Ameliyathanede kullanılan cerrahi setlerin öğretimine yönelik bir sanal gerçeklik simülasyonunun geliştirilmesi ve değerlendirilmesi
Development and evaluation of a virtual reality simulation to teach surgical sets used in the operating room
Yazar: ZEYNEP TAÇGIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AHMET ARSLAN
Marmara Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training ; Sağlık Eğitimi = Health Education
Dizin: Bilgisayar destekli öğretim = Computer assisted instruction ; Bilgisayar teknolojisi = Computer technology ; Bilişsel beceriler = Cognitive abilities ; Bireyselleştirilmiş öğretim materyali = Individualized teaching materials ; Hemşirelik eğitimi = Education-nursing ; Psikomotor beceriler = Psychomotor skills ; Sanal gerçeklik = Virtual reality ; Tıp eğitimi = Education-medical ; Öğretim teknolojileri = Instructional technologies ; Öğretim yöntemleri = Teaching methods

Özet:
Bu çalışmanın amacı,  hemşirelik öğrencilerine ameliyat öncesi süreçlere ilişkin prosedür ve kavramların öğretilmesini sağlayarak, öğrenenlere bilişsel bilgi ve psikomotor beceri kazandırmak, bu amaç doğrultusunda öğretim tasarım modelleri kullanılarak bir sanal gerçeklik simülasyonunu tasarlamak, geliştirmek, ürün ve süreç değerlendirmesini yapmaktır. Bu kapsamda, doğal kullanıcı arayüzlü bir sanal gerçeklik simülasyon ortamı tasarlanıp geliştirilmiş ve istatistiksel verilerin elde edilmesinde kullanılmıştır. Bu çalışmada, söz konusu sanal gerçeklik ortamının öğrenme teori ve yaklaşımlarını göz önünde bulundurarak öğretim tasarımı yapılmış, öğretim tasarımı yapılan sanal ortam geliştirilmiş ve geliştirilen ortam öğrenenlere uygulanarak sanal gerçeklik simülasyonunun ürün ve süreç değerlendirmesi yapılmıştır. Ayrıca prosedürel bilgi öğretimi sağlayan sanal gerçeklik simülasyonlarının tasarımı için bir öğretim tasarımı model önerisi sunulmuştur.
Deneyime dayalı öğretim tasarımı aşamaları doğrultusunda yapılandırılmış bu çalışma, nicel ve nitel yöntemlerin birlikte kullanıldığı karma desenli bir çalışmadır. Bu çalışma kapsamında sırasıyla; (1) eğitim ihtiyaç analizinin yapılması için konuya ilişkin literatür verileri analiz edilmiştir. (2) Hemşirelik öğrenim süreci ile ilgili bilgi toplamak ve var olan durumu ortaya koymak amacıyla 5 uzman hemşire ile yarı yapılandırılmış görüşme yapılmıştır. (3) Yarı yapılandırılmış görüşme ile elde edilen verilere içerik analizi uygulanmıştır. (4) İçerik analizleri yardımıyla simülasyon ortamının tasarım bileşenleri belirlenmiştir. (5) İhtiyaç analizi aşamasında elde edilen veriler kullanılarak simülasyon ortamında yer alması gereken bileşen, arayüz ve prosedürleri barındıran kapsamlı bir öğretim senaryosu tasarlanmıştır. (6) Senaryo tasarımı tamamlanan simülasyon ortam bileşenlerinin 3B tasarımları yapılmış ve sanal ortama entegre edilmiştir. (7) Tasarımı yapılan 3B objeler senaryolar dahilinde ve prosedürlere uygun kodlanarak simülasyon geliştirilmiştir. (8) Geliştirilen simülasyon konu ve alan uzmanlarından elde edilen ortam ve yazılım geribildirimleri doğrultusunda sürekli revize edilmiştir. (9) Elde edilen sanal gerçeklik simülasyonunun değerlendirilmesi sürecinde katılımcılara uygulanan "Simülasyon Etkililiği Ölçeği", ve "Tasarım özelliklerinin önemi ve varlığı anketi"nin güvenilirliği arttırmak amacıyla Cohen's Kappa ve Fleiss Kappa katsayıları hesaplanmıştır. İlgili katsayıların hesaplanmasında 2 konu uzmanı ve 3 öğretim tasarımcısına uygulama yaptırılmıştır. (10) Nihai hali verilen simülasyon nitel örnekleme yöntemlerinden kolay ulaşılabilir örnekleme yöntemi ile belirlenen gönüllü on dört öğrenciye uygulanmıştır. Her katılımcı her hafta bir defa olmak üzere toplamda dört tekrarlı uygulama yapmıştır. (11) Uygulanma sonucunda "Simülasyon Etkililiği Ölçeği", "Tasarım özelliklerinin önemi ve varlığı anketi", "Öğrenme tatmin-öz yeterlilik anketi",  "bilgi sınavı", "gözlem formu" ve "yarı yapılandırılmış görüşme" yardımıyla uygulama verileri toplanarak ürün ve süreç değerlendirmeleri yapılmıştır. (12) Uygulamalardan elde edilen nicel verilerin analiz edilmesi için frekans/yüzde değerleri sunulmuş, ayrıca Friedman ve Wilcoxon analizleri kullanılmıştır. Nitel veriler için ise içerik analizi uygulanmış ve kategorilendirilerek alt temalarına ayrılan veriler frekans, yüzde değerleri ve katılımcı yorumları eşliğinde sunulmuştur. (13) Analiz edilen veriler uygun biçimlerde sunulmuş ve yorumlanmıştır. (14) Bulgu ve yorumlar sonrasında gelecek çalışmalar için öğretim tasarımcılarına, konu uzmanlarına, yazılım geliştiricilerine, ürün geliştiricilerine ve eğitim kurumlarına yönelik öneriler geliştirilmiştir. (15) Tüm bu süreçler ve sonuçlardan hareketle, prosedürel bilgilerin öğretimi için bir öğretim tasarımı model önerisi sunulmuştur.
Çalışmadan elde edilen bulgular, katılımcıların simülasyon etkililiği değerlendirme puanlarının ilk uygulamadan itibaren (86/95) yüksek olduğu göstermektedir.  Gerçekleştirilen toplam dört adet tekrarlı uygulamalar arasında yapılan istatistiksel testler, anlamlı farklılığın, birinci ile dördüncü uygulamalar ve üçüncü ile dördüncü uygulamalar arasında ve her ikisinde de dördüncü uygulama lehine olduğunu göstermektedir. Tasarım özelliklerin değerlendirme puanları incelendiğinde, ilk uygulamadan itibaren (95,71/100) tasarım özelliklerinin beğenildiği ve tekrarlı uygulamalar için beğenilme puanının arttığı görülmektedir. Ancak tekrarlı uygulamalar arasında anlamlı bir farklılık bulunmamıştır.  Benzer olarak, katılımcıların öğrenme tatmin ve öz yeterlilik düzeyleri de ilk uygulamada (55,86/60) yüksek çıkmış ve tekrarlı uygulamalarda puanda artış görülmesine rağmen tekrarlı uygulamalar arasında anlamlı bir farklılık tespit edilmemiştir. Bilgi değerlendirme sınav sonuçları, katılımcıların beşinin %100 başarı elde ettiklerini ve onunun başarı puanının 70'in üzerinde olduğunu göstermektedir. Gözlem formundan elde edilen bulgular, katılımcıların ilk uygulamadaki hevesli ve heyecanlı tepkilerinin (f=10), tekrarlı uygulamalarda azalarak yerini rahat (f=7) ve özgüvenli (f=4) tepkilere bıraktığını göstermektedir. Tutumları ise ilk uygulamalarda meraklı (f=6) iken, ilerleyen uygulamalarda azalarak sistemli ve görev odaklı (f=8) bir hal almıştır. Uygulama esnasındaki katılımcı davranışları, ilk uygulamada ne yapacağını bilmeyen (f=4) şeklinde iken ilerleyen uygulamalarda meraklı ve araştırmacı (f=8) öğrenenler haline geldiklerini göstermektedir. Ek olarak gözlem formundan elde edilen bulgular, katılımcıların simülasyon uygulaması sırasında ilgili teknolojiyi kullanmak ve adapte olmak konusunda çeşitli güçlüklerle karşılaştıklarını (f=17) fakat bu güçlüklerin tekrarlı uygulamalarda hızla azaldığını (f=6) göstermektedir. 
Bu çalışma kapsamında elde edilen bulgular, tasarlanan ve geliştirilen sanal gerçeklik simülasyonunun ürün olarak etkili bir araç olduğunu ortaya koymaktadır. Öyle ki geliştirilen öğretim ortamı, tüm tekrarlı uygulamalar için katılımcılar tarafından etkili ve tasarım özellikleri bakımından uygun olarak değerlendirilmiştir. Tekrarlı uygulamalar arasındaki tek anlamlı farklılık, Simülasyon Etkililiği Ölçeğinin güven alt boyutundan kaynaklanmaktadır. Bu durum, katılımcıların kendilerini simülasyon ile öğrenirken daha güvende ve rahat hissettiklerini göstermektedir. Öğrenme süreçleri kapsamında değerlendirildiğinde, tekrarlı uygulamalar sırasındaki katılımcıların tepki, tutum ve davranışları da bu bulguyu desteklemektedir. Ayrıca, öğrenenlerin prosedürel ve uygulamaya dönük bilgileri edinmeleri için doğal kullanıcı arayüzü destekli sanal gerçeklik simülasyonuna ihtiyaçları olduğu ve bu tekniğin etkili bir öğretim ortamı sunduğu görülmektedir. Ancak, öğrenenlerin ilgili teknolojiye aşina olmamaları, öğretimin sürekliliğini gerektirmektedir. Katılımcıların performansı incelendiğinde, ilgili teknolojiye hızla adapte olarak öğrenebildiklerini ortaya koymaktadır. 
Çalışmadan elde edilen veriler öğrenenlerin ilgisini çeken ve öğrenenleri öğrenme ortamı ile vakit geçirmeye teşvik eden sanal gerçeklik öğretim ortamları tasarlanması gerektiğini, ancak bu süreçte öğretim tasarımı yapmak için var olan modellerde eksiklikler bulunduğunu göstermektedir. Bu çalışmada ayrıca, prosedürel bilgilerin öğretimi için bir öğretim tasarımı model önerisi sunulmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to provide cognitive knowledge and psychomotor skills to nursing students by teaching them the necessary procedures and concepts related to preoperative procedures in surgery, and to design and develop of a virtual reality simulation, and evaluate the product and its processes using instructional design models. For this purpose, a virtual reality simulation with natural user interface was developed and used to obtain statistical data. In this study, teaching and learning strategies of the virtual reality environment to be designed are prepared  based on learning theories and approaches, this virtual environment is then  developed and evaluated in terms of process and product efficiency by applying this simulation to learners. In addition, an instructional design model proposal is also presented for the design of virtual reality simulation which provide procedural information teaching.
Althought this study is structured in the direction of heuristic instructional design, it  is, in fact, a mixed study where quantitative and qualitative methods are both used together. Within the scope of this study, the following steps have been achieved in order: (1) The related literature on the subject  were studied for the analysis of educational  requirments.  (2) Semi-structured interviews were conducted with 5 expert nurses in order to gather information about the nursing education process and to reveal the existing situation. (3) Content analysis was applied to the data obtained by semi-structured interview. (4) Design components of the simulation environment have been determined with the help of content analysis. (5) An extensive scenario storyboard has been devised which includes the components, interfaces and procedures to be included in the simulation environment using the data obtained during the analysis phase. (6) Through this scenario, 3D design of the  simulation components has been made and  integrated into the virtual environment. (7) The simulation has been developed by coding these 3D objects, developed according to the scenarios and procedures. (8) The developed simulation has been constantly revised using feedback information on the environment and software obtained from the field experts. (9) Cohen's Kappa and Fleiss Kappa coefficients were calculated to increase the reliability of the "Simulation Effectiveness Scale"  and "Preference and existence survey of design features" to be applied to the participant in the evaluation of the virtual reality simulation. In the calculation of these coefficients, 2 subject specialists and 3 teaching designers have been used in the  implemention of this simulation. (10)This finalised version of the simulation is implemented to fourteen volunteer students, identified by convenient sampling method as a qualitative research method.  Each participant performed a total of four repetitions once a week. (11) As a result of the application, application data were gathered for product and process  evaluation by using "Simulation Effectiveness Scale", "Presence and Importance of Design Characteristics Survey", "Student Satisfaction and Self-Confidence in Learning Survey", "information exam", "observation form" and "semi-structured interview". (12) Frequency / Percentage values are presented by analyzing the quantitative data obtained from the applications, also Friedman and Wilcoxon analyzes are used. For qualitative data, content analysis is applied, data is categorized and presented together with the frequency table, percentage values and participant comments. (13) The analyzed data are presented and interpreted in appropriate formats. (14) After findings and interpretations, suggestions have been made to instructional designers, subject specialists, software developers, product developers and educational institutions for future studies. (15) Based on all these processes and conclusions, a teaching design model proposal for teaching procedural knowledge is then presented.
Findings of the study show that the assessment scores of participants for simulation effectiveness are high (86/95) since the first application.  Statistical tests among the total of four replicate applications show that there are significant differences between the first and fourth applications and between the third and fourth applications and both in favor of fourth application. When the evaluation scores of the design features were examined, it is seen that the design features were liked starting from the first application (95,71 / 100) and the score of rating for repeated applications were increased. However, there was no significant difference between repeated applications. Similarly, learning satisfaction and self-efficiency levels of participants were higher with effect from the first application (55,86 / 60) and increased for repeated applications. Also, no significant difference was found between repeated applications. The information evaluation test results show that five of the participants achieved 100% success and achievement scores of ten of participants was over 70. Findings from the observation form show that the enthusiastic and excited reactions of the participants in the first application (f = 10) decrease for repetative applications and leave their place to comfortable (f = 7) and confident (f = 4) reactions. Their attitudes were curious (f = 6) in the first applications, but decreased for iterative practices and became systematic and task-focused (f = 8). Participant behaviors during the application show that they do not know what to do in the first application (f = 4) despite the fact that for follow-up applications they become curious and researcher (f = 8) learners. In addition, findings from the observation form demonstrate that participants encountered various difficulties (f = 17) to use and adapt the virtual reality technology during simulation application, but that these difficulties diminish rapidly in repetative applications (f = 6).
The findings of this study show that the designed and developed virtual reality simulation is an effective tool as a product. Such that, the developed teaching environment has been evaluated as effective and suitable with regards to design preferences for all repetitive practices by the participants. The only significant difference between repetitive applications is the confidence subscale of the Simulation Effectiveness Scale. This situation shows that the participants feel more confident and comfortable when they learned through the simulation. When assessed within the context of learning processes, respondents, attitudes and behaviors of participants in repetitive practices also support this finding. In addition, it seems that virtual reality simulations with natural user interface support to acquire procedural and practical information, and this technique offers an effective teaching environment. However, the fact the learners are not familiar with the related technology, this requires continuity in education. When the performance of the participants is considered, it reveals that they can quickly adapt the related technology.
The data obtained from the study show that the virtual reality teaching environments, that attract the attention of the learners and encourage them to spend time with the learning environment, need to be designed but there are deficiencies in the models to make instructional design in this process. This study also proposes a instructional design model  for teaching procedural knowledge.