Mimari tasarım eğitiminde strüktür bilgisini sanal ortam desteği ile geliştirme amaçlı bir model
A model for developing structural knowledge in architectural design education with the support of virtual environment
Yazar: NİSANUR ÖZÇELİK
Danışman: PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Mimarlık eğitimi = Architectural education ; Sanal gerçeklik = Virtual reality ; Strüktür = Structure

Özet:
Günümüzde bilim ve teknolojinin gelişimi ile etkin bir hale gelen sanal gerçeklik teknolojisinin potansiyelleri, birçok alanda eğitim açısından değerlendirilmektedir. Eğitim, sanal ve sayısal teknolojiler ile birlikte giderek hızlanan bir dönüşüm ve gelişim içine girmiştir. Mimarlık eğitiminde de tasarım, tarih ve teknik dersler için bu dönüşüm üzerine çalışılmaktadır. Bu çalışmada, bu dönüşümün mimarlık alanında strüktürel eğitime katkı sağlayabilecek bir yazılım desteği önerisinin geliştirilebilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın gerekçesi, öğrencinin pasif ve kuramsal olarak öğrendiği mimarlıkta strüktür bilgisini, tasarım bilgisiyle yeterince bağdaştıramamasından doğan eğitim eksikliklerinin giderilmesidir. Çalışmanın amacı ise, öğrencinin strüktürel eğitim derslerinde öğrendiği strüktürel bilgiyi tasarımsal bilgisiyle entegre edebileceği bütünsel ve kapsayıcı bir sanal ortam önerisi geliştirmektir. Yapılandırmacı eğitim ve bilişsel gelişim teorilerinden yola çıkarak, mimarlık öğrencilerin sanal bir oyun ortamında, deneyip yanılma yoluyla eğitim ortamına aktif bir şekilde katılım gösterip kuramsal bilgiyi daha iyi kavramaları ve tasarım bilgisiyle bağdaştırabilmesi beklenmektedir. Bu doğrultuda mimarlıkta strüktür eğitiminin, öğrenim açısından var olan sorunları tespit edilerek, geliştirilmesi düşünülen ortam için sanal gerçeklik ortamının potansiyellerinden yararlanma olasılıkları araştırılacaktır.
Giriş bölümünde çalışmanın amacı, kapsamı ve yöntemi kısaca anlatılmıştır. İkinci bölümde, öncelikle, sanal gerçeklik teknolojisinin eğitimde kullanımının önemi belirtilmiştir. İnsanların ürettikleri bilginin deneyimlerine dayandığını savunan yapılandırmacı eğitim ve öğrenmenin en iyi yolunun öğrencinin çok duyusal bir ortamda birbirleriyle ve eğitimcileriyle iletişim kurarak olduğunu söyleyen bilişsel gelişim teorileri araştırılarak sanal gerçeklik ve faydaları ile bağdaştırılmıştır. Seçilen ulusal ve uluslararası üniversitelerdeki mimarlıkta strüktür eğitimi müfredatları, verilen dersler özelinde araştırılmıştır. Bu üniversitelerdeki mimarlıkta strüktür eğitimini içeren dersler, işleniş şekilleri açısından incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Öğrencinin mimarlıkta strüktür eğitimi ile öğrenim ilişkisi irdelenmiştir. Daha sonra sanal gerçeklik teknolojisinin eğitime katkıları araştırılmış, bütüncül olarak eğitimde ve özel olarak mimarlık eğitiminde kullanımına dair örnekler ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Bu veriler sonucunda mimarlıkta strüktür eğitiminin eksik yönleri keşfedilerek sanal gerçeklik teknolojisinin kullanımı ile fayda sağlanabileceği keşfedilmiştir. Ayrıca sanal gerçeklik teknolojisinin mimarlıkta strüktür eğitimi derslerinde etkili bir ders destek materyali olabileceği sonucuna varılmıştır. Bu bağlamda mimarlıkta strüktür eğitimi özelinde tespit edilen sorunların derlenmesiyle, geliştirilecek sanal ortam önerisi için bir altyapı oluşturulmuştur. Bu altyapının yapılandırmacı eğitim teorisi ve bilişsel gelişim teorileri ile bağdaşması öngörülmektedir. Üçüncü bölümde çalışmanın yöntemi tanımlanmıştır ve sanal gerçeklik teknolojisi incelenmeye başlanmıştır. Tarihi, sistem bileşenleri, arayüz tasarımı, yan etkileri, ve türleri şeklinde başlıklar altında sanal gerçeklik teknolojisi araştırılmıştır. Sanal gerçeklik teknolojisini ulaşılabilirliği tartışılmış ve sanal gerçeklik ortamlarında kullanılan arayüzler incelenerek önemi irdelenmiştir. Elde edilen bu bilgilerin önerilecek sanal ortamın yapılandırılma ve tasarlanması aşamasında faydalı olması beklenerek dördüncü bölüme geçilmiştir.
Dördüncü bölümde çalışmanın amacı olan sanal gerçeklik ortamı önerisi geliştirilmiştir. Çalışmanın önceki bölümlerinde araştırılan ve irdelenen yapılandırmacı eğitim teorisi ve bilişsel gelişim teorileri, ulusal ve uluslararsı mimarlıkta strüktür eğitimi müfredatları ve eğitimde sanal gerçeklik uygulamaları göz önünde bulundurularak mimarlıkta strüktür eğitimi müfredatı için ders destek materyali olabilecek bir sanal ortam önerisi ve çerçevesi sunulmuştur. Burada öncelikle önerilecek olan sanal ortamın dersle ilişkisini belirlenmesi adına bir çerçeve belirlenmiştir. İkincil olarak arayüz tasarlanması başlığı altında kullanıcının sanal ortamda göreceklerinin açıklandığı fiziksel arayüz ve tasarlanan arayüzün kullanımını anlatan sayısal arayüzler açıklanmıştır. Sonrasında uygulamanın kullanılması planlanan gerçek dünyada ve dijital dünyadaki hareketleri tanımlanmıştır. Uygulamanın çalıma prensipleri açıklanmış ve etkileşimleri anlatılmıştır. Böylece önerilen sanal ortam çalışma kapsamında bitirilmiştir.
Son olarak ise çalışmanın önceki bölümlerinde elde edilen veriler toplanarak bir sonuca bağlanmıştır ve çalışmanın kapsamına dahil olmayan ve ileride çalışmanın ilerletilebilmesi adına yapılabilecek gelecek uygulamaları ve çalışmaları üzerine tartışılmıştır.

Abstract:
Today, the potentials of virtual reality technology, which has become effective with the development of science and technology, are evaluated in terms of education in many areas. Education has entered into a transformation and development that is accelerating day by day with virtual and digital technologies. This transformation in architectural education is studied for design, history and technical courses. In this study, it is aimed to develop a software support proposal that can contribute to the structural education of this transformation in the field of architecture. The aim of the study is to eliminate the educational deficiencies caused by the student's inability to adequately reconcile the knowledge of structure, which he has learned passively and theoretically in architecture, with the knowledge of design. The aim of the study is to develop a holistic and inclusive virtual environment proposal where the student can integrate the structural knowledge learned in the structural education courses with the design knowledge. Based on constructivist education and cognitive development theories, architecture students are expected to actively participate in the educational environment through trial and error in the virtual game environment, to better comprehend theoretical knowledge and to associate it with design knowledge. In this direction, the existing problems of structural education in architecture in terms of learning will be determined and the possibilities of benefiting from the potentials of the virtual reality environment for the environment planned to be developed will be investigated.
In the introduction, the aim, scope and method of the study are briefly explained. In the second part, first of all, the general framework and relations of the research were determined and briefly explained. The importance of using virtual reality technology in education was emphasized. Examples of the use of virtual reality in education were examined. The benefits of using them are discussed. Then, the benefits of constructivist education and cognitive development theories and virtual reality technology in education were determined. Constructivist educational theory involves making connections between existing knowledge and new knowledge and argues that knowledge is retained more permanently in a multi-sensory environment. In cognitive development theory, knowledge is not accepted as it is, it is discovered. With this information, the virtual reality part in architectural education has been passed. It is discussed in the light of information about the use of virtual reality in the design process or in different branches. In the next part of the study, structural education in architecture started to be examined. Structural education curricula in architecture at selected national and international universities were researched specifically for the courses given. Five schools that provide leading architectural education from Turkey were selected. According to the QS university ranking from the world, the best 6 schools have been selected by paying attention to their being from different countries. Architectural education is divided into three courses: design knowledge, building knowledge and history knowledge. Then, the building information section is divided into four: building systems, structural systems, building physics and building management. From this point of view, within the scope of the thesis, it was decided to conduct a special research on the courses related to building systems and structural systems. The courses in which building education in architecture took place in these universities were examined and compared in terms of the way they were taught. Processing methods were divided into six groups as lecture, case study, project/application, laboratory, excursion and seminar. In line with these processing methods, the relationship between the education received by the student and architectural education has been examined. According to the analysis made, it has been seen that the way of teaching the subject in structure education in architecture and case study covers a large part of the course when all the ways of processing are examined. From this point of view, it has been determined that structural education in architecture is handled with a passive, single-centered education approach away from design studios.After the analysis of building education in architecture, virtual reality applications that were made and applied before were examined. Thus, it is aimed to determine how solutions are produced against the existing training methodology. Here, attention has been paid to the fact that it is an applied case study and an immersive virtual reality type. These studies were categorized and examined and inferences were made about their benefits. When the studies were examined, it was seen that all but one proceeded on the existing model and the importance of visual quality - interface design. As a result of these data, it has been discovered that the deficiencies of structural education in architecture can be discovered and the use of virtual reality technology can be beneficial. In addition, it has been concluded that virtual reality technology can be an effective course support material in structural education courses in architecture. The most important point is that instead of covering the whole course, it is used as an aid in a part of the course. In this context, an infrastructure was created for the virtual environment proposal to be developed by compiling the problems identified in building education in architecture. It is predicted that this infrastructure will be compatible with constructivist education theory and cognitive development theories.
In the third chapter, the method of the study is defined and virtual reality technology is started to be examined. Virtual reality technology has been researched under the titles of history, system components, interface design, side effects, and types. The accessibility of virtual reality technology has been discussed and the importance of the interfaces used in virtual reality environments has been examined. It is anticipated that this information will be useful in the construction and design of the virtual environment to be proposed, and the fourth section has been passed.
In the fourth chapter, the virtual reality environment proposal, which is the aim of the study, has been developed. Considering the constructivist education theory and cognitive development theories, national and international architectural education curricula and virtual reality applications, which were researched and examined in the previous parts of the study, a virtual environment proposal and framework that can be a course support material for construction is presented. Here, firstly, a framework has been determined to determine the relationship of the virtual environment to be proposed with the course. Accordingly, parts of active lecture - exercises and assessments - will be used as a support for the lesson. It is foreseen that the interaction between the instructor and the student will increase. Secondly, under the title of interface design, the physical interface that the user will see in the virtual environment and the digital interfaces describing the use of the designed interface are explained. In the physical interface, the tasks determined for the virtual environment, which controller to use and why are explained. In the digital interface, the library's input system is specified and it is explained what kind of system the user will encounter. The working principles of the application, physical movement and digital movement and interaction titles have been fictionalized under the title of working principles and interactions of the application. Accordingly, there are verbal and visual explanations about what the user should do and how he should see in his experience. Thus, the proposed virtual environment within the scope of the study has been completed.
Finally, the data obtained in the previous parts of the study were collected and a conclusion was reached. Accordingly, it has been concluded that virtual reality technology can be used effectively as a course support material in building education in architecture and this support can positively affect the course. Future applications, studies that are beyond the scope of this study and that can be done to move the study forward are discussed. Accordingly, the potentials of the study through different versions are explained. In addition, it has been determined that the proposed versions of the study can be put into practice and applied together with the student in the building systems and structural systems courses throughout the semester. It is foreseen that different developments will occur with the trial of the application. Thus, the effect on the student and the lesson can be seen. In addition, this study is expected to be a source for similar studies to be done in the future.