emphasis on higher-order instructional practices, challenging assumptions that teaching outside one’s field of preparation necessarily constrains instructional quality. Differences by contract status further suggest that employment conditions afford opportunities to enact these practices. Collectively, the findings extend research on out-of-field teaching by demonstrating that teacher learning opportunities and organizational conditions matter more for instructional practice than field alignment alone. The study offers policy-relevant evidence for designing teacher education, PD, and employment supports for increasingly diverse STEM teaching workforces.

آموزش معلمان و توسعه حرفه‌ای (PD) از مکانیزم‌های نهادی اصلی برای تقویت کیفیت تدریس به‌شمار می‌روند، اما اهمیت آن‌ها ممکن است برای معلمانی که در حوزه تخصصی خود یا خارج از آن فعالیت می‌کنند، متفاوت باشد. این پژوهش با استفاده از داده‌های پرسشنامه‌ای ۱۳۲۴ معلم ریاضی، علوم و فناوری که در برنامه ارزیابی بین‌المللی دانش‌آموزان (PISA) 2022 شرکت کرده‌اند، به بررسی ارتباط بین آمادگی معلمان، توسعه حرفه‌ای، شرایط استخدامی و شیوه‌های تدریس طراحی‌شده برای تقویت تفکر انتقادی، حل مسئله، انتقال دانش و یادگیری خودتنظیمی می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که توسعه حرفه‌ای با رویکرد آموزشی، به‌ویژه یادگیری متمرکز بر برنامه درسی و عمل کلاسی، با استفاده بیشتر از شیوه‌های تدریس سطح‌بالا در میان معلمان درون‌حوزه و برون‌حوزه ارتباط مثبت دارد. در میان معلمان برون‌حوزه، مدارک تحصیلی پیشرفته نیز با تأکید بیشتر بر شیوه‌های تدریس سطح‌بالا همراه است و این امر فرضیات مربوط به اینکه تدریس خارج از حوزه تخصصی لزوماً کیفیت تدریس را محدود می‌کند، به چالش می‌کشد. تفاوت‌ها بر اساس وضعیت قرارداد استخدامی نیز نشان می‌دهد که شرایط شغلی فرصت‌هایی برای اجرای این شیوه‌ها فراهم می‌کند. در مجموع، یافته‌ها پژوهش‌ها درباره تدریس برون‌حوزه را گسترش داده و نشان می‌دهد که فرصت‌های یادگیری معلمان و شرایط سازمانی برای شیوه تدریس اهمیت بیشتری نسبت به هم‌راستایی حوزه تخصصی دارند. این مطالعه شواهد سیاست‌محور برای طراحی آموزش معلمان، توسعه حرفه‌ای و حمایت‌های استخدامی برای نیروی کار متنوع‌تر معلمان STEM ارائه می‌دهد.

This article reports the design and post-only transnational evaluation of the role of energy in sustainability, a module developed in the acaSTEMy teacher academy project for pre-service and in-service Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teachers. Grounded in education for sustainable development, sustainability competence, energy literacy, systems thinking, circular economy, regenerative agriculture, transformative learning, and teacher professional development, the module aimed to make sustainability an integrative framework for STEM teaching. The study does not test pedagogical effectiveness or learning gains; it examines teachers’ perceived acceptability, usefulness, satisfaction, and applicability after implementation. Quantitative ratings and open-ended responses from heterogeneous participant profiles in Estonia, Finland, and Croatia show broadly positive perceptions, with differences concentrated especially in organization and applicability. Estonia’s in-service science teachers emphasize practical classroom transfer, Finland’s preservice education students emphasize dialogic learning and atmosphere while requesting clearer structure, and Croatia’s in-service STEM teachers emphasize systems-oriented reflection together with the need for local examples and conceptual scaffolding. The findings are interpreted as implementation evidence for sustainability-oriented STEM teacher education guidelines: retaining a common theoretical core while adapting examples, terminology, pacing, coordination, and classroom applications to participant profiles and local contexts.

این مقاله به طراحی و ارزیابی فراملی پس از اجرا درباره نقش انرژی در پایداری می‌پردازد؛ واحد درسی‌ای که در پروژه آکادمی معلمان acaSTEMy برای معلمان علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) پیش‌خدمت و شاغل توسعه یافته است. این واحد بر مبنای آموزش برای توسعه پایدار، شایستگی پایداری، سواد انرژی، تفکر سیستمی، اقتصاد چرخشی، کشاورزی احیاگر، یادگیری تحول‌آفرین و توسعه حرفه‌ای معلمان طراحی شده و هدف آن تبدیل پایداری به چارچوبی یکپارچه برای آموزش STEM بوده است. این مطالعه اثربخشی آموزشی یا میزان یادگیری را نمی‌سنجد؛ بلکه به بررسی ادراک معلمان از مقبولیت، سودمندی، رضایت و قابلیت کاربرد پس از اجرا می‌پردازد. ارزیابی‌های کمی و پاسخ‌های باز از شرکت‌کنندگان با ویژگی‌های متنوع در استونی، فنلاند و کرواسی نشان‌دهنده برداشت‌های عمدتاً مثبت است، هرچند تفاوت‌ها عمدتاً در سازماندهی و قابلیت کاربرد متمرکز است. معلمان علوم شاغل استونی بر انتقال عملی به کلاس درس تأکید دارند؛ دانشجویان آموزش معلمی فنلاند بر یادگیری گفت‌وگومحور و فضای آموزشی تأکید داشته و ساختار شفاف‌تر را درخواست کرده‌اند؛ و معلمان STEM شاغل کرواسی بر بازتاب سیستمی همراه با نیاز به مثال‌های بومی و چارچوب مفهومی تأکید می‌کنند. یافته‌ها به عنوان شواهدی برای اجرای راهنماهای آموزش معلمان STEM با رویکرد پایداری تفسیر می‌شود: حفظ هسته نظری مشترک در کنار تطبیق مثال‌ها، اصطلاحات، سرعت، هماهنگی و کاربردهای کلاسی با ویژگی‌های شرکت‌کنندگان و زمینه‌های محلی.

Educational psychology plays a critical role in preparing future Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) teachers by supporting evidence-based instructional practices and the development of transversal competencies. This study evaluates the effectiveness of Educational Psychology in a STEM Fields module developed within the Erasmus+ academy for STEM teachers project for preservice science teachers. A quantitative single-group pre-test–post-test quasi-experimental design is employed with 54 participants. The blended 4-week module integrates face-to-face and online learning activities focusing on educational psychology, teacher proactivity, time management, and collaborative work. The results indicate a statistically significant improvement in participants’ transversal STEM competencies following the intervention, with no significant gender differences observed. Descriptive findings further show notable improvements in inclusive instructional design, educational psychology-based decision-making, and collaborative learning. Participants also report high levels of self-perceived thematic competence and overall satisfaction with the module. Overall, the findings suggest that integrating educational psychology into STEM teacher education can effectively enhance pre-service teachers’ pedagogical competencies, foster essential transversal skills, and support more inclusive and evidence-informed STEM teaching.

روان‌شناسی تربیتی نقش حیاتی در آماده‌سازی معلمان آینده علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) ایفا می‌کند، از طریق حمایت از شیوه‌های آموزشی مبتنی بر شواهد و توسعه شایستگی‌های عرضی. این پژوهش اثربخشی روان‌شناسی تربیتی در یک ماژول حوزه‌های STEM را که در چارچوب پروژه آکادمی Erasmus+ برای معلمان STEM برای معلمان پیش‌خدمت علوم توسعه یافته است، ارزیابی می‌کند. طرح پژوهش شبه‌آزمایشی تک‌گروهی با پیش‌آزمون و پس‌آزمون به صورت کمی با ۵۴ شرکت‌کننده اجرا شده است. این ماژول ترکیبی چهار هفته‌ای، فعالیت‌های یادگیری حضوری و آنلاین را با تمرکز بر روان‌شناسی تربیتی، پیش‌فعالی معلم، مدیریت زمان و کار گروهی تلفیق می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که پس از مداخله، بهبود معنادار آماری در شایستگی‌های عرضی STEM شرکت‌کنندگان مشاهده شده است و تفاوت معناداری از نظر جنسیت وجود ندارد. یافته‌های توصیفی همچنین بهبود قابل توجهی را در طراحی آموزشی فراگیر، تصمیم‌گیری مبتنی بر روان‌شناسی تربیتی و یادگیری مشارکتی نشان می‌دهد. شرکت‌کنندگان همچنین سطوح بالایی از شایستگی موضوعی ادراک‌شده و رضایت کلی از ماژول را گزارش کردند. در مجموع، یافته‌ها حاکی از آن است که ادغام روان‌شناسی تربیتی در آموزش معلمان STEM می‌تواند به طور مؤثری شایستگی‌های آموزشی معلمان پیش‌خدمت را ارتقا دهد، مهارت‌های عرضی اساسی را تقویت کند و از آموزش STEM فراگیرتر و مبتنی بر شواهد حمایت نماید.

Persistent assessment inequities in linguistically and culturally diverse classrooms necessitate contextually grounded frameworks that advance both academic excellence and educational justice. The study developed, implemented, and evaluated a culturally responsive, equity-driven, and differentiated pedagogical-assessment framework for STEM learning in multilingual and socioeconomically diverse classrooms in Ghana. A convergent parallel mixed-methods design integrated qualitative data (interviews, observations, focus groups) with quantitative measures (pre-post-tests, subscale gains, ANCOVA, and Bayesian analyses). The study involved 210 participants 24 STEM teachers, 6 headteachers, and 180 Primary 4-6 pupils from six public basic schools in Ghana. Quantitative findings revealed statistically significant learning gains across schools and domains. Mean post-test scores increased by 13.96 points (29.12%), with a large overall effect size (Cohen’s d = 1.68; Hedges’ g = 1.89; η ² = 0.79; p < 0.001), indicating strong practical and educational significance. Subscale analyses showed consistent and convergent gains across all framework dimensions, including conceptual mastery (d = 1.72), application of skills (d = 1.67), inclusive strategy use (d = 1.62), opportunity-to-learn (d = 1.59), tiered instruction (d = 1.66), flexible grouping (d = 1.64), linguistic alignment (d = 1.70), and cultural asset integration ( d = 1.69), all demonstrating large effects (d > 1.5). ANCOVA results confirmed significant effects of the intervention across all domains while controlling for pre-test performance, including inquiry-based STEM practices (F = 26.03, p < .001, η²ₚ = 0.10), integrated STEM tasks (F = 19.38, p < .001, η²ₚ = .077), equity-driven instructional practices (η²ₚ = 0.05–0.07), differentiated pedagogical assessment (η²ₚ = 0.04–0.05), and culturally responsive assessment practices (η²ₚ = 0.05–0.06). The pre-test covariate remained significant ( F = 88.21, p < .001, η² = 0.328), indicating the importance of baseline achievement while confirming robust intervention effects Bayesian analyses indicated strong evidential support (posterior probabilities > 0.98; Bayes Factors = 28.1–36.4). Qualitative findings corroborated these results, highlighting increased teacher capacity for culturally relevant task design and improved student engagement and identity affirmation. The study offers empirically grounded guidance for decolonizing STEM assessment in multilingual and underserved contexts.

تداوم نابرابری‌های ارزشیابی در کلاس‌های درس با تنوع زبانی و فرهنگی، چارچوب‌هایی را ایجاب می‌کند که مبتنی بر زمینه بوده و همزمان تعالی علمی و عدالت آموزشی را ارتقا دهند. این پژوهش، چارچوبی پداگوژیک-ارزشیابی مبتنی بر پاسخگویی فرهنگی، عدالت‌محور و تمایزیافته برای یادگیری STEM در کلاس‌های چندزبانه و با تنوع اجتماعی-اقتصادی در غنا توسعه داده، اجرا و ارزیابی کرد. طرح پژوهش آمیخته‌ی همگرا و موازی، داده‌های کیفی (مصاحبه‌ها، مشاهده‌ها، گروه‌های کانونی) را با سنجه‌های کمی (پیش‌آزمون-پس‌آزمون، افزایش زیرمقیاس‌ها، ANCOVA و تحلیل‌های بیزی) تلفیق نمود. شرکت‌کنندگان پژوهش شامل ۲۱۰ نفر (۲۴ معلم STEM، ۶ مدیر مدرسه و ۱۸۰ دانش‌آموز پایه چهارم تا ششم ابتدایی) از شش مدرسه‌ی دولتی در غنا بودند. یافته‌های کمی نشان دادند که افزایش معنادار آماری در یادگیری در سراسر مدارس و حوزه‌ها مشاهده شد. میانگین نمرات پس‌آزمون به میزان ۱۳.۹۶ نمره (۲۹.۱۲٪) افزایش یافت و اندازه‌ی اثر کلی بزرگ بود (d کوهن = ۱.۶۸؛ g هجز = ۱.۸۹؛ η² = ۰.۷۹؛ p < 0.001) که دلالت بر اهمیت عملی و آموزشی قوی دارد. تحلیل زیرمقیاس‌ها، افزایش‌های همگرا و سازگار را در تمامی ابعاد چارچوب نشان داد، از جمله تسلط مفهومی (d = ۱.۷۲)، کاربرد مهارت‌ها (d = ۱.۶۷)، استفاده از راهبردهای فراگیر (d = ۱.۶۲)، فرصت برای یادگیری (d = ۱.۵۹)، آموزش لایه‌بندی‌شده (d = ۱.۶۶)، گروه‌بندی انعطاف‌پذیر (d = ۱.۶۴)، همسویی زبانی (d = ۱.۷۰) و ادغام سرمایه‌ی فرهنگی (d = ۱.۶۹) که همگی اندازه‌ی اثر بزرگ (d > ۱.۵) را نشان دادند. نتایج ANCOVA اثرات معنادار مداخله را در تمامی حوزه‌ها در حالی که عملکرد پیش‌آزمون کنترل شده بود تأیید کرد، از جمله شیوه‌های مبتنی بر پژوهش STEM (F = ۲۶.۰۳، p < .001، η²ₚ = ۰.۱۰)، تکالیف یکپارچه‌ی STEM (F = ۱۹.۳۸، p < .001، η²ₚ = .۰۷۷)، شیوه‌های تدریس عدالت‌محور (η²ₚ = ۰.۰۵–۰.۰۷)، ارزشیابی پداگوژیک تمایزیافته (η²ₚ = ۰.۰۴–۰.۰۵) و شیوه‌های ارزشیابی مبتنی بر پاسخگویی فرهنگی (η²ₚ = ۰.۰۵–۰.۰۶). متغیر همپراش پیش‌آزمون همچنان معنادار باقی ماند (F = ۸۸.۲۱، p < .001، η² = ۰.۳۲۸) که اهمیت پیشرفت پایه را در عین تأیید اثرات قوی مداخله نشان می‌دهد. تحلیل‌های بیزی شواهد قوی (احتمال پسین > ۰.۹۸؛ عوامل بیز = ۲۸.۱–۳۶.۴) را نشان دادند. یافته‌های کیفی این نتایج را تأیید کردند و افزایش ظرفیت معلمان برای طراحی تکالیف مرتبط با فرهنگ و بهبود مشارکت و تأیید هویت دانش‌آموزان را برجسته ساختند. این پژوهش راهنمایی مبتنی بر شواهد برای استعمارزدایی ارزشیابی STEM در زمینه‌های چندزبانه و محروم ارائه می‌دهد.