Activity Design Principles to Support Engineering Engagement for Families with Preschool-Age Children from Low-Income English-and Spanish-Speaking Communities

Alternate Article Title

Criterios para el diseño de actividades que apoyan a las familias con niños de edad preescolar de comunidades hispanohablantes y angloparlantes y de bajos ingresos a envolverse con la ingeniería

Authors

Scott A. Pattison, TERCFollow
Smirla Ramos Montañez, TERCFollow
Viviana López Burgos, TERCFollow
Gina Svarovsky, University of Notre DameFollow
María Quijano, Metropolitan Family ServiceFollow
Amy Corbett, Metropolitan Family ServiceFollow
Catherine Wagner, University of Notre DameFollow
Diana Contreras, Metropolitan Family ServiceFollow

Author ORCID Identifier

0000-0001-9296-7814

Abstract

Existing evidence highlights the significance of family STEM learning experiences during early childhood. However, there is a lack of research specific to early childhood family-based learning in the field of engineering, especially with preschool-age children (three to five years old). To address this gap and inform engineering education programs for young children, we conducted a design-based research study in collaboration with 15 Spanish-and English-speaking families with preschool-age children from low-income communities. Our study aimed to develop and test a series of family-based engineering design activities while also identifying underlying design principles. Guided by an asset-based family learning framework, which acknowledges the strengths and assets that families bring to STEM learning experiences and recognizes the unique nature of family learning compared to other contexts, we iteratively tested and revised three family-based engineering activities over approximately five months. Data were collected through videos of families interacting with the activities at home as well as postinteraction interviews with parents and caregivers. Based on the iterative testing and retrospective analysis, we identified three overarching design principles: (1) carefully consider the affordances of the activity materials, including open-endedness, flexibility, level of difficulty, and nature of feedback; (2) include narrative contexts and supports that motivate engagement in engineering practices and support user-centered design; and (3) present design challenges that connect with family interests and leverage the ways families naturally orient to the materials. These design principles extend existing research and highlight how educators can support the unique goals and learning practices of families through early childhood engineering education programs.

Alternate Abstract

La evidencia existente destaca la importancia de las experiencias familiares de aprendizaje de STEM durante la primera infancia. Sin embargo, hacen falta investigaciones específicas sobre el aprendizaje familiar en la primera infancia en el campo de la ingeniería, especialmente con niños en edad preescolar (3 a 5 años). Para abordar esta brecha e informar los programas de educación en ingeniería para niños pequeños, llevamos a cabo una investigación basada en diseño (design-based research) en colaboración con 15 familias de bajos ingresos que hablan español y/o inglés. Nuestro estudio tuvo como objetivos desarrollar y probar una serie de actividades familiares enfocadas en el proceso de diseño de ingeniería y, al mismo tiempo, identificar los criterios a seguir para el diseño de estas actividades. Guiados por un esquema de aprendizaje familiar que reconoce las fortalezas y el conocimiento que las familias traen a las experiencias de aprendizaje de STEM y, a la vez, reconoce la naturaleza única del aprendizaje familiar en comparación con otros contextos, probamos y revisamos de manera iterativa tres actividades de ingeniería durante un periodo de 5 meses. Recolectamos datos a través de la grabación de videos de familias interactuando con las actividades en el hogar, y de entrevistas con padres y cuidadores luego de que probaran cada actividad. Basado en pruebas iterativas y un análisis retrospectivo, identificamos tres criterios para el diseño: (1) considerar cuidadosamente las posibilidades de uso de los materiales en la actividad, incluyendo la adaptabilidad, el nivel de dificultad y la información que pueden proveer; (2) incluir contextos narrativos y estrategias de apoyo que motiven la participación en las prácticas de ingeniería y respalden el diseño centrado en el usuario; y (3) presentar desafíos de diseño que se conecten con los intereses familiares y aprovechen las maneras en que las familias se orientan naturalmente hacia los materiales. Estos criterios de diseño expanden las investigaciones actuales y nos demuestran maneras cómo los educadores pueden apoyar objetivos y prácticas de aprendizaje familiares únicas a través de programas de educación en ingeniería durante la primera infancia.

Recommended Citation

Pattison, S. A., Ramos Montañez, S., López Burgos, V., Svarovsky, G., Quijano, M., Corbett, A., Wagner, C., & Contreras, D. (2025). Activity Design Principles to Support Engineering Engagement for Families with Preschool-Age Children from Low-Income English-and Spanish-Speaking Communities. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 15(1), Article 1.
https://doi.org/10.7771/2157-9288.1405