Teaching the Particulate Nature of Matter with Augmented Reality: A Study on Students' Attitudes and Motivation

Abstract

Understanding abstract concepts in chemistry education is often a challenging process for students. Augmented reality (AR) technology stands out as an important tool that facilitates learning by visualizing abstract chemistry concepts. The aim of this study is to examine the effects of teaching the topic "The Particulate Nature of Matter" to 6th-grade students using the augmented reality application "VIDEOAR" via mobile devices on students' attitudes towards AR technology and their motivation to learn science. Using a quasi-experimental design, this study was conducted with 54 middle school students during the 2022-2023 academic year. The results of the study indicate that the group experiencing the AR application showed a significant increase in their attitudes towards AR technology and their motivation to learn science compared to the control group. In addition, no significant difference was found in attitudes and motivation based on gender. As a result, it was determined that AR technology enhances students' interest in the course and positively affects their motivation towards science learning in courses involving abstract subjects such as chemistry. The significant effect of integrating AR technology into education in terms of attitude and motivation, regardless of gender, is thought to stem from today's learners' interest in technology and represents an important finding for classroom practices. In this regard, it is suggested that AR applications be more widely integrated into science courses and that this technology be utilized in other subjects as well.

Keywords

• Augmented Reality (AR)
• Attitude
• Motivation
• Chemistry education

Ethical Statement

Etik Kurul İzni: Bu araştırma, Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma ve Yayın Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır. Yapılan araştırmada kullanılan YZT için ilgili izinler önceden alınmıştır. Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma ve Yayın Etik Kurulu 11/07/2024 tarihli. 2024/235 numaralı karar.

Maddenin Tanecikli Yapısının Artırılmış Gerçeklik ile Öğretimi: Öğrenci Tutumu ve Motivasyonu Üzerine Bir Çalışma

Abstract

Kimya öğretiminde soyut kavramların anlaşılması öğrenciler için genellikle zorlu bir süreçtir. Artırılmış gerçeklik (AR) teknolojisi, karmaşık kimyasal süreçleri görselleştirerek öğrenmeyi kolaylaştıran önemli bir araç olarak öne çıkmaktadır. Bu araştırmanın amacı, 6. sınıf öğrencilerine "Maddenin Tanecikli Yapısı" konusunu mobil cihazlar aracılığıyla artırılmış gerçeklik uygulaması "VİDEOAR" kullanarak öğretmenin, öğrencilerin AR teknolojisine yönelik tutumları ve fen öğrenmeye yönelik motivasyonları üzerindeki etkilerini incelemektir. Yarı deneysel desen kullanılan bu çalışma, 2022-2023 eğitim öğretim yılında öğrenim görmekte olan 54 ortaokul öğrencisi ile gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonunda elde edilen verileri SPSS 25.0 programı ile analiz edilmiş ve bulgular t-testi kullanılarak yorumlanmıştır. Araştırma sonuçları, AR uygulamasını deneyimleyen grubun, AR teknolojisine yönelik tutum ve fen öğrenmeye yönelik motivasyonlarında, kontrol grubuna kıyasla anlamlı bir artış olduğunu göstermektedir. Bunun yanında, cinsiyet değişkenine göre tutum ve motivasyon arasında anlamlı bir farklılık görülmemiştir. Sonuç olarak, AR teknolojisinin kimya gibi soyut konuları içeren derslerde öğrencilerin derse olan ilgisini güçlendirdiği ve fen öğrenimine yönelik motivasyonlarını olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. Cinsiyet değişkeninden bağımsız olarak eğitime entegrasyonunun tutum ve motivasyon yönündeki anlamlı etkisi günümüz öğreneninin teknolojiye olan ilgisinden kaynaklandığı düşünülmekte olup, sınıf içi uygulamalar açısından önemli bir sonuçtur. Bu doğrultuda, artırılmış gerçeklik uygulamalarının fen bilimleri alan derslerinin anlatımına daha geniş ölçekte entegre edilmesi ve bu teknolojinin diğer derslerde de kullanılması önerilmektedir.

Keywords

• Artırılmış Gerçeklik (AR)
• Tutum
• Motivasyon
• Kimya eğitimi

Ethical Statement

Etik Kurul İzni: Bu araştırma, Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma ve Yayın Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır. Yapılan araştırmada kullanılan YZT için ilgili izinler önceden alınmıştır. Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma ve Yayın Etik Kurulu 11/07/2024 tarihli. 2024/235 numaralı karar.

References

1. Abdüsselam, M. S., & Karal, H. (2012). Fizik öğretiminde artırılmış gerçeklik ortamlarının öğrenci akademik başarısı üzerine etkisi: 11. sınıf manyetizma konusu örneği. Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi, 1(4), 170-181.
2. Adewoye, M. T., & Akinde, T. A. (2023). Perceived usefulness of Web 2.0 tools for knowledge management by university undergraduate students: A review of literature. American Journal of Information Science and Technology, 7(3), 101-109.
3. Akkiren, B. (2019). Artırılmış gerçeklik uygulamalarının 6. sınıf öğrencilerinin dolaşım sistemi konusundaki akademik başarılarına ve fen bilimleri dersine karşı tutumlarına etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Zonguldak: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
4. Aw, J. K., Boellaard, K. C., Tan, T. K., Yap, J., Loh, Y. P., Colasson, B., Blanc, É., Lam, Y., & Fung, F. M. (2020). Interacting with three-dimensional molecular structures using an augmented reality mobile app. Journal of Chemical Education, 97(10), 3877–3881. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00387
5. Azuma, R. T. (1997). A survey of augmented reality. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 6(4), 355–385. https://doi.org/10.1162/pres.1997.6.4.355
6. Bullock, M., Graulich, N., & Huwer, J. (2024). Using an augmented reality learning environment to teach the mechanism of an electrophilic aromatic substitution. Journal of Chemical Education, 101(4), 1534-1543. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c00903
7. Chan, C. K. Y., & Hu, W. (2023). Students’ voices on generative AI: Perceptions, benefits, and challenges in higher education. International Journal of Educational Technology in Higher Education, 20(1), 43-60. https://doi.org/10.1186/s41239-023-00411-8
8. Chan, C. K. Y., & Lee, K. K. W. (2023). The AI generation gap: Are gen Z students more interested in adopting generative AI such as ChatGPT in teaching and learning than their Gen X and millennial generation teachers? Smart Learning Environments, 10(1), 60-82. https://doi.org/10.1186/s40561-023-00269-3

9. Chen, L. (2024). Unlocking the beat: How AI tools drive music students' motivation, engagement, creativity, and learning success. European Journal of Education, 58(1), e12823. https://doi.org/10.1111/ejed.12823
10. Cheng, Y., Lee, M. H., Yang, C. S., & Wu, P. Y. (2024). Hands-on interaction in the augmented reality (AR) chemistry laboratories enhances the learning effects of low-achieving students: A pilot study. Interactive Technology and Smart Education, 21(1), 44–66. https://doi.org/10.1108/ITSE-04-2022-0045
11. Çolak Yazıcı, S. (2024). Kimya öğretiminde materyal kullanımının önemi ve yenilikçi materyaller. Fen bilgisi araştırmalarında güncel çalışmalar (ss. 383–408). BİDGE Yayınları.
12. Çolak Yazıcı, S., & Erkoç, M. (2023). Fen bilimleri grubu öğretmenlerinin uzaktan eğitim sürecinde yapay zekâ kullanma durumlarının analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Dergisi, 58, 2682–2704. https://doi.org/10.53444/deubefd.1316144
13. Dede, Y., & Yaman, S. (2008). Fen öğrenmeye yönelik Motivation Scale: geçerlik ve güvenirlik çalışması. Necatibey Faculty of Education Electronic Journal of Science and Mathematics Education, 2(1), 19-37.
14. Feldman-Maggor, Y., Blonder, R., & Alexandron, G. (2024). Perspectives of generative AI in chemistry education within the TPACK framework. Journal of Science Education and Technology, 33(1), 1–12. https://doi.org/10.1007/s10956-024-10147-3
15. Granitz, N., Kohli, C., & Lancellotti, M. P. (2021). Textbooks for the YouTube generation? A case study on the shift from text to video. Journal of Education for Business, 96(5), 299–307. https://doi.org/10.1080/08832323.2020.1828791
16. Güngördü, D. (2018). Artırılmış gerçeklik uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin atom modelleri konusuna yönelik başarı ve tutumlarına etkisi (Yüksek lisans tezi). Kilis 7 Aralık Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
17. Hoai, V. T. T., Son, P. N., An, D. T. T., & Anh, N. V. (2024). An investigation into whether applying augmented reality (AR) in teaching chemistry enhances chemical cognitive ability. International Journal of Learning, Teaching and Educational Research, 23(4), 195–216. https://doi.org/10.26803/ijlter.23.4.11
18. İbili, E., & Şahin, S. (2015). Geometri öğretiminde artırılmış gerçeklik kullanımının öğrencilerin bilgisayara yönelik tutumlarına ve bilgisayar öz-yeterlilik algılarına etkisinin incelenmesi. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 9(1), 332–350.
19. Jiang, H., Zhu, D., Chugh, R., Turnbull, D., & Jin, W. (2025). Virtual reality and augmented reality-supported K-12 STEM learning: trends, advantages and challenges. Education and Information Technologies, 1-37. https://doi.org/10.1007/s10639-024-13210-z
20. Johnson, B. and Christensen, L. (2014) Educational Research: Quantitative, Qualitative, and Mixed Approaches. 5th Edition, SAGE Publications, London.
21. Kadıoğlu, N., & Özyalçın Oskay, Ö. (2025). The use of mobile augmented reality supported flipped learning model in general chemistry laboratory: Electrolysis experiment example. Pedagogical Research, 10(2) em0236. https://doi.org/10.29333/pr/15940
22. Karnishyna, D. A., Selivanova, T. V., Nechypurenko, P. P., Starova, T. V., & Semerikov, S. O. (2024). Enhancing high school students' understanding of molecular geometry with augmented reality. Science Education Quarterly, 1(2), 25–40. https://doi.org/10.55056/seq.818
23. Küçük, S., Yılmaz, R., Baydaş, Ö., & Göktaş, Y. (2014). Ortaokullarda artırılmış gerçeklik uygulamaları Tutum Ölçeği: Geçerlik ve güvenirlik çalışması. Eğitim ve Bilim, 39(176).
24. Langitasari, I., Aisyah, R. S. S., Parmandhana, R. N., & Nursaadah, E. (2024). Enhancing students' conceptual understanding of chemistry in a SiMaYang learning environment. KnE Social Sciences, 191–200.
25. Liu, P. (2024). Improving student motivation and perception of chemistry’s relevance by learning about semiconductors in a general chemistry course for engineering students. Journal of Chemical Education, 101(2), 411–419. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c00721
26. Mahadzir, N. N., & Phung, L. F. (2013). The use of augmented reality pop-up book to increase motivation in English language learning for national primary school. Journal of Research & Method in Education, 1(1), 26–38.
27. Mazzuco, A., Krassmann, A. L., Reategui, E., & Gomes, R. S. (2022). A systematic review of augmented reality in chemistry education. Review of Education, 10(1), 1-26. https://doi.org/10.1002/rev3.3325
28. Milgram, P., & Kishino, F. (1994). A taxonomy of mixed reality visual displays. IEICE Transactions on Information and Systems, 77(12), 1321–1329.
29. Nazar, M., Zulfadli, Rahmatillah, Puspita, K., Setiawaty, S., & Sulastri. (2024). Development of augmented reality as a learning tool to improve student ability in comprehending chemical properties of the elements. Chemistry Teacher International, 6(3), 241–257. https://doi.org/10.1515/cti-2023-0070
30. Olim, S. C., Nisi, V., & Romão, T. (2024). Augmented reality interactive experiences for multi-level chemistry understanding. International Journal of Child-Computer Interaction, 42, 100681–100698. https://doi.org/10.1016/j.ijcci.2024.100681
31. Pallant, J. (2017). SPSS kullanma kılavuzu (S. Balcı & B. Ahi, Çev.). 2. Baskı. Anı Yayıncılık.
32. Qomaruddin, R. D., Sitorus, M., & Dibyantini, R. E. (2024). Development web-based learning web on acids and bases. In Proceeding Education, Science, and Technology International Conference, 2(1), 181–193.
33. Ripsam, M., & Nerdel, C. (2024). Teachers’ attitudes and self-efficacy toward augmented reality in chemistry education. Frontiers in Education, 8, Article 1293571. https://doi.org/10.3389/feduc.2023.1293571
34. Saidin, N. F., Halim, N. D. A., & Yahaya, N. (2019). Framework for developing a mobile augmented reality for learning chemical bonds. International Journal of Interactive Mobile Technologies, 13(7), 54. https://doi.org/10.3991/ijim.v13i07.10750
35. Sırakaya, M., & Alsancak Sırakaya, D. (2018). Artırılmış gerçekliğin fen eğitiminde kullanımının tutum ve motivasyona etkisi. Kastamonu Eğitim Dergisi, 26(3), 887–905. https://doi.org/10.24106/kefdergi.415705
36. Ursachi, G., Horodnic, I. A., & Zait, A. (2015). How reliable are measurement scales? External factors with indirect influence on reliability estimators. Procedia Economics and Finance, 20, 679–686.
37. Usta, E., Korucu, A. T., & Yavuzarslan, İ. F. (2016). Eğitimde artırılmış gerçeklik teknolojilerinin kullanımı: 2007–2016 döneminde Türkiye’de yapılan araştırmaların içerik analizi. Alan Eğitimi Araştırmaları Dergisi, 2(2), 84–95.
38. Yang, Q. F., Lin, H., Hwang, G. J., Su, P. Y., & Zhao, J. H. (2024). An exploration-based SVVR approach to promote students’ chemistry learning effectiveness. Interactive Learning Environments, 32(5), 2003–2027. https://doi.org/10.1080/10494820.2022.2135106
39. Yıldırım, P. (2018). Mobil artırılmış gerçeklik teknolojisi ile yapılan fen öğretiminin ortaokul öğrencilerinin fen ve teknolojiye yönelik tutumlarına ve akademik başarılarına etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Elazığ: Fırat Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü.