Sanal gerçeklik temelli bir eğitim ortamının tasarlanması, geliştirilmesi ve test edilmesi: IoT eğitimi örneği
Design, development and evaluation of educational virtual reality environment: A case of IoT education
Yazar: ALİ GERİŞ
Danışman: PROF. DR. NESRİN ÖZDENER DÖNMEZ
Marmara Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Eğitim ortamı = Educational environment ; Eğitim teknolojisi = Education technology ; Nesnelerin interneti = Internet of things ; Sanal gerçeklik = Virtual reality ; Sanal kampüs = Virtual campus ; Öğretim teknolojileri = Instructional technologies ; Üç boyutlu simulasyon = Three dimensional simulation

Özet:
Sanal gerçeklik teknolojileri yaklaşık altmış yıllık bir geçmişe sahip olsa da özellikle
yirmi birinci yüzyıl başlarından sonra hızla yaygınlaşmış, bireylerin sanal gerçeklik
teknolojilerinden ve ortamlarından eğitsel amaçlı faydalanabilmeleri noktasında son
dönemlerde sayısız çalışma gerçekleştirilmiştir. Buna karşın bilimin doğası gereği bu alanda
da birçok problem yaşandığı ve kullanıcıları etkileyen çok sayıda unsur olduğu tespit
edilmiştir. Dahası sanal gerçeklik ortamlarında gerçekleştirilen eğitim süreçlerini geniş bir
çerçeveden ele alan çalışmalara ihtiyacın arttığı her geçen gün daha çok araştırmacı
tarafından dile getirilen bir durum olmuştur. Bu bağlamda araştırmanın amacı, içerisinde
pedagojik, tasarım ve teknik basamakların yer aldığı bir model ışığında sanal gerçeklik
temelli bir eğitim ortamının tasarlanması, geliştirilmesi ve test edilmesi sürecini bütüncül bir
bakış açısı ile deneyimlemek ve raporlamak olarak belirlenmiştir. Çalışmada, bu araştırma
kapsamında geliştirilerek EVRECA şeklinde isimlendirilen ve öğrenenlere beceriye dayalı
bir eğitim ortamı sunan platformun; tasarlanması ve geliştirilmesi sürecinin etkili bir şekilde
yürütülmesine ilişkin adımlar atılması, öğrenme deneyimi üzerindeki etkisinin test edilmesi,
katılımcıların bilişsel – psikolojik yönlerine olan etkilerinin ve aralarındaki ilişkinin tespit
edilmesi ve platformun teknik açıdan performans verimliliğinin incelenmesi hedeflenmiştir.
Belirlenen amaç ve hedefler doğrultusunda çalışma, Eğitsel Tasarım Araştırması
metodolojisi temel alınarak iki mezo döngülü bir yapıda gerçekleştirilmiştir. EVRECA
platformunun tasarım ve geliştirme süreci ise VRID tasarım modeline uygun olarak
yürütülmüştür. Araştırmanın uzman grubu içerisinde on üç kişi yer alırken; EVRECA
platformunda gerçekleştirilen birinci değerlendirme uygulamasında dört, ikinci
değerlendirme uygulamasında on dört katılımcı yer almıştır. Platform içerisinde yer alan
Nesnelerin İnterneti eğitim süreci her katılımcı ile tek oturumda gerçekleştirilmiş,
uygulamalar sonrasında veri toplama aracı olarak "Akademik Başarı Testi, Uygulama
Sınavı, Bilişsel Yük Ölçeği, Bulunuşluk Hissi Ölçeği, Duygu Kafesi Ölçeği ve Yarı
Yapılandırılmış Görüşme Formundan" faydalanılmıştır. Ortamın teknik verimliliğin analiz
edilmesi sürecinde ise Unity Stats ve Graphy araçlarından yararlanılmıştır.
Çalışma sonunda ortaya konulan tasarım modeli seçim kriterleri çerçevesinin, eğitsel
sanal gerçeklik ortamlarının bütüncül bir bakış açısıyla tasarlanması ve geliştirilmesi sürecine ışık tutabileceği; kazanımların, senaryonun, destekleyici öğretim stratejilerinin,
oyunlaştırma bileşenlerinin, etkileşim imkânlarının ve aslına uygun üç boyutlu model
kullanımının tasarım ve geliştirme sürecindeki önemli adımlar olduğu, etkili bir eğitsel sanal
gerçeklik ortamının tasarlanması ve geliştirilmesi sürecinde bu etkenlere özellikle dikkat
edilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Öğrenme deneyimi özelinde elde edilen bulgular
incelendiğinde sanal gerçeklik ortamında gerçekleştirilen eğitimin ardından katılımcıların
akademik başarılarının anlamlı ve büyük etki düzeyinde arttığı, uygulama sınavından yüksek
bir başarı elde ettikleri, akademik başarıları ile uygulama sınavı puanları arasında pozitif
yönde çok yüksek düzeyde anlamlı bir ilişki olduğu ve kalıcılık testi verilerine göre
eğitimden edinilen bilgilerin kalıcı olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, eğitsel sanal
gerçeklik ortamında gerçekleştirilen eğitimin hem bilişsel hem de beceri düzeyinde
öğrenmeyi sağlayabildiğini aynı zamanda kalıcı bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.
Araştırmanın diğer sonuçlarına göre katılımcıların bulunma hissi ve bilişsel
yüklenmeleri arasında ters yönde; bulunma hissi ile duygu ve uyarılma düzeyleri arasında
ise pozitif yönde bir ilişki olduğu görülmüştür. Çalışmada sanal gerçeklik deneyimi sırasında
gerçekleşebilecek terleme, kabloların oluşturduğu hareket kısıtlılığı ve bakış açısından
kaynaklı problemlerin katılımcıların bilişsel – psikolojik yönlerini olumsuz yönde
etkileyebileceği ortaya konulurken; eğitim içeriğinde yer alan video izleme etkinliğinin de
bilişsel yüklenme üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Buna
karşın, akademik başarı ve uygulama sınavı ile diğer ölçek verileri arasında herhangi bir
ilişki tespit edilememiştir. Son olarak teknik verimlilik açısından elde edilen bulgular
incelendiğinde ise ortamın sahip olduğu performans verimliliğinin birinci uygulamanın
ardından gerçekleştirilen iyileştirme çalışmaları sonrasında arttığı ve ikinci uygulama
sırasında optimum düzeyde olduğu belirlenmiş; performans verilerinin sanal gerçeklik
deneyimi üzerinde dikkate değer bir etkisinin olabileceği sonucuna varılmıştır.
En nihayetinde, bütüncül bir yaklaşımla ele alınan bu araştırma sonunda; eğitsel sanal
gerçeklik ortamlarının geliştirilmesi süreci, ortamın pedagojik ve tasarımsal özelliklerinin
etkileri, ortamın bilgi ve beceri düzeyindeki öğrenmeye etkisi, ortamın kullanıcılar üzerinde
oluşturduğu bilişsel – psikolojik etkiler ve ortamın teknik verimliliğine yönelik alan
uygulayıcılarına ve geliştiricilere öneriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Sanal Gerçeklik, Eğitsel Sanal Gerçeklik Kampüsü, EVRECA, Nesnelerin İnterneti, Bulunma Hissi, Bilişsel Yük, Teknik Verimlik.

Abstract:
A rapid increase in using virtual reality for educational purposes has been seen in the
past two decades, although it has a history of about sixty years. A considerable amount of
literature has been published about the use of virtual reality in education; however, it has
been determined that there are many problems in this field due to the nature of science and
there are many factors affecting users. Moreover, the need for educational virtual reality
studies with a holistic perspective is increasing, and it has been expressed by more and more
researchers every day. In this context, the purpose of this study is to experience and report
the process of designing, developing, and testing an educational virtual reality environment
in the light of a model that includes pedagogical, design and technical steps with a holistic
perspective. This dissertation has examined the way in which the platform was developed
within the scope of research and named EVRECA, and which offers a skill-based education
environment to learners. Furthermore, it is aimed to take steps for the efficient execution of
the design and development process, to test the effect on the learning experience, to
determine the effects on the participants' cognitive and psychological aspects, as well as their
relationship, and to examine the platform's technical performance efficiency.
In line with the determined goal and objectives, the methodological approach taken in
the study is Educational Design Research and the study was carried out in a two meso loop.
The design and development process of the EVRECA platform conducted in accordance
with the VRID design model. Thirteen people were included in the expert group of the
research, four participants took part in the first evaluation practice and fourteen participants
in the second evaluation practice carried out on the EVRECA platform. The Internet of
Things training process in the platform was completed in a single session with each
participant. Then, Academic Achievement Test, Practice Exam, Cognitive Load Scale,
Presence Questionnaire, The Affect Grid, and Semi-Structured Interview Form were used as
data collection tools after the practices. The Unity Stats and Graphy tools were used to
analyze the platform's technical efficiency.
The framework of design model selection criteria revealed at the end of the study can
shed light on the process of designing and developing educational virtual reality
environments from a holistic perspective; it was concluded that educational attainments, scenario, supportive learning strategies, gamification elements, interaction opportunities,
and the use of realistic and faithful three-dimensional models are all important factors in the
design and development of educational virtual reality environments. In the process of
designing and developing an efficient educational virtual reality environment, these issues
should be given specific consideration. When the results of the learning experience are
analyzed, the participants' academic achievement increased significantly and with a large
effect following their training in the virtual reality environment; they had high success on
the practice exam; and there was a very high level of positive correlation between their
academic achievement and the practice exam and retention test scores. At this point, it has
been concluded that teaching in an educational virtual reality environment may give learning
on both cognitive and skill levels, as well as having a long-term influence.
According to other results of the research there was a negative relationship between the
participants' sense of presence and their cognitive load; it has been observed that there is a
positive relationship between the sense of presence and the levels of pleasure and arousal.
In the study, it was revealed that the sweating that may occur during the virtual reality
experience, the limitation of movement caused by the cables, and the problems caused by
the point of view may negatively affect the sense of presence and cognitive load levels of
the participants. It has been concluded that the video watching activity included in the
training content also may negatively affect cognitive load. However, no significant
relationship was found between academic achievement and practice exams and other scales.
Finally, in terms of technical efficiency, it has been determined that the performance
efficiency of the environment increased after the revisions made after the first loop and was
at an optimum level during the second loop. This revealed that the performance data can
have a remarkable effect on the virtual reality experience.
Ultimately, at the end of this research, which was handled with a holistic approach;
considerable suggestions have been presented to researchers and developers, in terms of the
development process of educational virtual reality environments, the effects of the
pedagogical and design features of the environment, the effect of the environment on
learning at the knowledge and skill level, the cognitive-psychological effects of the
environment on users and the technical efficiency of the environment.

Keywords: Virtual Reality, Educational Virtual Reality Campus, EVRECA, Internet of Things, Sense of Presence, Cognitive Load, Technical Efficiency.