The Effect of Virtual Reality Assisted Robotics Coding Teaching on Spatial Visualization and Coding Skills

Öz

The aim of this study is to examine the effect of virtual reality (VR) assisted robotic coding teaching, which is a different platform used in robotic coding education, on spatial visualization and coding skills. In order to achieve this aim, a research was designed according to the quasi-experimental design with pre-test post-test control group. 56 sophomore students studying in the Elementary Mathematics Teaching program were divided into experimental and control groups. In the experimental application, which lasted for 4 weeks in total, 8 hours of VR assisted robotic coding teaching was given to the experimental group. Students both created and coded the robots using virtual reality versions of the LEGO® Mindstorms EV3 robot sets. In the control group, the students physically used the LEGO® Mindstorms EV3 robot sets and coded the robots they prepared. Before and after the instruction, the spatial visualization and coding skills of the participants in the experimental and control groups were measured and their changes at the end of the process were examined. As a result of the research, it was determined that there was a significant increase in the coding skills and spatial development, spatial rotation and spatial view skills of the pre-service teachers in the Elementary Mathematics Teaching program, who designed and codes robots using virtual reality technology. Accordingly, it was concluded that the use of virtual reality technology instead of the physical sets used in robotic coding teaching had a similar effect on students' coding skills.

Anahtar Kelimeler

• Virtual reality
• robotics coding
• spatial visualization
• coding.

Sanal Gerçeklikle Verilen Robotik Kodlama Eğitiminin Uzamsal Görselleştirme ve Kodlama Becerilerine Etkisi

Öz

Bu çalışmanın amacı; robotik kodlama eğitiminde kullanılan farklı bir platform olan sanal gerçeklik teknolojisi tabanlı robotik kodlama eğitiminin uzamsal görselleştirme ve kodlama becerisine etkisini incelemektir. Bu amaca ulaşmak için ön-test son-test kontrol gruplu yarı deneysel desene göre bir araştırma desenlenmiştir. İlköğretim Matematik Öğretmenliği programında öğrenim gören 56 ikinci sınıf öğrencisi deney ve kontrol grubuna ayrılmıştır. Toplam 4 hafta süren deneysel uygulamada deney grubuna 8 saatlik sanal gerçeklik tabanlı robotik kodlama eğitimi verilmiştir. Öğrenciler LEGO® Mindstorms EV3 robot setlerinin sanal gerçeklik versiyonlarını kullanarak hem robotları oluşturmuş hem de robotları kodlamışlardır. Kontrol grubunda ise aynı konuları öğrenciler LEGO® Mindstorms EV3 robot setlerini fiziksel olarak kullanmış ve hazırladıkları robotları kodlamışlardır. Öğretim öncesinde ve sonrasında deney ve kontrol grubundaki katılımcıların uzamsal görselleştirme ve kodlama becerileri ölçülerek süreç sonundaki değişimleri incelenmiştir. Araştırma sonucunda sanal gerçeklik teknolojisi kullanarak robot tasarlayan ve kodlayan İlköğretim Matematik Öğretmenliği programındaki öğretmen adaylarının kodlama becerileri ile uzamsal oluşturma, uzamsal döndürme ve uzamsal görünüm becerilerinde anlamlı artışın olduğu belirlenmiştir. Buna göre, robotik kodlama eğitimlerinde kullanılan fiziksel setler yerine sanal gerçeklik teknolojisinin kullanımının öğrencilerin kodlama becerilerinde benzer etkiye neden olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Sanal gerçeklik
• robotik kodlama
• uzamsal görselleştirme
• kodlama

Kaynakça

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, 4(1), 170-181. https://doi.org/10.14527/pegegog.2014.004
2. Al-Ayyoub, A.E. (2004). BİT’e dayalı öğrenme üzerine bir literatür araştırması. Retrieved from CISN. http://cisn.odtu.edu.tr/ayyoub.php
3. Alimisis, D. (2013). Educational robotics: Open questions and new challenges. Themes in Science and Technology Education, 6(1), 63-71. https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ1130924.pdf
4. 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) Article 2. https://doi.org/10.7771/2157-9288.1223
5. Aşkar, P. (2004). Eğitimin yeniden kavramsallaştırılması ve matematik öğretimine yansımaları. Matematikçiler Derneği. Retrieved from http://www.matder.org.tr/bilim/paeyk.asp?ID=67
6. Ateş, A. (2018). 7. sınıf fen ve teknoloji dersi “maddenin tanecikli yapısı ve saf maddeler” konusunda artırılmış gerçeklik teknolojileri kullanılarak oluşturulan öğrenme materyalinin akademik başarıya etkisi (Unpublished master’s thesis) Niğde Ömer Halisdemir University, Türkiye.
7. Atman Uslu, N., Yavuz, G. Ö., & Koçak Usluel, Y. (2022). A systematic review study on educational robotics and robots. Interactive Learning Environments, 1-25. https://doi.org/10.1080/10494820.2021.2023890
8. Baysan, E., & Uluyol, Ç. (2016). Arttırılmış gerçeklik kitabının (ag-kitap) öğrencilerin akademik başarılarına etkisi ve eğitim ortamlarında kullanımı hakkında öğrenci görüşleri. Eğitim ve İnsani Bilimler Dergisi: Teori ve Uygulama, 14(7), 55-78. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/306630

9. Benitti, F. B. V. (2012). Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review. Computers & Education, 58(3), 978-988. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.10.006
10. Boz, M. S. (2019). Eğitimde artırılmış gerçeklik uygulamalarının değerlendirilmesi. MEB Yenilik ve Eğitim Teknolojileri Genel Müdürlüğü.
11. Branoff, T. J., & Dobelis, M. (2012, June). Engineering graphics literacy: Spatial visualization ability and students’ ability to model objects from assembly drawing information. In 2012 ASEE Annual Conference & Exposition (pp. 25-548).
12. Bryson, S. (1996). Virtual reality in scientific visualization. Communication of the ACM, 39(5), 62-71. http://papers.cumincad.org/data/works/att/029b.content.pdf
13. Burdea, G. C., & Coiffet, P. (2003). Virtual reality technology. John Wiley & Sons.
14. Büyüköztürk, Ş., Akgün, Ö. E., Demirel, F., Karadeniz, Ş. & Çakmak, E. K. (2015). Bilimsel araştırma yöntemleri. Pegem Akademi.
15. Cam, E., & Kiyici, M. (2022). The impact of robotics assisted programming education on academic success, problem solving skills and motivation. Journal of Educational Technology and Online Learning, 5(1), 47-65. http://doi.org/10.31681/jetol.1028825
16. Çavaş, B., & Çavaş, H, P. (2005). Teknoloji tabanlı öğrenme: “robotics club”. Akademik Bilişim Konferansı’nda sunuldu. Gaziantep Üniversitesi.
17. Çavaş, B., Huyugüzel Çavaş, P., & Taşkın Can, B. (2004). Eğitimde sanal gerçeklik. The Turkish Online Journal of Educational Technology (TOJET), 3(4), Article 15. http://www.tojet.net/articles/v3i4/3415.pdf
18. Çevik, G., Yılmaz, R. M., Göktaş, Y., & Gülcü, A. (2017). Okul öncesi dönemde artırılmış gerçeklikle İngilizce öğrenme. Journal of Instructional Technologies & Teacher Education, 6(2), 50-57. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/347160
19. Chang, C. W., Lee, J. H., Chao, P. Y., Wang, C. Y., & Chen, G. D. (2010). Exploring the possibility of using humanoid robots as instructional tools for teaching a second language in primary school. Journal of Educational Technology & Society, 13(2), 13- 24. https://www.jstor.org/stable/jeductechsoci.13.2.13
20. Chen, G. D., & Wang, C. Y. (2011). A survey on storytelling with robots. In International Conference on Technologies for E-Learning and Digital Entertainment (pp. 450-456). Springer
21. Chen, Y. C. (2008). Peer learning in an AR-based learning environment [Paper Presentation]. 16th International Conference on Computers in Education, Taipei, Taiwan. https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=dc136f5887863a92df6ea73dd5d6814aa3be2724
22. Cheng, K. H., & Tsai, C. C. (2013). Affordances of augmented reality in science learning: Suggestions for future research. Journal of science education and technology, 22(4), 449-462. http://dx.doi.org/10.1007/s10956-012-9405-9
23. Davenport, D., & Erarslan, E. (2006). Eğitimde internet: eğitime destek olarak internet. Retrieved from http://www.cs.bilkent.edu.tr/~david/desymposium/VirtuallyThereTur.doc
24. Delello, J. A. (2014). Insights from pre-service teachers using science-based augmented reality. Journal of computers in education, 1(4), 295-311. https://doi.org/0.1007/s40692-014-0021-y
25. Demir, R. (2019). Sanal gerçeklik gözlüğüne dayalı din öğretimine yönelik öğretmen adaylarının tutumu. Manas Sosyal Araştırmalar Dergisi, 8 (Ek Sayı 1), 847-861. https://doi.org/10.33206/mjss.498303
26. Demirer, V., & Sak, N. (2016), Dünyada ve Türkiye’de programlama eğitimi ve yeni yaklaşımlar. Eğitimde Kuram Ve Uygulama, 12(3), 521-546. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/262355
27. Erbaş, Ç., & Demirer, V. (2014). Eğitimde artırılmış gerçeklik uygulamaları: Google glass örneği. Journal of Instructional Technologies & Teacher Education, 3(2), 8-16. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/231319
28. Erdogan, N., Sencer Corlu, M., & Capraro, R. M. (2013). Defining innovation literacy: Do robotics programs help students develop innovation literacy skills? International Online Journal of Educational Sciences, 5(1), 1-9. http://yoksis.bilkent.edu.tr/pdf/?doi512113
29. Erenay, O., & Hashemipour, M. (2003). Virtual reality in engineering education: A CIM case study. Turkish Online Journal of Educational Technology-TOJET, 2(2), 51-56. https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ1101944.pdf
30. Erkuş, A. (2003). Psikometri üzerine yazılar. Türk Psikologlar Derneği Yayınları.
31. Fraenkel, J., & Wallen, N. (2006). How to design and evaluate research in education (6th ed.). New York: McGraw Hill.
32. Ganesh, T., Thieken, J., Baker, D., Krause, S., Roberts, C., Elser, M., …Kurpius, S. R. (2010). Learning through engineering design and practice: Implementation and impact of a middle school engineering education program. In 2010 Annual Conference & Exposition. Louisville, Kentucky. Retrieved from https://peer.asee.org/16970
33. Guay, R. B. (1976). Purdue spatial visualization test. West Lafayette, Indiana: Purdue Research Foundation.
34. Güngördü, D. (2018). Artırılmış gerçeklik uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin atom modelleri konusuna yönelik başarı ve tutumlarına etkisi (Unpublished master’s thesis). Kilis 7 Aralık University, Türkiye.
35. Harada, Y., Nosu, K., & Okude, N. (1999). Interactive and collaborative learning environment using 3D virtual reality content, multi-screen display and PCs, In Proceedings of IEEE 8th International Workshops on Enabling Technologies: Infrastructure for Collaborative Enterprises (WET ICE'99) (s. 238-244), https://doi.org/10.1109/ENABL.1999.805207
36. Huk, T. (2006). Who benefits from learning with 3D models? The case of spatial ability. Journal of computer assisted learning, 22(6), 392-404. https://doi.org/10.1111/j.1365-2729.2006.00180.x
37. Kara, A. (2018). Artırılmış gerçeklik uygulamalarının eğitimde kullanılmasına yönelik araştırmaların incelenmesi (Unpublished master’s thesis). Atatürk University, Türkiye.
38. Karademir, C., & Demir B. (2020). Eğitimde sanal gerçeklik uygulamaları üzerine: “Sınıfta Ben De Varım” projesi. The Turkish Online Journal of Design, Art and Communication (TOJDAC), 10(4), 339-354. https://doi.org/10.7456/11004100/002
39. Karasar, N. (2013). Bilimsel araştırma yöntemleri (25. baskı). Nobel Yayıncılık.
40. Karasar, Ş. (2004). Eğitimde yeni iletişim teknolojileri: Internet ve sanal yüksek eğitim. The Turkish Online Journal of Educational Technology (TOJET), 3(4), Article 16. http://tojet.net/articles/v3i4/3416.pdf
41. Karataş, H. (2021). 21. yy. becerilerinden robotik ve kodlama eğitiminin Türkiye ve dünyadaki yeri. 21. Yüzyılda Eğitim ve Toplum, 10(30), 593-729. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/2200579
42. Klassner, F., & Anderson, S. D. (2003). LEGO MindStorms: Not just for K-12 anymore. IEEE Robotics & Automation Magazine, 10(2), 12-18. https://doi.org/10.1109/MRA.2003.1213611
43. Konyaoğlu, C. (2019). Robotik kodlama eğitiminin ortaokul öğrencilerinin problem çözme becerilerine etkileri ve öğrencilerin robotik kodlama etkinliklerine ilişkin görüşleri (Unpublished master’s thesis). Bolu Abant İzzet Baysal University, Türkiye.
44. Kuzgun, H. (2019). Artırılmış gerçeklik teknolojisinin okul öncesi dönemde kullanımı: durum çalışması (Unpublished master’s thesis) Afyon Kocatepe University, Türkiye.
45. Kösa, T., & Karakuş, F. (2018). The effects of computer-aided design software on engineering students’ spatial visualisation skills. European Journal of Engineering Education, 43(2), 296-308.
46. Liang, W.Y., & O’Grady, P. (2003). The internet and medical collaboration using virtual reality. Computerized Medical Imaging and Graphics, 27, 525-534. https://doi.org/10.1016/s0895-6111(03)00042-9
47. 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. https://doi.org/10.1016/j.chb.2014.09.012
48. Mac Iver, M. A., & Mac Iver, D. J. (2014). ‘‘STEMming’’ the swell of absenteeism in urban middle grade schools: Impacts of a summer robotics program. Society for Research on Educational Effectiveness. 54(1), 65–88. https://doi.org/10.1177/0042085915618712
49. Maeda, Y., & Yoon, S. Y. (2013). A meta-analysis on gender differences in mental rotation ability measured by the Purdue spatial visualization tests: Visualization of rotations (PSVT: R). Educational Psychology Review, 25(1), 69-94.
50. Metcalfe, T. (2018). What is VR? The devices and apps that turn the real world virtual. Retrieved from https://www.nbcnews.com/mach/science/what-vr-devices-apps-turn-real-world-virtual-ncna857001
51. Mitnik, R., Nussbaum, M., & Recabarren, M. (2009). Developing cognition with collaborative robotic activities. Journal of Educational Technology & Society, 12(4), 317-330. https://eric.ed.gov/?id=EJ860454
52. 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), 1-7. https://doi.org/10.2316/Journal.209.2013.1.209-0015
53. National Research Council, (2011). Successful K-12 STEM education: Identifying effective approaches in science, technology, engineering, and mathematics. National Academies Press.
54. Olkun, S., & Altun, A. (2003). İlköğretim öğrencilerinin bilgisayar deneyimleri ile uzamsal düşünme ve geometri başarıları arasındaki ilişki. The Turkish Online Journal of Educational Technology, 2(4), 86-91. Retrieved from http://www.tojet.net/volumes/v2i4.pdf#page=86
55. Orion, N., Ben-Chaim, D., & Kali, Y. (1997). Relationship between earth-science education and spatial visualization. Journal of Geoscience Education, 45(2), 129-132. https://doi.org/10.5408/1089-9995-45.2.129
56. Özdemir, O., Erbaş, D., & Yücesoy-Özkan, Ş. (2019). Özel eğitimde sanal gerçeklik uygulamaları. Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri Fakültesi Özel Eğitim Dergisi, 20(2), 395-420. https://doi.org/10.21565/ozelegitimdergisi.448322
57. Özer Şanal, S., & Erdem, M. (2017). Kodlama ve robotik çalışmalarını problem çözme süreçlerine etkisi: sesli düşünme protokol analizi [Paper Presentation]. 11th International Computer and Instructional Technologies Symposium, İnönü University.
58. Papert, S. (1980). Mindstorms: children, computers, and powerful ideas. Basic Books, Inc.
59. Rafi, A., Samsudin, K. A., & Said, C. S. (2008). Training in spatial visualization: The effects of training method and gender. Journal of Educational Technology & Society, 11(3), 127-140. Retrieved from https://www.jstor.org/stable/pdf/jeductechsoci.11.3.127.pdf
60. Resnick, M. (2013). Learn to code - code to learn. Retrieved from https://goo.gl/K5EN0v
61. Sahin, A., Ayar, M. C., & Adiguzel, T. (2014). STEM-related after-school program activities and associated outcomes on student learning. Educational Sciences: Theory and Practice, 14(1), 309–322. https://doi.org/10.12738/estp.2014.1.1876
62. Sarısakal, M. N. (2003). VRML kullanılan bir uzaktan eğitim modeli. Retrieved from: http://egitim.emo.org.tr/semp03/bildiriler/bildiri_36.doc
63. Sevimli, E. (2009). Matematik öğretmen adaylarının belirli integral konusundaki temsil tercihlerinin uzamsal yetenek ve akademik başarı bağlamında incelenmesi (Unpublished master’s thesis). Marmara University, Türkiye.
64. Simpson, R. L. (2002). The virtual reality revolution: technology changes nursing education. Nurse Manage, 33(9), 14-15. https://doi.org/10.1097/00006247-200209000-00007
65. Singhal, S., Bagga, S., Goyal, P., & Saxena, V. (2012). Augmented chemistry: interactive education system. International Journal of Computer Applications, 49(15), 1-5. https://doi.org/1010.5120/7700-1041
66. Sırakaya, M. (2015). Artırılmış gerçeklik uygulamalarının öğrencilerin akademik başarıları, kavram yanılgıları ve derse katılımlarına etkisi. (Unpublished doctoral dissertation). Gazi University, Ankara, Türkiye.
67. Sokhanych, A. (2021). What is VR and how does it work? Retrieved from https://thinkmobiles.com/blog/what-is-vr/
68. Sorby, S. A., & Baartmans, B. J. (2000). The development and assessment of a course for enhancing the 3‐D spatial visualization skills of first year engineering students. Journal of Engineering Education, 89(3), 301-307. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2000.tb00529.x
69. Spolaôr, N., & Benitti, F. B. V. (2017). Robotics applications grounded in learning theories on tertiary education: A systematic review. Computers & Education, 112, 97-107. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2017.05.001
70. TDK. (2022). Güncel Türkçe sözlük. Retrieved from https://sozluk.gov.tr/
71. Tomi, A. B., & Rambli, D. R. A. (2013). An interactive mobile augmented reality magical playbook: Learning number with the thirsty crow. Procedia computer science, 25, 123- 130. https://doi.org/10.1016/j.procs.2013.11.015
72. Toplu, D. (2020). A Descriptive Investigation of Turkish High School Students’ Spatial Visualization Ability (Unpublished master’s thesis). Bilkent University, Türkiye.
73. Uygan, C. (2011). Katı cisimlerin öğretiminde google sketchup ve somut model destekli uygulamaların ilköğretim matematik öğretmeni adaylarının uzamsal yeteneklerine etkisi. (Unpublished doctoral dissertation). Eskisehir Osmangazi University, Eskişehir, Türkiye.
74. Williams, D. C., Ma, Y., Prejean, L., Ford, M. J., & Lai, G. (2007). Acquisition of physics content knowledge and scientific inquiry skills in a robotics summer camp. Journal of Research on Technology in Education, 40(2), 201–216. https://doi.org/10.1080/15391523.2007.10782505
75. Yalabık, N., Onay, P., & Çağıltay, K. (2006). Sanal üniversite sanal mı? gerçek mi?. Elektrik Mühendisleri Odası Dergisi, 419, 37-40.
76. Yolcu, B., & Kurtuluş, A. (2010). 6. sınıf öğrencilerinin uzamsal görselleştirme yeteneklerini geliştirme üzerine bir çalışma. İlköğretim Online, 9(1), 256-274. https://dergipark.org.tr/en/pub/ilkonline/issue/8596/106967
77. Yolcu, V., & Demirer, V. (2017). Eğitimde robotik kullanımı ile ilgili yapılan çalışmalara sistematik bir bakış. SDU International Journal of Educational Studies, 4(2), 127-139.
78. Yoon, S., Anderson, E., Lin, J., & Elinich, K. (2017). How augmented reality enables conceptual understanding of challenging science content. Journal of Educational Technology & Society, 20(1), 156-168. https://www.jstor.org/stable/10.2307/jeductechsoci.20.1.156
79. Yuen, S., Yaoyuneyong, G., & Johnson, E. (2011). Augmented reality: an overview and five directions for AR in education. Journal of Educational Technology Development and Exchange, 4(1), 119–140. https://doi.org/10.18785/jetde.0401.10
80. Zeidler, D. L. (2016). STEM education: a deficit framework for the twenty first century? Sociocultural socioscientific response. Cultural Studies of Science Education, 11(1), 11-26. https://doi.org/10.1007/s11422-014-9578-z