Investigation of the effects of computer-aided animations on conceptual understanding through metaphors: An example of artificial intelligence

Abstract

In this study, it was aimed to investigate the change in the conceptual understanding of "artificial intelligence". For this purpose, the determination of the metaphors related to the concept of artificial intelligence in the stages before and after watching the artificial intelligence-themed computer-aided animation developed within the scope of the study, and the assessment of change between them constituted the research problem. During the 2021-2022 academic year 39 Information Technologies (IT) teachers and 103 fifth grade students studying in a secondary school in Nilüfer District of Bursa participated in this study. A phenomenological design pattern was adopted throughout the research. In the first stage of the study, many concepts were revealed as a result of the questionnaire applied to determine the concepts that were difficult to teach by IT teachers, and among them the concept of "artificial intelligence" was determined. In the second stage of the study, students were asked to complete the statement "Artificial intelligence is like … because ..." to determine the metaphorical perceptions on the concept of artificial intelligence. Based on the themes obtained from the metaphor results, computer-aided animation on the concept of artificial intelligence was developed by the researchers. After the animation demonstration to students, the metaphorical data collection process was repeated and it was attempted to determine the change in the students' understanding of the concept of artificial intelligence. As a result of the study, although the conceptual categories regarding artificial intelligence generally had similar characteristics, it was observed that the justifications in the post-animation conceptual perceptions were more meaningful.

Keywords

• Computer-Aided animation
• Information technologies
• Conceptual understanding
• Metaphor
• Artificial intelligence

References

1. Akkoyunlu, B., & Yılmaz, M. (2005). Türetimci çoklu ortam öğrenme kuramı. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (28), 9-18.
2. Akkoyunlu, B., Altun, A., & Soylu, M. Y. (2008). Öğretim tasarımı. Ankara: Maya Akademi Yayın Dağıtım.
3. Aktaş, A. (2021). Yönetici ve öğretmen görüşlerine göre yapay zekâ: Bir metafor çalışması. In Proceedings of 1.Ulusal Eğitimde Yapay Zekâ Uygulamaları Kongresi. Şanlıurfa, Türkiye.
4. Arıcı, N., & Dalkılıç, E. (2006). Animasyonların bilgisayar destekli öğretime katkısı: Bir uygulama örneği. Kastamonu Eğitim Dergisi, 14(2), 421-430.
5. Aydınalp, Ş. G. I. (2020). Halkla ilişkiler perspektifiyle yapay zekâ (AI). Turkish Studies - Social, 15(4).
6. Batur, Z., & Uygun, K. (2012). İki neslin bir kavram algısı: Teknoloji. Uşak Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 5(1), 74-88.
7. Bayram, K., Özdemir, E., & Koçak, N. (2011). Kimya eğitiminde animasyon kullanımı ve önemi. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, 32, 371-390.
8. Bozüyük, T., Yağci, C., Gökçe, İ., & Akar, G. (2005). Yapay zeka teknolojilerinin endüstrideki uygulamaları, Marmara Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu Elektrik Programı, İstanbul.

9. Burke, K. A., Greenbowe, T. J., & Windschitl, M. A. (1998). Developing and using conceptual computer animations for chemistry instruction. Journal of chemical education, 75(12), 1658.
10. Bülbül O. (2009). Fizik dersi optik ünitesinin bilgisayar destekli öğretiminde kullanılan animasyonların ve simülasyonların akademik başarıya ve akılda kalıcılığa etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Adana.
11. Büyükgöze, S., & Dereli, E. (2019). Dijital sağlık uygulamalarında yapay zeka. VI. Uluslararası Bilimsel ve Mesleki Çalışmalar Kongresi-Fen ve Sağlık, 07-10.
12. Büyüköztürk, Ş., Kılıç Çakmak, E., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş. & Demirel, F. (2017). Bilimsel araştırma yöntemleri (23. Baskı). Ankara: Pegem Akademi Yayınları.
13. Çakiroglu, U., & Yilmaz, H. (2017). Using videos and 3D animations for conceptual learning in basic computer units. Contemporary Educational Technology, 8(4), 390-405.
14. Catrambone, R., & Seay, A. F. (2002). Using animation to help students learn computer algorithms. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society 44(3), 95-511.https://doi.org/10.1518/0018720024497637.
15. Cengiz, S. A (2019). Endüstri 4.0 sürecinin eğitim sistemine yansımaları; Türkiye örneği, Unpublished Master's thesis, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi.
16. Cetintas, E., & Avcu, Y. (2017). Investigating the metaphorical perceptions of high school students towards the concept of robotics. Route Educational and Social Science Journal, 20, 78-98.
17. Cevahir, H., Özdemir, M., & Baturay, M. H. (2022). The effect of animation-based worked examples supported with augmented reality on the academic achievement, attitude and motivation of students towards learning programming. Participatory Educational Research, 9(3), 226-247.
18. Chang, R. C., Chen, L. H., Cheng, T. S., & Chang, H. P. (2008). The junior high school students’ cognitive development on microcosmic particle conceptions with a computer animation assisted instruction. In Proceedings 2nd International Multi-Conference on Society, Cybernetics and Informatics, IMSCI2008 (pp. 1-5).
19. Copeland, B.I. (2021). Artificial intelligence. Retrieved from https://www.britannica.com. Access 20.04.2022.
20. Çelik, E. (2007). Ortaöğretim coğrafya derslerinde bilgisayar destekli animasyon kullanımının öğrenci başarısına etkisi. Doctoral dissertation, Marmara Universitesi, Turkey.
21. Çepni, S. (2007). Araştırma ve proje çalışmalarına giriş, Genişletilmiş 3. Baskı, Trabzon: Celepler Matbaacılık, 310 s.
22. Daşdemir, İ. & Doymuş, K. (2012).Sekizinci sınıf kuvvet ve hareket ünitesinde animasyon kullanımının öğrencilerin akademik başarılarına, öğrenilen bilgilerin kalıcılığına ve bilimsel süreç becerilerine etkisi, Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi, 1(1), 77-8.
23. Daşdemir, İ., & Doymuş, K. (2016). Maddenin yapısı ve özellikleri ünitesinde animasyon kullanımının öğrencilerin akademik başarılarına, hatırda tutma düzeyine ve bilimsel süreç becerilerine etkisi. Bayburt Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(1), 84-101.
24. Demirer, G. M. (2015). Kavram yanılgılarının giderilmesinde simülasyonların etkisinin incelenmesi: Işık ve ses ünitesi örneği, Master's thesis, Kırıkkale Üniversitesi.
25. Dikmenli, Y., Danabaşı, F., Çelik, B. B., & Tekin, Ö. (2018). Effects of animation film use on earthquake knowledge level of 4th grade students. Participatory Educational Research, 5(1), 86-95.
26. Engin, A. O., Tösten, R., & Kaya, M. D. (2010). Bilgisayar destekli eğitim. Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 5(2), 69-80.
27. Flasiński, M. (2016). Symbolic Artificial Intelligence Introduction to Artificial Intelligence (pp. 15-22): Springer.
28. Gana, C. S. (2015). Effects of computer assisted instruction with animation on achievement and retention of students of colleges of education in Quantum Physics. Unpublished PhD Thesis, Department of Science Education, University of Nigeria, Nsukka.
29. Geçit, Y. & Gençer, G. (2011). Sınıf öğretmenliği 1. sınıf öğrencilerinin coğrafya algılarının metafor yoluyla belirlenmesi (Rize Üniversitesi örneği). Marmara Coğrafya Dergisi, (23), 1-19.
30. Gedikoğlu, E., & Semerci, Ç. (2016). Yansıtıcı düşünme etkinlikleri destekli modüler öğretimin 5. sınıf bilişim teknolojileri ve yazılım dersinde öğrencilerin akademik başarılarına etkisi. Fırat Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 26(2), 151-162.
31. Güllü, O. (2021). Yükseköğretimde dijitalleşme, Doctoral dissertation, Marmara University, Turkey.
32. Hannafin, M.J.& Peck, K.L.(1989). The design, development and evaluation of instructional software. New York/London.
33. Harikrishnan, & Vitus, G. J. (2021). Perspectives on higher education. Orange Books Publication.
34. İmamoğlu, Ö. Ü. A. (2018). Coğrafya eğitiminde animasyon, sanal gerçeklik ve artırılmış gerçeklik uygulamaları. Internatıonal Geography Educatıon Symposıum, 33, Niğde, Türkiye.
35. İşbulan, O., Arslan, E., Alkaya, E., & Selvi, G. (2020). Eğitim Bilişim Ağı’nda (Eba) yer alan çoklu ortam uygulamalarının çoklu ortam öğrenme ilkeleri açısından değerlendirilmesi. Pesa Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 6(2), 182-196.
36. Jawad, H. M., Tout, S., Abualkibash, M., & Xie, Y. (2018). Integrating art and animation in teaching computer programming for high school students experimental study. In 2018 IEEE International Conference on Electro/Information Technology (EIT) (pp. 0311-0317). IEEE.
37. Jonassen, D. H. (2000). Computers as mindtools for schools: Engaging critical thinking (2nd ed). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
38. Joseph (2019). Artificial intelligence in education: Uses and applications. Retrevied from https://robots.net/ai/artificial-intelligence-in-education-uses-and-applications. Access: 22.01.2022.
39. Kafalı, H. (2019). Yapay zekâ, toplum ve Din’in geleceği. Ondokuz Mayıs Üniversitesi İlahiyat Fakültesi Dergisi, (46), 145-172.
40. Kalimuthu, I. (2017). Improving understanding and reducing secondary school students’ misconceptions about cell division using animation-based instruction. In overcoming students' misconceptions in science (pp. 283-306). Springer, Singapore.
41. Kaminski, J. (2007). Use ADDIE to design online courses. Retrieved from Nursing-informatics.com. Access: 25.03.2022.
42. Kaplan, J. (2016). Artificial intelligence: What everyone needs to know. Oxford University Press.
43. Karal, E. & Turan, M. (2021). Hekime tanı koymada yardımcı, yapay zekâ destekli hastalık tespit uzmanı. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (26), 100-116.
44. King, K. (2019). Using Artificial Intelligence in Marketing: How to harness AI and maintain the competitive edge. Kogan Page Publishers.
45. Kozma, R. B. (1991), Learning with media. Review of Educational Research, 61 (2), 179-211.
46. Kurt, E. (2018). Altıncı sınıf Türkçe dersi kavram öğretiminde animasyon ve hikâye kullanımının başarıya etkisi (Yayınlanmamış doktora tezi). Karadeniz Teknik Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
47. Lakoff, G. & Johnson, M. (1980). Metaphors we live by Chicago: The University of Chicago Press.
48. Liebowitz, J. (2001). Knowledge management and its link to artificial intelligence. Expert systems with applications, 20(1), 1-6.
49. Liu, T. C., Lin, Y. C., Hsu, C. Y., Hsu, C. Y., & Paas, F. (2021). Learning from animations and computer simulations: Modality and reverse modality effects. British Journal of Educational Technology, 52(1), 304-317.
50. Luckin, R. (2017). Towards artificial intelligence-based assessment systems. Nature Human Behaviour, 1(3), 1-3.
51. Mahmoud El-Bassuony, J. (2016). A program based on song lyrics and animation movies to develop English oral reading fluency skills of pre-service teachers. مجلة دراسات في المناهج وطرق التدريس, 212(212), 1-46.‎
52. Mayer, R.E. (2001). Multimedia learning. Cambridge, UK: Cambridge University Press.
53. McGriff, S. J. (2000), Instructional system design (ISD): Using the ADDIE model. Retrived from http://www.personal.psu.edu/faculty/s/j/sjm256/portfolio/kbase/IDD/ADDIE.pdf.Access: 15.03.2022.
54. Miles, M. B. & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis. Thousand oaks, CA: Sage.
55. Merriam, S. B. (2013). Nitel araştırma desen ve uygulama için bir rehber (Çev. Turan, S.). Ankara: Nobel
56. Yayıncılık.
57. Nemati, H. R., Steiger, D. M., Iyer, L. S. & Herschel, R. T. (2002). Knowledge warehouse: an architectural integration of knowledge management, decision support, artificial intelligence and data warehousing. Decision Support Systems, 33(2), 143-161.
58. Nitin, P., & Abdussalam, A. (2015). Impact of 3-D animation assisted practical teaching in Nursing Students. Journal of Education Technology in Health Sciences, 2(3), 90-93.
59. Oxford Reference (2021). Retrieved from https://www.oxfordreference.com/search?q=artificial+intelligence& searchBtn=Search&isQuickSearch=true. Access: 13.01.2022.
60. Özcan, M. F., & Kılıç-Kırbaşoğlu, L. (2017). The efects of animation supported 5e model on teaching “ındicative and subjunctive moods” in 7th grade turkish lesson. Universal Journal of Educational Research, 5(12B), 58–70.
61. Özkaya, İ. (2020). Yapay zeka özellikli sistemlerin mühendisliğinde gerçekten farklı olan nedir? IEEE Yazılımı, 37 (4), 3-6.
62. Pala, A. (2020). Eğitim ve yapay zeka. In Bakırtaş, H. & Çavuşoğlu, S. (Ed.) Yapay Zeka Disiplinleri Dönüştürüyor Değişime Hazır Mıyız?. Ekin Yayınevi.
63. Papert, S. (1996). A word for learning. In Y. Kafai & M. Resnick (Eds.), Constructionism in practice: Designing, thinking and learning in a digital world. (pp. 9-24). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum.
64. Pekdag, B. (2010). Kimya öğretiminde alternatif yollar: Animasyon, simulasyon, video ve multimedya ile öğrenme. Turk Fen Eğitimi Dergisi, 7(2), 79-110.
65. Putro, S. C., Jiono, M., Nuraini, N. P., & Fam, R. (2021). Development of statistics teaching materials using augmented reality to reduce misconception. In 2021 7th International Conference on Electrical, Electronics and Information Engineering (ICEEIE) (pp. 151-156). IEEE.
66. Raji, B. (2019). Significance and challenges of computer assisted education programs in the UAE: A case study of higher learning and vocational education. Education and Information Technologies, 24(1), 153-164.
67. Republic of Turkey, the Presidency of Strategy and Budget (2019). On Birinci Kalkınma Planı (2019 - 2023), Strateji ve Bütçe Başkanlığı Yayınları, Ankara. Retrevied from https://www.sbb.gov.tr/wp-content/uploads/2022/07/On_Birinci_Kalkinma_Plani-2019-2023.pdf Access:10.02.2022.
68. Reynoso, R. (2019). A complete history of artificial intelligence. Learning Hub. Retrieved February 3, 2020.
69. Rouhiainen, L. (2019). How AI and data could personalize higher education. Harvard Business Review, 14.
70. Saban, A. (2008). Okula ilişkin metaforlar. Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi, 55(55), 459-496.
71. Sağer, T., & Ayhan, A. (2012). Müzik eğitiminde imgelerin kullanımı. İnönü Üniversitesi Sanat ve Tasarım Dergisi, 2(6).
72. Sağıroğlu, Ş. & Demirezen, M.U. (Ed.)(2020). Yapay zeka ve büyük veri teknolojileri ve yaklaşımları Nobel Akademi Yayınları.
73. Shuell, T. J. (1990). Teaching and learning as problem solving. Theory into practice, 29(2), 102-108.
74. Siregar, R. A., Festiyed, F., Marsidin, S., & Ellizar, E. (2019). The practice of animation assisted inquiry learning model in senior high school chemistry learning. In the 1st International Conference on Innovation in Education (ICoIE 2018) (pp. 585-590). Atlantis Press.
75. Tecimer, Ö. (2018). İlk ve ortaokullarda blok flüt eğitimi için eğitsel video ders materyali hazırlama. Fine Arts, 13(4), 117-132.
76. Teng, X. (2019). Discussion about artificial intelligence’s advantages and disadvantages compete with natural intelligence. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1187, No. 3, p. 032083). IOP Publishing.
77. Topal Germi, N. (2020). Probleme dayalı öğrenmenin 5. sınıf öğrencilerinin maddenin değişimi ünitesinde başarılarına, yaratıcı düşünme becerilerine, kavram algılama düzeylerine ve motivasyonlarına etkisi, Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Türkiye.
78. Tokmak, H. S. (2020). Simülasyonlar ve Simülatörler: Tanımları, Öğrenme ve Öğretim Amaçlı Kullanımları. In Çağıltay, K.& Göktaş, Y. (Ed.), Öğretim Teknolojilerinin Temelleri (pp. 541-555).Pegem Akademi.
79. Türk Dil Kurumu [TDK)]. (2019). Retrieved from https://sozluk.gov.tr/ Access: 22.04.2022.
80. Uçar, Ö. (2007). Engelli çocuklar için yapay zeka tabanlı eğitim-destek araçları geliştirilmesi, Doktora Tezi, Trakya Üniversitesi, Edirne.
81. Végh, L. (2016). Javascript library for developing interactive micro-level animations for teaching and learning algorithms on one-dimensional arrays. Acta Didactica Napocensia, 9(2), 23-32.
82. Wafi, N. (2013). The Effectiveness of Using Animated Pictures Program in Learning English Vocabulary among the Fifth Graders in Gaza. Faculty of Education. The Islamic University, Gaza-Palestine.
83. Yalın, H. İ. (2012). Öğretim teknolojileri ve materyal geliştirme (24. Baskı). Ankara: Nobel Yayın Dağıtım.
84. Yeh, T. K., Tseng, K. Y., Cho, C. W., Barufaldi, J. P., Lin, M. S., & Chang, C. Y. (2012). Exploring the impact of prior knowledge and appropriate feedback on students' perceived cognitive load and learning outcomes: Animation-based earthquakes instruction. International Journal of Science Education, 34 (10), 1555-1570.
85. Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. (9. Baskı). Ankara: Seçkin Yayıncılık.
86. Yılmaz, A. (2019). Yapay Zekâ. İstanbul: Kodlab Yayın Dağıtım.
87. Zambak, A. F. (2014). Artificial Intelligence As a New Metaphysical Project. R. Hagengruber & U. Riss (Der.). Philosophy, computing and information science In 67-74. USA: Pickering & Chatto.