Teknik resim derslerinde kullanılmak üzere etkileşimli 3 boyutlu ders içeriklerinin geliştirilmesi ve öğrenme üzerindeki etkilerinin araştırılması
Developing interactive three dimensional contents for use in technical drawing course and investigating the effect on learning process
Yazar: MEHMET VEHBİ BALAK
Danışman: PROF. DR. MURAT KISA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada mühendislik fakültesi akademik eğitim programlarında yer alan teknik çizim derslerinde kullanılmak üzere artırılmış gerçeklik (AG) ve sanal gerçeklik (SG) teknolojisine dayalı etkileşimli üç boyutlu (E3B) ders içerikleri geliştirilmiş, geliştirilen ve uyarlanan ölçme araçları ile bu içeriklerin öğrencilerin uzamsal canlandırma becerileri ve akademik başarıları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla Augment® yazılım firmasının desteğiyle akıllı telefon ve tabletler ile kullanılan artırılmış gerçeklik uygulamaları geliştirilmiş; artırılmış gerçeklik teknolojisi kullanarak bir çalışma kitabı hazırlanmış ve 2015-2016 öğretim yılı yaz döneminde Teknik Resim dersinde kullanılmıştır. Üniversite seviyesindeki öğrencilerin uzamsal görselleştirme becerilerini ölçmek için kullanılan Purdue Uzamsal Görselleştirme Testi (PUGT-D) uygulanmış, biçimlendirici çalışma tekniği ile artırılmış gerçeklik teknolojisinin  teknik çizim dersi konularının öğretilmesinde ve öğrenilmesinde ne kadar etkili olduğunu belirlemek amacıyla likert tipi anket uygulanmıştır. Öğrencilerin yaz dönemindeki akademik başarıları, dönem başı ve sonundaki uzamsal becerileri ve anket sonuçları istatistiksel olarak incelenmiştir. Artırılmış gerçeklik teknolojisinin uygulanmasında PUGT-D ilk ve son test sonuçlarının karşılaştırılması sonucu öğrencilerin ortalama uzamsal canlandırma becerileri puanları arasındaki farkın istatistiksel olarak anlamlı olduğu (p<0.05), geliştirilen ders içeriklerinin öğrencilerin bu becerilerinin gelişimine katkı sunduğu görülmüştür. Öğrencilerin 1. ara sınav (AGT başlangıç), 2. ara sınav (AGT yoğun kullanım) ve final sınavı (AGT kullanılmadan) puanları karşılaştırıldığında ortalama sınav puanları arasındaki farkın istatistiksel olarak anlamlı olduğu belirlenmiştir (p<0.05). Çalışmanın ikinci bölümünde, içerisinde sanal gerçeklik teknolojisinin kullanılabileceği iki adet sanal sınıf oluşturulmuştur. Bu sınıflardan birine Teknik Resim kitabında yer alan parçaların dijital modelleri, diğerine ise kesit modelleri yerleştirilmiştir. Sanal sınıf duvarlarına  ise modellerin kesit ve izdüşüm görünüşleri yerleştirilmiştir. Öğrenciler, sanal gerçeklik gözlüğü ve kontrol kolları yardımıyla sanal modellerle etkileşim kurmuş ve modelleri kavrayarak ait oldukları görünüşlerin önüne yerleştirmişlerdir. Bu şekilde parçaların düzlemsel görünüşlerinde algılayamadığı derinlikleri ve boşlukları  sanal modeller vasıtasıyla tam anlamıyla algılayabilmişlerdir. Hazırlanan bu materyaller 2017-2018 güz döneminde Teknik Resim dersinde kullanılmıştır. Güz döneminde öğrenci mevcudiyetinin uygun olmasından dolayı deney (f=36) ve kontrol grubu (f=34) oluşturulmuştur. Uygulamaya sadece deney grubu öğrencileri katılmıştır. Dönem başında ve sonunda PUGT-D (Purdue Uzamsal Canlandırma Testi – Döndürme) beceri testi uygulanmıştır.  Sanal gerçeklik teknolojisinin Teknik Resim dersindeki etkisini ortaya koymak üzere bu doktora çalışmasında likert tipi TEÇİSGUD (Teknik Çizim Dersinde Sanal Gerçeklik Uygulamalarını Destekleme) tutum ölçeği geliştirmiş ve uygulanmıştır. Dönem sonunda ölçeği doğrulamak ve güvenilirlik analizi yapmak için öğrencilerin 6 maddelik ölçeğe verdikleri cevapları içeren veriler  toplanmıştır. Veriler, ölçeğin yüksek düzeyde geçerlilik ve güvenilirliğe sahip olduğunu; 6 maddenin birbiriyle ilişkili ve ölçek için gerekli olduğunu ortaya koymuştur. Ölçek maddelerinin analizi sonucunda, çalışma katılımcılarının bir teknik çizim dersinde sanal gerçeklik uygulamalarının kullanımına yönelik olumlu tutumları olduğu belirlenmiştir. Sanal Gerçeklik Teknolojisi (SGT) kapsamında değerlendirilen üç boyutlu interaktif stereoskopik tekniği kullanarak modeller hazırlanmış, 2016-2017 öğretim yılı güz döneminde Teknik Resim dersinde kullanılmış ve bu uygulamanın öğrenciler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Oluşturulan modellerin; aktif 3B gözlüklerle izlenmesi sonucu, pop out etkisi (görüntünün ekrandan çıkarak izleyicilerin üzerine doğru gelmesi hissi) parçalardaki derinliklerin algılanmasına katkıda bulunmuştur. Bununla birlikte, gözlüklerin baş ağrısı yapması ve parçaların paralel perspektif olarak gösterilememesi ve izdüşümlerinin dik olarak elde edilememesi nedeniyle bu tekniğin, Teknik Resim dersinde kullanımına önemli bir katkı sağlamadığı saptanmıştır.

Abstract:
In this study, it was developed an interactive three-dimensional (i3D) course contents based on augmented reality (AR) and virtual reality (VR) in order to use in technical drawing courses in engineering faculty programs and the effects of the students on the spatial visualization skills and academic achievement were investigated.The results of the tests, questionnaires and academic studies were evaluated statistically. To this end, an augmented reality application has been developed with the support of the Augment® software company and used with smartphones and tablets; A workbook was prepared using augmented reality technology and was used in the technical drawing course in the summer term of 2015-2016 school year. Purdue Spatial Visualization Test (PVST-R) was used to measure spatial visualization skills of university level students. Likert type questionnaire was used to determine how effective augmented reality technology was used in teaching and learning technical drawing lesson subjects by the formative study technique. Students'academic achievement, spatial skills at the beginning and end of the semester and survey results were analyzed statistically. The comparison of PSVT-R first and last test results in the application of augmented reality technology was found to be statistically significant (p <0.05), and the augmented reality application developed by students developed these skills. The difference between the mean scores of the students was statistically significant (p <0.05). In the second part of the study, two virtual classrooms were created by using virtual reality technology. One of these classes is the digital models of the parts in the technical drawing book and the other one is the cross-sectional models. Sections of the virtual classroom walls and the sections of the projection are placed. The students have been interacting with the models with the help of virtual reality glasses and control arms and have taken into consideration the models. In this way they were able to fully perceive the depths and voids that the parts could not perceive in their planar views by means of virtual models they had grasped with their hands. These materials were used in the technical drawing course in the fall semester of 2017-2018. Because of the availability of the student in the fall semester, the experiment (f = 36) and the control group (f = 34) were formed. Only experimental group students participated in the study. PSVT-R skill test was applied at the beginning and end of the term. In order to reveal the effect of virtual reality technology in technical drawing course, this attitude was developed and applied in Likert type TEÇİSGUD (Supporting Virtual Reality Applications in Technical Drawing Course). At the end of the period, data were collected to answer the scale and perform reliability analysis. Data indicate that the scale has a high level of validity and reliability; 6 showed that the items were related to each other and necessary for the scale. As a result of analysis of scale items, it was determined that the participants of the study have positive attitudes towards the use of virtual reality applications in a technical drawing course. Models were prepared by using the three-dimensional interactive stereoscopic technique evaluated within the context of Virtual Reality Technology (VRT) and used in the technical drawing course in the fall semester of 2016-2017 academic year and the effects of this practice on students were investigated. Created models; As a result of active 3D spectacle monitoring, the pop out effect (the feeling of the image coming from the screen towards the audience) contributed to the perception of the depth in the parts. However, it has been found that this technique does not make a significant contribution to the use of the technique in technical drawing lessons because of the fact that the glasses make headaches and the parts cannot be shown as a parallel perspective.