I DESIGN, PLAY AND LEARN MATHEMATICS WITH 3D PRINTER!

Year 2022, , 566 - 577, 31.12.2022

Gözdegül Arık Karamık

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1211867

Abstract

Game is an important tool both in learning the lessons and in the learning of life itself. Students can adapt to gamification processes and internalize the process. The game, which is an important tool in teaching mathematics, both supports mathematical process skills and helps students learn while having fun. Today, where technology is advancing rapidly day by day, it is important for students to combine technology and games for mathematics learning. The aim of this study is to develop the games that 7th grade students can create on a 3D printer and CNC machine and to reveal which skills this process develops mathematically. Based on this context, sub-problems were determined and the study was prepared with a case study, which is one of the qualitative research methods. The study was carried out with 12 (6 male and 6 female) students studying in Antalya and group was formed with an easily accessible sample. In the study, data were collected with the help of observation form, diagnostic form and focus interview form. The observation form prepared by the researcher was filled in separately for each of the participants for the 6-week implementation period. Before the research, demographic characteristics of the study group, 3D printer and CNC usage information, and game playing habits were collected with the help of a diagnostic form prepared by the researcher. After the research, focus group interviews were held with 6 students. An 8-week session was held with the participants, six of which were practice. The games they want to play were determined and it was discussed how to draw these games with TinkerCAD and CorelDraw programs and what to pay attention to. In each of the six-week period, a game material was developed by the students and products were obtained on the printer and CNC machine. After the application, descriptive and content analysis of the data was carried out. Findings have been obtained that the process of designing the games created by the 7th grade students with the help of a 3D printer and CNC machine improves their association and representation skills, while the process of playing games improves their reasoning and communication skills.

Keywords

3D printer, CNC machine, math teaching, game

3 BOYUTLU YAZICI İLE OYUNUMU TASARLIYORUM, OYNUYORUM VE MATEMATİK ÖĞRENİYORUM

Abstract

Oyun hem derslerin öğrenmesinde hem de hayatın kendisinin öğrenmesinde önemli bir araçtır. Öğrenciler oyunlaştırabilen süreçlere adapte olabilmekte ve süreci içselleştirebilmektedir. Matematik öğretimi içinde önemli bir araç olan oyun hem matematiksel süreç becerilerini desteklemekte hem de öğrencilerin eğlenerek öğrenmelerine yardımcı olabilmektedir. Teknolojinin her geçen gün hızla ilerlediği günümüzde öğrencilerin teknoloji ile oyunu birleştirebilmeleri de matematik öğretimi için önem arz etmektedir. Bu çalışmanın amacı 7.sınıf öğrencilerinin 3 boyutlu (3B) yazıcı ve CNC makinesinde oluşturabilecekleri oyunları geliştirmek ve bu sürecin matematiksel olarak hangi becerileri geliştirdiğini ortaya koymaktır. Bu bağlamdan hareketle alt problemler belirlenmiş olup çalışma nitel araştırma yöntemlerinden durum çalışması deseni ile hazırlanmıştır. Çalışma, Antalya ilinde öğrenim gören 12 (6 erkek ve 6 kız) öğrenci ile gerçekleştirilmiş olup kolay ulaşılabilir örneklemle ile çalışma grubu oluşturulmuştur. Araştırmada veriler gözlem formu, tanılayıcı form ve odak görüşme formu yardımı ile toplanmıştır. Araştırmacı tarafından hazırlanan gözlem formu katılımcıların her biri için 6 haftalık uygulama süreci için ayrı ayrı doldurulmuştur. Araştırma öncesinde çalışma grubunun demografik özellikleri, 3B yazıcı ve CNC kullanım bilgileri ve oyun oynama alışkanlıkları araştırmacı tarafından hazırlanan tanılayıcı form yardımı ile toplanmıştır. Araştırma sonrasında 6 öğrenci ile odak grup görüşmesi gerçekleştirilmiştir. Katılımcılarla altı haftası uygulama olmak üzere 8 haftalık oturum gerçekleştirilmiştir. Oynamak istedikleri oyunlar belirlenmiş ve bu oyunların TinkerCAD ve CorelDraw programları ile nasıl çizilebileceği nelere dikkat edilebileceği tartışılmıştır. Altı haftalık sürecin her birinde birer oyun materyali öğrenciler tarafından geliştirilmiş olup yazıcı ve CNC Tezgâhta ürünler elde edilmiştir. Uygulama sonrasında verilerin betimsel ve içerik analizine gidilmiştir. 7.sınıf öğrencilerinin 3B yazıcı ve CNC tezgâhı yardımı ile oluşturdukları oyunları tasarlama sürecinin ilişkilendirme ve temsil becerisini geliştirdiği, oyun oynama sürecinin ise muhakeme ve iletişim becerisini geliştirdiğine yönelik bulgular elde edilmiştir.

Keywords

3B yazıcı, CNC makinesi, matematik öğretimi, oyun, 3D printer, CNC machine, math teaching, game

References

• 1. Dawood, A., Marti, B. M., Sauret-Jackson, V., Darwood, A., “3D printing in dentistry”, British Dental Journal, Vol.219, Issue 11, Pages 521-529, 2015.
• 2. Zhang, C., Ouyang, D., Pauly, S., Liu, L., “3D printing of bulk metallic glasses”, Materials Science and Engineering, Vol.145, Issue 100625, Pages 1-42, 2021.
• 3. Altunkaynak, D., Duman, B., Çetinkaya, K. “5 Axis 3d printer design and applıcatıon”, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, Vol. 4, Issue. 2, Pages 124–138, 2020.
• 4. Rajabi, M., McConnell, M., Cabral, J., Ali, M. A., “Chitosan hydrogels in 3D printing for biomedical applications.” Carbohydrate Polymers, Vol. 260, Issue 117768, Pages 1-20, 2021.
• 5. Sachyani Keneth, E., Kamyshny, A., Totaro, M., Beccai, L., Magdassi, S., “3D Printing Materials For Soft Robotics.”. Advanced Materials, Vol. 33, Issue 19, Pages 2-17, 2021.
• 6. Gül. M., “Development of 3d printer for use in biomedical engıneering”, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, Vol.2, Issue 3, Pages 85-92, 2018.
• 7. Ford, S., Minshall, T., “Invited review article: Where and how 3D printing is used in teaching and education.” Additive Manufacturing, Vol. 25, Pages 131-150, 2019.
• 8. National Council for Teachers of Mathematics (NCTM), “Principles and standards for school mathematics” Pages 5-35, Reston Publishing, Virginia, 2000.
• 9. MEB (Milli Eğitim Bakanlığı), “İlköğretim matematik dersi öğretim programı ve kılavuzu.” Devlet Kitapları Müdürlüğü, Ankara, 2009.
• 10. MEB (Milli Eğitim Bakanlığı), “Matematik dersi öğretim programı (İlkokul ve ortaokul 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8. sınıflar)”, Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı, Ankara, 2018.
• 11. MEB (Milli Eğitim Bakanlığı), “5, 6, ve 7. Sınıf düzeylerinde beceri temelli sorular”, [Skills-based questions for grades 5, 6, and 7] https://odsgm.meb.gov.tr/www/5-6-ve-7-sinif-duzeylerinde-beceri-temelli-sorular-yayimlanmistir/icerik/491, October 10, 2022.
• 12. Tobias, S., Fletcher, J. D., Wind, A. P., “Game-based learning.” In: Spector, J., Merrill, M., Elen, J., Bishop, M., Handbook of Research on Educational Communications and Technology, Pages 485-503, Springer, New York, 2014. 13. Creswell, J. W., “Educational research: Planning, conducting, and evaluating quantitative”. Pages 224-288, Prentice Hall Upper Saddle River, NJ., 2002.
• 14. Hafner, J., Hafner, P., “Quantitative analysis of the rubric as an assessment tool: an empirical study of student peer‐group rating.”, International. Journal of Science Education, Vol. 25, Issue 12, Pages 1509-1528, 2003.
• 15. Yıldırım, A., Şimşek, H., “Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri”, Sayfa 253-284, Seçkin Yayıncılık, Ankara, 2016.
• 16. Huberman, M., Miles, M. B., “The qualitative researcher's companion.”, Pages 150-178, Sage Publication, New York, 2002.
• 17. Çopur, S., Türkdoğan, A., “3B yazıcı kalem teknolojisinin matematik dersinde uygulanmasından yansımalar”, [Reflections from the Application of 3D Printing Pen Technology in Mathematics Lesson], Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, Cilt 18, Sayı 1, Sayfa 106-136, 2021.
• 18. Burkaz, S., “Fen ve teknoloji öğretiminde üç boyutlu modellerin yapılandırmacı öğrenme ortamında kullanımı”, Yüksek Lisans Tezi, [Application of three-dimensional modelling in the context of constructivist learning in teaching science and technology] [Thesis in Turkish], Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi, Rize, 2012.
• 19. Tural, H., “İlköğretim matematik öğretiminde oyun ve etkinliklerle öğretimin erişi ve tutuma etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, [The effects of teaching mathematics in elemantary school by games and activities on achievement and attitudue] [Thesis in Turkish], Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 2005.
• 20. Ke, F., Grabowski, B., “Gameplaying for maths learning: cooperative or not?”, British journal of educational technology, Vol. 38, Issue 2, Pages 249-259, 2007.
• 21. Ritzhaupt, A., Higgins, H., Allred, B., “Effects of modern educational game play on attitudes towards mathematics, mathematics self-efficacy, and mathematics achievement.” Journal of Interactive Learning Research, Vol. 22, Issue 2, Pages 277-297, 2011.
• 22. Ke, F., “A case study of computer gaming for math: Engaged learning from gameplay?”. Computers & education, Vol. 51 Issue 4, Pages 1609-1620, 2008.
• 23. Erdoğan, A., Çevirgen, A. E., Atasay, M., “Oyunlar ve matematik öğretimi: Stratejik zekâ oyunlarının sınıflandırılması.” [Games and Mathematics Teaching: A Classification of Strategic Brain Games], Uşak Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, Cilt 10, Sayı ERTE Özel Sayısı, Sayfa 287-311, 2017.
• 24. Micallef, J., “Beginning design for 3D printing.”, Pages142-144, A press, New York, 2015.
• 25. Chen, M., Zhang, Y., and Zhang, Y. (2014). “Effects of a 3D printing course on mental rotation ability among 10‐year‐old primary students”, International Journal of Psychophysiology, Vol. 94, Issue 2 Page 240, 2014.
• 26. Easley, W., Buehler, E., Hurst, A., & Salib, G., “Fabricating engagement: Benefits and challenges of using 3D printing to engage underrepresented students in STEM learning”, ASEE Annual Conference and Exposition, Pages 1052-1061, United States, 2017.
• 27. Sun, Y., & Li, Q., “The application of 3D printing in STEM education”, IEEE international conference on applied system invention (ICASI), Pages 1115-1118, Japan, 2018.
• 28. Ma, T., Xiao, X., Wee, W., Han, C. Y., & Zhou, X., “A 3D virtual learning system for STEM education.”, International Conference on Virtual, Augmented and Mixed Reality, Pages 63-72, Berlin, 2014.