INVESTIGATION OF THE STUDIES ON EDUCATIONAL ROBOTIC APPLICATIONS IN MATHEMATICS EDUCATION

Öz

Tools and materials utilized in educational activities effectively enhances students' interest and motivation throughout the lesson and fostering their active participation. Therefore, utilizing technology in the lessons will make the teaching more efficient by altering students' negative perceptions towards mathematics. The aim of this research is to examine the robotic application studies conducted in mathematics education in our country. The research consists of data from 47 studies conducted worldwide between 2002 and 2021 on robotic applications in mathematics education, obtained from the Web of Science, ERIC (Educational Resources Information Center), Scopus, Google Scholar, Tr Index, and the Council of Higher Education National Thesis Center databases. The systematic literature review method, a qualitative research method, was used in the study, and considering the purpose of the research, criterion sampling, a type of purposeful sampling method, was used in the research. As a result of the analysis of the data, studies related to mathematics education were included in the research by examining the contents of the studies presented by the databases. The 47 studies identified for use in the research were examined by the researcher according to criteria established based on the opinions of two field experts. Informations regarding the publications of the relevant studies was analyzed and reported using descriptive content analysis technique based on the criterias. It was found that the relevant studies mainly consisted of master's theses, doctoral theses, papers and articles, with the research method generally not specified, and technology tools such as Lego Mindstorms, Lego Robot, other robot kits, Bee-bot, and social robots were commonly used. Based on the findings, it is recommended that educational robotic applications in mathematics education should be popularized and integrated into the education system by providing necessary infrastructure within the framework of teaching programs.

Anahtar Kelimeler

• Mathematics Education
• Educational Robotics Applications
• Robotics
• Systematic Literature Review.

Matematik Eğitimindeki Eğitsel Robotik Uygulamaları Üzerine Yapılan Çalışmaların İncelenmesi

Öz

Eğitim öğretim faaliyetlerinde kullanılmakta olan araç ve gereçler öğrencilerin derse karşı olan ilgilerini ve motivasyonlarını arttırmakta, derse aktif katılımlarını sağlamakta etkilidir. Bu sebeple öğretim içerisinde teknolojiden faydalanmak, öğrencilerin matematiğe karşı oluşturdukları olumsuz düşünceleri değiştirerek yapılan öğretimin daha verimli olmasını sağlayacaktır. Bu araştırmanın amacı, ülkemizde matematik eğitiminde yapılan robotik uygulama çalışmalarının incelenmesidir. Araştırma Web of Science, ERIC (Educational Resources Information Center), Scopus, Google Scholar (Google Akademik), Tr Dizin, Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi veri tabanları üzerinden matematik eğitiminde robotik uygulamalara ilişkin 2002-2021 yılları arasında dünyada yapılmış 47 çalışmanın verilerinden oluşmaktadır. Araştırmada nitel araştırma yöntemlerinden sistematik alanyazın incelemesi yöntemi kullanılmış olup, çalışma kapsamında araştırmanın, amacı da göz önünde bulundurulduğunda amaçlı örnekleme yöntemlerinin bir çeşidi olan ölçüt örnekleme kullanılmıştır. Verilerin analizi sonucunda veri tabanları tarafından sunulan çalışmaların içerikleri incelenerek matematik eğitimiyle ilgili olan çalışmalar araştırmaya dahil edilmiştir. Araştırmada kullanılmak amacıyla belirlenen 47 çalışma, iki alan uzmanı tarafından alınan görüşler doğrultusunda araştırmacı tarafından oluşturulan ölçütlere göre incelenmiştir. İlgili çalışmaların yayınlarına ait bilgiler ölçütler doğrultusunda betimsel içerik analizi tekniği ile analiz edilmiştir ve raporlaştırılmıştır. İlgili çalışmaların yüksek lisans tezi, doktora tezi, bildiri ve makale türünde olduğu, araştırma yönteminin genellikle belirtilmediği, teknoloji araç olarak genellikle Lego Mindstorms, Lego Robot, diğer robot kitleri, Bee-bot, sosyal robot kullanıldığı sonucuna ulaşılmıştır. Elde edilen bulgular doğrultusunda matematik eğitiminde eğitsel robotik uygulamaların yaygınlaştırılması eğitim sisteminde öğretim programları çerçevesinde gerekli altyapılar sağlanarak dahil edilmesi önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Matematik Eğitimi
• Eğitsel Robotik Uygulamalar
• Robotik
• Sistematik Alanyazın İncelemesi

Kaynakça

1. Akman-Selçuk N. (2019). Eğitsel robotik uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin ders motivasyonları, robotik tutumları ve başarıları açısından incelenmesi (Yayınlanmamış doktora tezi). İstanbul Üniversitesi, İstanbul.
2. Aksu, F. N., & Durak, G. (2019). Robotics in education: examining information technology teachers' views. Journal of Education and E-Learning Research, 6(4), 162-168.
3. Alimisis, D. (2012). Robotics in education & education in robotics: Shifting focus from technology to pedagogy. In Proceedings of the 3rd International Conference on Robotics in Education (Vol. 9, pp. 7-14).
4. Alimisis, D. (2013). Educational robotics: open questions and new challenges. Themes in Science and Technology Education, 6(1), 63-71.
5. Alimisis, D., & Kynigos, C. (2009). Constructionism and robotics in education. In D. Alimisis (Ed.), Teacher education on robotic-enhanced constructivist pedagogical methods (pp. 11–26). ASPETE: Athens, Greece; AACE: Morgantown, WV, USA, ISBN 978-960-6749-49-o.
6. Arís, N., & Orcos, L. (2019). Educational robotics in the stage of secondary education: Empirical study on motivation and STEM skills. Education Sciences, 9(2), 73.
7. Atman Uslu, N., Yavuz, G. O., & Usluel, Y. (2023). A systematic review study on educational robotics and robots. Interactive Learning Environments, 31(9), 5874–5898. https://doi.org/10.1080/10494820.2021.2023890
8. Atmatzidou, S., & Demetriadis, S. (2016). Advancing students’ computational thinking skills through educational robotics: A study on age and gender relevant differences. Robotics and Autonomous Systems, 75, 661-670.

9. Barak, M. & Assal, M. (2018). Robotics and STEM learning: Students’ achievements in assignments according to the P3 Task Taxonomy—practice, problem solving, and projects. International Journal of Technology and Design Education, 28(1), 121-144. doi: 10.1007/s10798-016-9385-9
10. Behrens, A., Atorf, L., Schwann, R., Neumann, B., Schnitzler, R., Balle, J., & Aach, T. (2009). MATLAB meets LEGO Mindstorms—A freshman introduction course into practical engineering. IEEE Transactions on Education, 53(2), 306-317.
11. 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
12. Beşoluk, Ş., Kurbanoğlu, N. İ., & Önder, İ. (2010). Educational technology usage of pre-service and in-service science and technology teachers. İlköğretim Online, 9(1), 389-395.
13. Boland, A., & Cherry, G. (2017). Doing a systematic review: a student's guide. Sage Publication. Dickson, R. (Ed.), Chennai:UK.
14. Budiyanto, C. W., Fenyvesi, K., Lathifah, A., & Yuana, R. A. (2022). Computational thinking development: Benefiting from educational robotics in STEM teaching. European Journal of Educational Research, 11(4), 1997–2012. https://doi.org/10.12973/eu-jer.11.4.1997
15. Büyükkarcı, A. (2019). Kodlama ile zenginleştirilmiş 5E modelinin 4. sınıf matematik başarısına, kalıcılığına ve tutumuna etkisi (Yüksek Lisans Tezi). Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi: Burdur.
16. Chambers, J. M., Carbonaro, M., Rex, M., & Grove, S. (2007). Scaffolding knowledge construction through robotic technology: A middle school case study. Electronic Journal for the Integration of Technology in Education, 6, 16.
17. Chen, N. S., Quadir, B., & Teng, D. C. (2011). A Novel approach of learning English with robot for elementary school students. In M. Chang et al. (Eds.), Edutainment, LNCS 6872 (pp. 309–316). Heidelberg, Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
18. Costa, M. F. & Fernandes, J. F. (2004, July). Growing up with robots. I.International Conference on Hands on Science, Teaching and Learning Science in the XXI Century, Ljubljana, Slovenia. Erişim Adresi: https://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/18275/1/se3.pdf.
19. Çukurbaşı, B. (2016). Ters yüz edilmiş sınıf modeli ve lego-logo uygulamaları ile desteklenmiş probleme dayalı öğretim uygulamalarının lise öğrencilerinin başarı ve motivasyonlarına etkisi. Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi: Sakarya.
20. Demir, K. & Akpınar, E. (2016). Mobil öğrenmeye yönelik tutum ölçeği geliştirme çalışması. Eğitim Teknolojisi Kuram ve Uygulama, 6(1), 59-79.
21. Eguchi, A. (2014). Robotics as a learning tool for educational transformation. In Proceeding of 4th international workshop teaching robotics, teaching with robotics & 5th international conference robotics in education Padova (Italy) (Vol. 1, pp. 1-6).
22. Eguchi, A. (2016). Computational thinking with educational robotics. In Society for Information Technology & Teacher Education International Conference (pp. 79-84). Association for the Advancement of Computing in Education (AACE).
23. Eroğlu, G., & Hamzaoğlu, E. (2021). Kuvvet ve enerji ünitesinde robotik kodlama etkinliklerinin ortaokul öğrencilerinin fene yönelik tutumlarına etkisi. Anadolu Kültürel Araştırmalar Dergisi, 5(2), 161-169.
24. Eteokleous-Grigoriou, N., & Psomas, C. (2013, March). Integrating robotics as an interdisciplinary-educational tool in primary education. In Society for Information Technology & Teacher Education International Conference (pp. 3877-3881). Association for the Advancement of Computing in Education (AACE).
25. Gerecke, U., & Wagner, B. (2007). The challenges and benefits of using robots in higher education. Intelligent Automation & Soft Computing, 13(1), 29-43.
26. Göksoy, S., & Yılmaz, İ. (2018). Bilişim teknolojileri öğretmenleri ve öğrencilerinin robotik ve kodlama dersine ilişkin görüşleri. Düzce Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 8(1), 178-196.
27. Göncü, A., Çetin, İ., & Top, E. (2018). Öğretmen adaylarının kodlama eğitimine yönelik görüşleri: Bir durum çalışması. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 48, 85-110.
28. Hangün, M. E. (2019). Robot programlama eğitiminin öğrencilerin matematik başarısına, matematik kaygısına, programlama özyeterliğine ve STEM tutumuna etkisi. [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Fırat Üniversitesi:Elazığ.
29. Hangün, M. E., Kalınkara, Y., Bayer, H., & Tekin, A. (2022). Eğitimde robotik kullanımına yönelik araştırmaların incelenmesi: bir içerik analizi çalışması. Erzincan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 24(3), 558-578.
30. Hesse-Biber, S. N. (2010). Mixed methods research: merging theory with practice. USA: Guilford Press.
31. Highfield, K. (2010). Robotic toys as a catalyst for mathematical problem solving. Australian Primary Mathematics Classroom, 15(2), 22-27.
32. Hoehe, M. R., & Thibaut, F. (2020). Going digital: how technology use may influence human brains and behavior. Dialogues in Clinical Neuroscience, 22(2), 93-97.
33. Kanbul, S., & Uzunboylu, H. (2017). Importance of coding education and robotic applications for achieving 21st-century skills in North Cyprus. International Journal of Emerging Technologies in Learning, 12(1), 130–140.
34. Kılınç, A. (2014). Robotik teknolojisinin 7. sınıf ışık ünitesi öğretiminde kullanımı (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Erciyes Üniversitesi: Kayseri.
35. Kim, S. H., & Jeon, J. W. (2008a). Introduction for freshmen to embedded systems using LEGO Mindstorms. IEEE Transactions on Education, 52(1), 99-108.
36. Kim, S. H., & Jeon, J. W. (2008b, April). Using visual programming kit and Lego Mindstorms: An introduction to embedded system. In 2008 IEEE International Conference on Industrial Technology (pp. 1-6).
37. Kim, S., & Lee, C. (2016). Effects of robot for teaching geometry to fourth graders. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education, 24(2).
38. Kirkwood, A., & Price, L. (2014). Technology-enhanced learning and teaching in higher education: what is ‘enhanced’and how do we know? A critical literature review. Learning, media and technology, 39(1), 6-36.
39. Kitchenham, B. (2004). Procedures for performing systematic reviews. Keele University:UK, 33(2004), 1-26.
40. Küçük, S. & Şişman, B. (2017). Birebir robotik öğretiminde öğreticilerin deneyimleri. İlköğretim Online, 16(1), 312-325.
41. Luchin, R. M. (2012). Control engineering education with help of model-based program tools for robotic construction sets. IFAC Proceedings Volumes, 45(11), 425-429.
42. Mataric, M. J. (2004). Robotics education for all ages. In Proc. AAAI Spring Symposium on Accessible, Hands-on AI and Robotics Education (pp. 22-24).
43. Mishra, P., & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: A framework for teacher knowledge. Teachers college record, 108(6), 1017-1054. https://doi.org/10.1111/j.1467-9620.2006.00684.x
44. 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(209-0015), 13.
45. Numanoğlu, M., & Keser, H. (2017). Programlama öğretiminde robot kullanımı mbot örneği. Bartın Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 6(2), 497-515.
46. Okuyucu M. O. (2019). Robotik kodlama eğitiminin lise öğrencilerinin üstbiliş ve yansıtıcı düşünme düzeyleri üzerindeki etkisinin incelenmesi. (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi: Erzincan
47. Ouyang, F., & Xu, W. (2024). The effects of educational robotics in STEM education: A multilevel meta-analysis. International Journal of STEM Education, 11, Article 7. https://doi.org/10.1186/s40594-024-00469-4
48. Özdoğru, E. (2013). Fiziksel olaylar öğrenme alanı için LEGO program tabanlı fen ve teknoloji eğitiminin öğrencilerin akademik başarılarına, bilimsel süreç becerilerine ve fen ve teknoloji dersine yönelik tutumlarına etkisi (Yayınlanmamış yüksek lisans tezi). Dokuz Eylül Üniversitesi: İzmir.
49. Papert, S (1980). Mindstorms:Children, computers, and powerful ideas. New York, NY: Basic Books.
50. Ramli, R., Yunus, M. M., & Ishak, N. M. (2011). Robotic teaching for Malaysian gifted enrichment program. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 15, 2528-2532.
51. Sadik, M. A., Budiyanto, C. W., & Yuana, R. A. (2024). The influence of educational robotics in STEM integrated learning and the development of computational thinking abilities. Journal Nasional Pendidikan Teknik Informatika: JANAPATI, 13(3), 760-768.
52. Silik, Y. (2016). Eğitsel robotik uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının problem çözme becerilerine etkisi [Yayımlanmamış yüksek lisans tezi] Karadeniz Teknik Üniversitesi: Trabzon.
53. Siper Kabadayı, G. (2019). Robotik uygulamalarının okul öncesi çocukların yaratıcı düşünme becerileri üzerine etkisi. [Yayımlanmamış yüksek lisans tezi] Hacettepe Üniversitesi: Ankara.
54. Strawhacker, A., & Bers, M. U. (2015). “I want my robot to look for food”: Comparing Kindergartner’s programming comprehension using tangible, graphic, and hybrid user interfaces. International Journal of Technology and Design Education, 25(3), 293-319.
55. Şişman, B., & Küçük, S. (2018). Ortaokul öğrencilerine yönelik türkçe robotik tutum ölçeğinin geçerlik ve güvenirlik çalışması. Ege Eğitim Dergisi, 19(1), 284-299.
56. Talan, T. (2020). Eğitsel robotik uygulamaları üzerine yapılan çalışmaların incelenmesi. Yaşadıkça Eğitim, 34(2), 503-522. https://doi.org/10.33308/26674874.2020342177
57. Tekin, Y. (2020). Matematik öğretiminde robotik etkinlikler kullanılmasının başarıya etkisi. Akdeniz Eğitim Araştırmaları Dergisi, 14(34),472-493.
58. Üçgül, M., & Çağıltay, K. (2014). Design and development issues for educational robotics training camps. International Journal of Technology and Design Education, 24(2), 203-222.
59. Wei, C. W., Hung, I. C., Lee, L., & Chen, N. S. (2011). A Joyful classroom learning system with robot learning companion for children to learn mathematics multiplication. The Turkish Online Journal of Educational Technology, 10(2), 11-23.
60. Weigand, H. G., Trgalova, J., & Tabach, M. (2024). Mathematics teaching, learning, and assessment in the digital age. ZDM–Mathematics Education, 56(4), 525-541. https://doi.org/10.1007/s11858-024-01612-9
61. Yıldırım, A., & Şimşek, H. (2021). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri (13. baskı). Seçkin Yayıncılık.
62. Yolcu, V., & Demirer, V. (2017). Eğitimde robotik kullanımı ile ilgili yapılan çalışmalara sistematik bir bakış. SDU International Journal of Educational Studies, 4(2), 127139.
63. Zhong, B., & Xia, L. (2020). A systematic review on exploring the potential of educational robotics in mathematics education. International Journal of Science and Mathematics Education, 18(1), https://doi.org/10.1007/s10763-018-09939-y