Mühendislik Dizayn Süreci’nin Aşamaları

Mühendislik dizayn süreci sistematik bir problem çözme yaklaşımıdır (Green, 2012). Mühendislik dizayn süreci belli bir problem etrafında problemin veya hedeflerin belirlenmesi, problemle ilgili gerekli araştırmaların yapılarak bilgilerin toplanma sı, uygulanabilir çözümlerin oluşturulması ve çözümlerin analiz edildikten sonra prototipin belirlenerek test edilmesi aşamalarından oluşmaktadır (Katehi vd., 2009).

Literatür taraması sonucunda mühendislik dizayn sürecinin farklı aşamalardan oluştuğu görülmektedir. Genel anlamda literatürde dikkate alındığında mühendislik dizayn sürecinin 8 aşamada gerçekleştiğini söylemek doğru olacaktır. Bu süreçlere Şekil 2.1‟de yer verilmiştir.

Mühendislik dizayn süreçlerinin öğrencilerin bilimsel süreç becerilerini geliştirmede etkili olması; bilimsel süreç becerileri ile aynı aşamaları içinde barındırmasından kaynaklanmaktadır. Bilimsel araştırma ile mühendislik dizayn süreci birbirinden farklı olmasına rağmen, bu benzer özellikleri nedeniyle birbiriyle karıştırılmaktadır.

31

Şekil 2.1. Mühendislik dizayn süreci. “The engineering design process as a problem solving and learning tool in K- 12 classrooms” Mangold, J. ve Robinson, S., 2013, 120th

ASEE Annual Conference & Exposition, Atalanta.

http://escholarship.org/uc/item/8390918m sayfasından erişimiştir.

Next Generation Science Standarts (NGSS) (2013) çalışmasında mühendisliği bir dizayn süreci olarak ortaya koymuştur. Bunun yanında mühendislik ve fen uygulamaları karşılaştırmalı olarak aşağıdaki tabloda sunulmuştur. Fen ve mühendislik uygulamaları, benzer yönleri olsa da birbirinden farklıdır (Bozkurt, 2014). Örneğin, mühendisler problem ve dizayn çözümlerini belirlerken bilim adamları doğal olayları açıklar ve sorular sorarlar (Bkz. Tablo 2.4.).

Tablo 2.4

Fen ve Mühendislik Uygulamalarını Karşılaştırılması

Fe n Mühendislik

1. Soru Sorma ve Problemlerin Tanımlanması Fen, “ Gökyüzü neden mavidir?” veya “ Kansere ne neden olur?” gibi bir olgu ile ilgili bir soruyla başlar ve bu tür sorulara cevap verecek açıklayıcı cevaplar veren teorileri geliştirmeye çalışır. Bilim insanın temel pratiklerinden biri olgu hakkında ampirik olarak cevaplanabilir sorular oluşturmak, önceden bilinenleri ortaya koymak ve henüz hangi soruların tatmin edici bir şekilde cevaplanmadığını belirlemektir.

Mühendislik, çözülmesi gereken bir mühendislik sorun una işaret eden bir problem, ihtiyaç veya istekle başlar. Ülkenin fosil yakıtlara bağımlılığını azaltmak, geliştirilmiş güneş hücreleri ile alternatif güç üreten cihazlar oluşturma gibi birçok mühendislik problemi üretebilir. Mühendisler, mühendislik sorununu tanımlamak için sorular sorar, başarılı bir çözüm için kriterleri belirler ve sınırlılıkları tanımlarlar. 2. Model GeliĢtirme ve Kullanma

Fen genellikle doğal bir olguyu açıklaya bilmek için çok çeşitli model ve simülasyonların oluşturulmasını ve kullanımını içerir. Modeller gözlenebilenlerin ötesine geçmede ve henüz görülmemiş bir dünya hayal etmemizde

Mühendislikte, hataların nerede meydana geldiğini veya yeni bir problemin olası çözümlerini test etmek için mevcut sistemleri analiz edecek modeller ve simülasyonlardan yararlanır. Mühendisler aynı zamanda önerilen sistemleri test

32

yardımcı olur. Modeller, hipotetik açıklamaları test etmek için “ ise…..o zaman ….. Bu nedenle..” yapısının tahminini mümkün kılar.

etmek kendi tasarımlarını güçlü ve zayıf yönlerini anlamak için çeşitli modellere başvur urlar.

3. AraĢtırmaların Planlanması ve Uygulanması Bilimsel araştırma, sahada ya da laboratuarda yapılabilir. Bir bilim insanın en önemli işi sistematik bir araştırma planlamak ve uygulamaktır. Bu neyin kaydedileceğini ve dur um uy gunsa neyin bağımlı neyin bağımsız değişken olduğunu belirlemeyi ( değişkenlerin kontrolü) içerir. Gözlemler ve bu tür çalışmayla toplanan veriler mevcut kuramları ve açıklamaları test etmek için veya gözden geçirip yeni kuramlar oluşturmak için kullanılır.

Mühendisler, araştırmayı hem tasarım kriterini veya parametreleri belirlemek için gerekli olan veriyi elde etmek hem de kendi tasarımlarını test etmek için kullanır. Bilim insanları gibi, mühendisler de ilgili değişkenleri belirlemeli, nasıl test edileceklerine karar vermeli ve analiz için veri toplamalıdır. Araştırmaları onların tasarımlarının bir dizi koşul altında ne kadar etkin, etkili ve sağlam olduğunu belirlemelerine yardımcı olur.

4. Ve rinin Analiz i ve Yoru mlanması

Bilimsel araştırma anlam çıkartabilmek için analiz edilmesi gerek veriler üretir. Veriler kendilerini anlatmadıkları için bilim insanları veri içindeki önemli özellikleri ve desenleri belirlemek için tablo haline getirme, grafik yorum, görselleştirme ve istatistiki analiz gibi bir dizi araçlar kullanırlar. Hata kaynakları belirlenir ve kesinlik derecesi hesaplanır. Modern teknoloji büyük veri setlerinin toplanmasını kolaylaştırır ve böylece analiz için birçok ikincil analiz kaynağı sunar.

Mühendisler, tasarımlarını ve araştırmalarını test etmede toplanan veriyi analiz eder. Bu onların farklı çözümleri karşılaştırmasını ve her birinin belli tasarım kriterini ne kadar iyi karşıladığını belirlemesini sağlar. Yani, kısıtlılıklar göz önüne alındığında sorunu hangi tasarımın en iyi çözdüğünü belirler. Bilim insanları gibi mühendisler de önemli yapıları belirlemek ve sonuçları yorumlamak için bir dizi araca ihtiyaç duyar.

5. Matematiği ve Hesaplama DüĢüncesinin Kullanılması Bilim de, matematik ve hesaplama fiziksel değişkenleri ve ilişkilerini sunmak için temel araçlardır. Simülasyon oluşturma, veriyi istatistiki olarak analiz etmek, nicel ilişkileri tanıma, açıklama ve uygulama gibi çeşitli görevler için kullanılır. Matematik ve hesaplama yaklaşımları fiziksel sistemlerin davranışları, tahmin etmeyi ve bu tür tahminlerin test edilmesini sağlar. Dahası, istatistiki teknikler yapıların ve korelasyonların değerlendirilmesinde çok değerli tekniklerdir.

Mühendislikte, oluşmuş ilişkiler ve prensiplerin matematiksel ve hesapsal sunumları tasarımın ayrılmaz parçasıdır. Örneğin, yapısal mühendisler kullanımın beklendik streslerine karşı ayakta kalıp kalamayacağını ve kabul edilebilir bütçelerle tamamlanıp tamamlanamayacağının hesaplaması için tasarımların matematik tabanlı analizleri oluştururlar. Bun un ötesinde, tasarımların simülasyon tasarımların geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için iyi bir test ortamı sunar.

6. Açıklamaları OluĢturmak ve Çözümleri Tasarlama Bilimin hedefi, doğal dünyanın özelliklerinin açıklayıcı hesaplarını sunabilecek teorilerin oluşturulmasıdır. T eori, diğer açıklamalara göre açıkladığı olgunun kapsamı ve açıklamadaki tutarlılığı bakımından daha üstün olduğu zaman kabul edilir. Bilimsel açıklamalar bir teorinin bir duruma ya da olguya m uhtemelen incelenmekte olan sisteme dair teoriye dayalı bir model aracılığıyla açık bir şekilde uygulanmasıdır. Öğrencilerin hedefi bir olguya dair mantıksal olarak tutarlı, fenle ilgili mevcut anlayışlarıyla veya o olguyu temsil eden bir modelle bütünleşen açıklamalar geliştirmektir.

Mühendislik sorunlarını çözmek için sistemli bir süreç olan mühendislik tasarımı, bilimsel bilgi veya materyal dünya modellerine dayalıdır. Önerilen her bir çözüm, istenilen işlevlerin, teknolojik fizibilitenin, maliyet, güvenlik, estetik ve yasal düzenlemelere uygunluk gibi bir biriyle yarışan kriterlerin bir den geleme sürenin sonucudur. Genel tek ve en iyi çözüm değil bir dizi çözüm vardır. Hangisinin optimal seçenek olduğu değerlen dirmede kullanılan kriterlere bağlıdır. 7. Kanıttan Ġddiada Bulunmaya GeçiĢ

Fende, bir mantık yürütme dizininin kuvvetli ve zayıf yönlerini belirlemede ve doğal bir olgu için en iyi açıklamayı bulmak için mantık yürütme ve argüman temeldir. Bilim adamları açıklamalarını sav unmalı, sağlam veri temeline dayalı kanıt sunmalı, kanıt ışığında ve başkalarının yorumlarına bakarak kendi anlayışlarını incelemeli ve araştırılan olgu için en iyi açıklamayı bulmak için meslektaşlarıyla işbirliği yapar.

Mühendislikte mantık yürütme ve iddiada bulunma bir soruna yönelik en iyi çözümü gereklidir. T asarım sürecinde mühendisler, meslektaşlarıyla işbirliği yapar ve bu süreçte en kritik aşama yarışan fikirler arasında en çok gelecek vadeden çözümün seçilmesidir. Mühendisler alternatifleri değerlen dirmek, test verisine dayalı kanıt oluşturmak, başkalarının fikirlerini eleştirel olarak değerlendirmek için sistemli yöntemler kullanırlar ve eldeki soruna en iyi çözümü bulmak için tasarımlarını gözden geçirirler.

8. Bilgiyi Elde Etme, Değerlendirme ve Ġletme Bilim insanları bulgularını açık ve ikan edici bir şekilde aktaramadığı veya başkalarının bulgularını öğrenemediği dur umlarda bilim ilerleyemez. Bu nedenle bilimin önemli faaliyetlerinde biri de sözlü veya yazılı olarak tablolar, şekiller, diyagramlar, grafikler ve eşitlikler kullanarak ve meslektaşlarıyla uzun uzadıya tartışmalar yaparak fikirlerin ve araştırma sonuçlarının aktarılmasıdır. Bilim, bilimsel metinlerden anlam çıkarmayı ( makale, Internet, sempozyum ve dersler gibi), bu yolla elde edilen bilginin bilimsel geçerliliğini değerlendirmeyi ve bu bilgi entegre etmeyi içerir.

Mühendisler, kendi tasarımlarının avantajlarını açık ve ikna edici bir şekilde ifade etmezlerse, yeni veya iyileştirilmiş teknoloji üretemezler. Mühendisler, tablo, grafik, çizim veya modeller kullanarak sözlü veya yazılı olarak ve meslektaşlarıyla uzun uzadıya tartışmalara girerek fikirlerini ifade edebilmelidir. Dahası, bilim insanları gibi meslektaşlarının metinlerinden anlam çıkarmak, bilgiyi değerlen direbilmeli ve onu faydalı bir şekilde uygulayabilmelidir. Mühendislikte olduğu gibi bilimde de, işbirliği ve iletişim olasılıklarını arttıran yeni teknolojiler rutin bir şekilde ortaya çıkmaktadır.

Not: Fen ve Mühendislik uygulama süreçlerinin karşılaştırılması. “ Design, Make, Play: Growing the next generation of STEM innovators” Honey & Kanter, 2013, New Yo rk, NY: Routledge kaynağından alın mıştır.

33