Systematic Review of Arduino Based Robotic Coding Studies in National Literature

Abstract

This study aims to examine the studies published between 2018 and 2023 in which Arduino-based robotic coding applications were used. For this purpose, the study adopted the case study design of the qualitative research method. In this context, the study examined the studies published in Turkey that included Arduino-based robotic coding applications. The authors searched Google Scholar and YÖKTEZ databases with the keywords "robotic coding", "Arduino", "science education" and "teacher". In line with the inclusion and exclusion criteria, the authors analyzed 15 studies. The authors analyzed the studies in terms of publication type, publication year, research method, research design, data collection tools, and data analysis. The authors determined that studies using Arduino-based robotic coding applications in science education have increased in recent years. The authors found that eight studies preferred qualitative research methods. In addition, they determined that a case study as a design in Arduino-based robotic coding applications was preferred in five different studies. In light of the results, the study suggested that international literature should be included in the examination of Arduino-based robotic coding studies in science education.

Keywords

• Arduino
• robotic coding
• science education
• teacher
• systematic review

Ulusal Alan Yazındaki Arduino Temelli Robotik Kodlama Çalışmalarının Sistematik İncelenmesi

Abstract

Bu araştırmanın amacı, 2018-2023 yılları arasında yayınlanan ve Arduino temelli robotik kodlama uygulamalarının kullanıldığı çalışmaların incelenmesidir. Bu amaç doğrultusunda çalışma nitel araştırma yönteminin durum çalışması desenini benimsemiştir. Bu kapsamda çalışma yurt içinde yayınlamış ve Arduino temelli robotik kodlama uygulamalarını içeren araştırmaları incelemiştir. Yazarlar taramayı, Google Akademik ve YÖKTEZ veri tabanlarında, “robotik kodlama”, “Arduino”, “fen eğitimi” ve “öğretmen” anahtar kelimeleri ile yapmıştır. Belirlenen dahil etme ve hariç tutma kriterleri doğrultusunda, yazarlar 15 çalışmanın incelenmesine karar vermişlerdir. Yazarlar çalışmaları yayın türü, yayın yılı, araştırıma yöntem, araştırma deseni, veri toplama araçları ve veri analizi açılarından incelemişlerdir. Yazarlar, fen eğitiminde Arduino temelli robotik kodlama uygulamalarının kullanıldığı çalışmaların son yıllarda artış gösterdiğini belirlemişlerdir. Yazarlar, sekiz çalışmanın nitel araştırma yöntemini tercih ettiğini tespit etmişlerdir. Ayrıca, Arduino temelli robotik kodlama uygulamalarında desen olarak durum çalışmasının beş farklı çalışmada tercih edildiğini belirlemişlerdir. Sonuçlar ışığında, çalışma fen eğitiminde gerçekleştirilmiş Arduino temelli robotik kodlama çalışmalarının incelenmesine uluslararası alan yazının da dahil edilmesini önermiştir.

Keywords

• Arduino
• robotik kodlama
• fen bilimleri
• öğretmen
• sistematik inceleme.

References

1. Altunışık, M., & Aktürk, A. O. (2021). Türkiye’de web 2.0 araçlarının eğitim-öğretim ortamlarında kullanımına bir bakış: 2010-2020 dönemi tezlerinin incelenmesi. Bilim Eğitim Sanat ve Teknoloji Dergisi, 5(2), 205-227.
2. Anwar, S., Bascou, N. A., Menekse, M., & Kardgar, A. (2019). A systematic review of studies on educational robotics. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 9(2), 19-42. https://doi.org/10.7771/2157-9288.1223
3. Aspfors, J., & Fransson, G. (2015). Research on mentor education for mentors of newly qualified teachers: A qualitative meta-synthesis. Teaching and Teacher Education, 48, 75-86. https://doi.org/10.1016/j.tate.2015.02.004
4. Avello, R., Lavonen, J., & Zapata-Ros, M. (2020). Coding and educational robotics and their relationship with computational and creative thinking. A compressive review. Revista de Educación a Distancia (RED), 20(63), 12. https://doi.org/10.6018/red.413021
5. Balcı, H., & Korkmaz, Ö. (2020). Sınıf içi eğitsel robotik eğitim uygulamalarına dönük tutum ölçeğinin geliştirilmesi. Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, 2(1), 84-99.
6. Banzi, M., & Shiloh, M. (2011). Primeiros passos com o Arduino. São Paulo: Novatec, p1.
7. Bektaş, O. (2021). Nitel araştırmada veri analizi. M. Çelebi (Ed.). Nitel araştırma yöntemleri içinde (s.165-180). Pegem Akademi.
8. Cai, W., Mohammaditab, R., Fathi, G., Wakil, K., Ebadi, A. G., & Ghadimi, N. (2019). Optimal bidding and offering strategies of compressed air energy storage: A hybrid robust-stochastic approach. Renewable Energy, 143, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.008

9. Creswell, J. W. (2009). Research design, qualitative, quantitative, and mixed methods approach (3rd ed.). SAGE Publications.
10. Çalık, M. & Sözbilir, M. (2014). İçerik analizinin parametreleri. Eğitim ve Bilim, 39(174), 33-38.
11. Gates, B. (2007). A robot in every home. Scientific American, 296(1), 58-65.
12. Gingl, Z., Makan, G., Mellar, J., Vadai, G., & Mingesz, R. (2019). Phonocardiography and photoplethysmography with simple arduino setups to support interdisciplinary STEM education. IEEE Access, 7, 88970-88985. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2926519
13. Guven, G., Kozcu Cakir, N., Sulun, Y., Cetin, G., & Guven, E. (2022). Arduino-assisted robotics coding applications integrated into the 5E learning model in science teaching. Journal of Research on Technology in Education, 54(1), 108-126. https://doi.org/10.1080/15391523.2020.1812136
14. Harris, A., & De Bruin, L. R. (2018). Secondary school creativity, teacher practice and STEAM education: An international study. Journal of Educational Change, 19, 153-179.
15. Hertzog, P. E., & Swart, A. J. (2016, April). Arduino—Enabling engineering students to obtain academic success in a design-based module. In 2016 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) (pp. 66-73). IEEE.
16. Hrybiuk, O., Vedyshcheva, O., Lukavyi, P., Ivaniuk, A., & Kulish, N. (2020). Engineering in Educational Institutions: Standards for Arduino Robots as an Opportunity to Occupy an Important Niche in Educational Robotics in the Context of Manufacturing 4.0. In ICTERI Workshops (pp. 770-785).
17. Jamieson, K. H. (Ed.). (2011). Electing the president, 2004: The insiders' view. University of Pennsylvania Press.
18. Karakuzu, B., Saraçoğlu, S., & Bektas, O. (2023). Fen eğitiminde Web 2.0 araçları konulu çalışmalara ilişkin betimsel analiz. Araştırma ve Deneyim Dergisi, 8(2), 228-249. https://doi.org/10.47214/adeder.1375043
19. Kırman, A., & Doğan, Ö. (2017). Anne-baba çocuk ilişkileri: bir meta-sentez çalışması. Hacettepe University Faculty of Health Sciences Journal, 4(1), 28-49.
20. Kızkapan, O., Karaca, M., & Bektaş, O., (2022). Karma araştırma yönteminde felsefi varsayımlar ve kuramsal yapı. O. Bektaş ve M. Karaca (Eds.). Pragmatizmden uygulamaya karma araştırma yöntemi. (1. Baskı, s.1-26). Nobel Yayıncılık.
21. Koçak, B., Aslan, A., & Capellaro, E. (2019). Fen bilimleri, matematik ve sınıf öğretmen adaylarının FeTeMM öğretimine ilişkin yönelimleri. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 7(2), 168-188.
22. Kondaveeti, H. K., Kumaravelu, N. K., Vanambathina, S. D., Mathe, S. E., & Vappangi, S. (2021). A systematic literature review on prototyping with Arduino: Applications, challenges, advantages, and limitations. Computer Science Review, 40, 100364.
23. Korhonen, A., Hakulinen‐Viitanen, T., Jylhä, V., & Holopainen, A. (2013). Meta‐synthesis and evidence‐based health care–a method for systematic review. Scandinavian journal of caring sciences, 27(4), 1027-1034. https://doi.org/10.1111/scs.12003
24. Kurt, M., Erdoğan, Ö., & Toy, M., (2020). Robotik Uygulamaların Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Bazı 21. Yüzyıl Becerileri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi. Avrasya Sosyal ve Ekonomi Araştırmaları Dergisi,7(4), 117-137.
25. Küçüközer, A. (2016). Fen bilgisi eğitimi alanında yapılan doktora tezlerine bir bakış. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 10(1), 107-141. https://doi.org/10.17522/nefefmed.5413
26. Lee, C. J. G. (2012). Reconsidering constructivism in qualitative research. Educational Philosophy and Theory, 44(4), 403-412. https://doi.org/10.1111/j.1469-5812.2010.00720.x
27. Lundgren, I., Karlsdottir, S. I., & Bondas, T. (2009). Long-term memories and experiences of childbirth in a Nordic context—a secondary analysis. International Journal of Qualitative Studies on Health and Well-being, 4(2), 115-128.
28. Lye, S. Y. & Koh, J. H. L. (2014). Review on teaching and learning of computational thinking through programming: What is next for K-12? Computers in Human Behavior, 41, 51-61.
29. Matsun, M., Boisandi, B., Sari, I. N., Hadiati, S., & Hakim, S. L. (2021). Use of Arduino Microcontroller and Proteus Software in Physics Lesson in Review of Mathematics Ability and Critical Thinking Skills. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA, 7(SpecialIssue), 20-27. https://doi.org/10.29303/jppipa.v7iSpecialIssue.916
30. Merriam, S. B. (2009). Qualitative research (2nd ed.). Jossey-Bass. Mortimore, P. (2000). Does educational research matter? British Educational Research Journal, 26(1), 5–24.
31. Mubin, O., Stevens, C. J., Shahid, S., Al Mahmud, A., & Dong, J. J. (2013). A review of the applicability of robots in education. Journal of Technology in Education and Learning, 1, 1-7.https://doi.org/10.2316/Journal.209.2013.1.209-0015
32. Ocak, M. A. & Efe, A., (2018). Arduino ile kodlama ve mikro denetleyici uygulamaları. Anı Yayıncılık.
33. Paez, A. (2017). Gray literature: An important resource in systematic reviews. Journal of Evidence‐Based Medicine, 10(3), 233-240.
34. Plaza, P., Sancristobal, E., Carro, G., Blazquez, M., García-Loro, F., Martin, S., ... & Castro, M. (2018, December). Arduino as an educational tool to introduce robotics. In 2018 IEEE international conference on teaching, assessment, and learning for engineering (TALE) (pp. 1-8). IEEE.
35. Polat, S., & Ay, O., (2016). Meta-sentez: Kavramsal bir çözümleme. Eğitimde Nitel Araştırmalar Dergisi, 4(2), 52-64. https://doi.org/10.14689/issn.2148-2624.1.4c2s3m
36. Puente, S. T., Úbeda, A., & Torres, F. (2017). e-Health: Biomedical instrumentation with Arduino. IFAC-PapersOnLine, 50(1), 9156-9161.
37. Resinovic, B. (2015, October). The use of Nao, a humanoid robot, in teaching computer programming, The Proceedings of International Conference on Informatics in Schools: Situation, Evolution and Perspectives (ISSEP), Ljubljana, Slovenia.
38. Rossano, V., Roselli, T., & Quercia, G. (2020). Coding and Computational Thinking: Using Arduino to Acquire Problem-Solving Skills. Technology Supported Innovations in School Education, 91-114.
39. Sak, R., Sak, İ. T. Ş., Şendil, Ç. Ö., & Nas, E. (2021). Bir araştırma yöntemi olarak doküman analizi. Kocaeli Üniversitesi Eğitim Dergisi, 4(1), 227-256. https://doi.org/10.33400/kuje.843306
40. Sandelowski, M., & Barroso, J. (2003). Classifying the findings in qualitative studies. Qualitative health research, 13(7), 905-923. https://doi.org/10.1177/1049732303253488
41. Sarıtaş, D. & Eroğlu, S. (2023). Bilimsel araştırma programlarının metodolojisi ve Imre Lakatos. O. Bektaş ve D. Sarıtaş (Eds.). Felsefe, Bilim ve Eğitim: Bilim Felsefesi Merceğinden Eğitime Yansımalar. (163-182). Asos Yayınları.
42. Scruggs, T. E., Mastropieri, M. A., & McDuffie, K. A. (2007). Co-teaching in inclusive classrooms: A metasynthesis of qualitative research. Exceptional children, 73(4), 392-416.
43. Sinap, V., & Demirer, V. (2022). Programlama eğitiminde probleme dayali öğrenmeye yönelik arduino etkinliklerinin kullanilmasi: bir eylem araştirmasi. Eğitim Teknolojisi Kuram ve Uygulama, 12(2), 351-376. https://doi.org/10.17943/etku.1035265
44. Soleh, S. S. S. M., Som, M. M., Abd Wahab, M. H., Mustapha, A., Othman, N. A., & Saringat, M. Z. (2018, November). Arduino-based wireless motion detecting system. In 2018 IEEE Conference on Open Systems (ICOS) (pp. 71-75). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICOS.2018.8632703
45. Sucu, F., & Çakıroğlu, Ü. (2022). BT öğretmenlerinin Kovid-19 salgını sırasında çevrimiçi öğretime uyarlamaları. Uluslararası Bilgi ve Öğrenme Teknolojileri Dergisi, 39(3), 209-226.
46. Sullivan, F., & Lin, X. (2012). The ideal science student: Exploring the relationship of students’ perceptions to their problem-solving activity in a robotics context. Journal of Interactive Learning Research, 23(3), 273-308.
47. Şimşek, A., Özdamar, N., Becit, G., Kiliçer, K., Akbulut, Y., & Yıldırım, Y. (2008). Türkiye'deki eğitim teknolojisi araştırmalarında güncel eğilimler. Selçuk Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 19, 439-458.
48. Şimşek, K. (2019). Fen bilimleri dersi madde ve ısı ünitesinde robotik kodlama uygulamalarının 6. sınıf öğrencilerinin akademik başarı ve bilimsel süreç becerileri üzerine etkisinin incelenmesi (Doctoral dissertation, Marmara Universitesi (Turkey, 608796)).
49. Talan, T. (2020). The effect of mobile learning on learning performance: A meta-analysis study. Educational Sciences: Theory and Practice, 20(1), 79-103. https://doi.org/10.12738/jestp.2020.1.006
50. Thomas, J., & Harden, A. (2008). Methods for the thematic synthesis of qualitative research in systematic reviews. BMC Medical Research Methodology, 8(1), 1-10. https://doi.org/10.1186/1471-2288-8-45
51. Timur, S., Yılmaz, Ş., & Küçük, D. (2021). Web 2.0 uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının öz-yeterlik inançları üzerindeki etkisinin incelenmesi. İstanbul Aydın Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(2), 291-311. https://dergipark.org.tr/tr/pub/iauefd/issue/65503/1001339
52. Walsh, D., & Downe, S. (2005). Meta‐synthesis method for qualitative research: a literature review. Journal of Advanced Nursing, 50(2), 204-211.
53. Yıldırım, A., & Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.
54. Yıldız, R. Ö., Talaslıoğlu, S. S., & Yıldırım, M. (2020). Robotik, Kodlama ve Elektronik ile İlgili Yapılan Ders Dışı Uygulama Durumlarının Tespit Edilmesi ile İlgili Öğretmen Görüşleri. IBAD Sosyal Bilimler Dergisi. https://doi.org/10.21733/ibad.714338
55. Yolcu, V. ve Demirer, V. (2017). Robotik teknolojilerin eğitimde kullanımına ilişkin yapılan çalışmaların incelenmesi. SDÜ Uluslararası Eğitim Araştırmaları Dergisi, 4 (2), 127-139.
56. Zurnacı, B., & Turan, Z. (2022). Türkiye'de okul öncesinde kodlama eğitimine ilişkin yapılan çalışmaların incelenmesi. Kocaeli Üniversitesi Eğitim Dergisi, 5(1), 258-286. https://doi.org/10.33400/kuje.1062803