Üstbilişsel becerilerin geliştirilmesi amacıyla insan- robot etkileşimi algoritmalarının tasarlanması
Designing human-robot interaction algorithms for improving metacognitive skills
Yazar: SİBEL BARIN ÖZKAN
Danışman: DOÇ. DR. METİN TOZ
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Günümüz teknolojisinde robotlar artık yaşamın her alanında yer almaktadırlar. Dolayısıyla robotların eğitim alanına da etki etmemesi düşünülemez. Robot simülatörler, geliştiricilerin akıllı sistemleri gerçek ortamlara koymadan önce test etmelerine ve geliştirmelerine olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada robotların eğitimde kullanılması özel olarak üstbilişsel yeteneklerin geliştirilmesi ve tahmini açısından ele alınmıştır. Bu tez çalışmasında iki araştırma problemi etrafında çalışılmıştır. Birincisi; robot-insan etkileşimi alanında öğrenme modellerini takip eden yöntemlerin test edilmesi ve geliştirilmesi için bir simülasyon ortamı sağlanmıştır. Robot simülasyonu, CoppeliaSim isimli yazılımın kendi yerel dilinde (yani LUA) programlanmıştır. Simülasyon, ders planı yapan bir insansı robotu konu edinmektedir. Araştırmanın çalışma grubu Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesinde görev yapan 64 (32 deney, 32 kontrol) akademisyenden oluşmaktadır. Uygulama süreci 8 haftalık bir ders dönemini kapsamaktadır. Verilerin bir bölümü, deney ve kontrol gruplarından MCQ-30 (Metacognition Questionnaire-30) ölçeği aracılığıyla toplanmıştır. Diğer kısmı ise sadece deney grubunun robot simülasyonu ile yaptıkları ders planı hazırlama kapsamında yanıtladıkları üstbilişsel strateji soruları ile elde edilmiştir. Bu doğrultuda üstbilişsel strateji desteği alarak ders planı hazırlayan öğretim elemanlarının üstbiliş puanlarına olan etkisine ve öğretim elemanlarının robot simülasyon kullanım sürecine ilişkin görüşlerine ilişkin sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, robot simülasyon ile üstbilişsel strateji kullanım desteği verilen öğretim elemanlarının sontestleri öntest puanlarına göre artış göstermiştir. Bunun yanında robot simülasyon kullanmayan ve geleneksel süreci takip eden kontrol grubunda yer alan öğretim elemanlarının ise öntest-sontestleri arasında anlamlı bir farklılık görülmemiştir. Buna göre, deney grubunda yer alan kişilerin üstbiliş puanlarında, robot simülasyon ile düzenlenen uygulamaların etkili olduğu görülmektedir. İkinci araştırma probleminde ise 250 katılımcı ve 32 özellik içeren veri seti kullanılarak bir makine öğrenmesi modeli geliştirilmiştir. Bu modelin amacı yukarıda ifade edilen 30 sorudan oluşan testi yapan bir kişinin tezin ilk aşamasında geliştirilen simülasyon ile üstbiliş eğitim, planlama, izleme ve değerlendirme eğitimi almasına gerek olup olmadığına karar vermektir. Tez çalışmasında sözü edilen sınıflandırma modeli başta CNN olmak üzere, SVM, Karar Ağaçları gibi birçok algoritma ile test edilmiş ve sonuclar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Abstract:
In today's technology, robots are now involved in every aspect of life. Therefore, it is unthinkable that robots should not affect the field of education. Robot simulators can help developers to test and improve intelligent systems before putting them into real environments.   In this study, the use of robots in education is specifically addressed in terms of the development and prediction of metacognitive abilities. This thesis is organized around two research problems. First, a simulation environment is provided for testing and developing methods that follows learning models in the field of robot-human interaction. The robot simulation is fully programmed in its native language (i.e. LUA) of the CoppeliaSim software. The simulation is about a humanoid robot making lesson plans. The study group of the research consists of 64 (32 experimental, 32 control) academicians working at Zonguldak Bülent Ecevit University. The implementation process covers an eight-week course period. Some of the data were collected from the experimental and control groups through the MCQ-30 (Metacognition Questionnaire-30) scale. The other part was obtained only from the metacognitive strategy questions answered by the experimental group within the scope of lesson plan preparation with robot simulation. In this direction, results were obtained regarding the effect on the metacognition scores of the instructors who prepared lesson plans by receiving metacognitive strategy support and the opinions of the instructors about the robot simulation usage process. According to the results, the posttests of the instructors who were given metacognitive strategy use support with robot simulation increased compared to the pretest scores. On the other hand, there was no significant difference between the pre-test and post-test scores of the instructors in the control group who did not use robot simulation and followed the traditional process. It is seen that the applications organized with robot simulation are effective in the metacognition scores of the people in the experimental group. In the second research problem, a machine learning model was developed using a data set containing 250 participants and 32 features. The purpose of this model is to decide whether a person who performs the test consisting of 30 questions mentioned above needs to receive metacognition training, planning, monitoring and evaluation training with the simulation developed in the first stage of the thesis. The classification model mentioned in the thesis is tested with many algorithms such as CNN, Decision Trees and  SVM results are presented comparatively.