Fen mühendislik ve girişimcilik uygulamaları eğitiminde 3B tasarım ve robotik destekli mühendislik tasarım süreçleri etkinliği: Kışlık lastik tasarlayalım
3D design and robotic aided engineering design processes activity in science engineering and entrepreneurship applications education: Let's design the winter tire
Yazar: BAHADIR GÜLCÜ
Danışman: DOÇ. DR. CEZMİ ÜNAL
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Fen Bilgisi Öğretmenliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Fen bilgisi eğitimi = Science education ; Mühendislik tasarımı = Engineering design ; Robotik = Robotics ; Robotik kodlama = Robotic coding ; Tasarım = Design ; Tasarım süreci = Design process ; Üç boyutlu tasarım = Three dimensional design

Özet:
Bu çalışmada fen, mühendislik ve girişimcilik uygulamaları (FMGU) eğitiminde öğretmenlerin kullanabilecekleri kaliteli bir etkinlik sunma ve bu etkinlik hakkında öğrenci ve öğretmen görüşlerinin alınması amaçlanmaktadır. Çalışma okul dışı etkinlik olarak toplam 16 saatte tamamlanmıştır. Etkinliği yapılabilmesi için etkinlik öncesinde öğrenciler 24'er saat robotik kodlama (Arduino İde) ve 3B tasarım (Fusion 360) kursu almışlardır. Etkinliğe 16 öğrenci ve 3 hizmet içi fen bilimleri öğretmeni katılmıştır. Etkinlikte öğrencilere kışlık lastik tasarımı ile ilgili mühendislik tasarım görevi sunulmuştur. Öğrencilerden 3B tasarım ve robotik kodlama kullanarak bu etkinliği mühendislik tasarım süreçleri basamaklarına göre hazırlamaları istenmiştir. Çalışmada nitel araştırma desenlerinden durum çalışması deseni kullanılmıştır. Çalışmada etkinlik öncesi ve etkinlik sonrası olmak üzere öğrenci görüşmeleri, öğrencilerin etkinlik öncesi ve sonrası mühendislik süreç çizimleri ve etkinlik süresince öğretmen günlükleri takip edilmiştir. Çalışmada elde edilen veriler içerik analizine tabi tutulmuştur. Öğretmen günlükleri, öğrenci görüşmeleri ve mühendislik süreç çizimlerinden elde edilen verilerin kodlama çalışması yapılıp bu kodlar frekans tabloları ile ifade edilmiştir. Araştırma sonucunda öğretmenlerin etkinlikte sunulan konu ve 3B tasarım ve robotik uygulamaları hakkında öğrenci seviyesine uygun olduğu değerlendirmeleri tespit edilmiştir. Etkinliğin FMGU eğitimine katkısı noktasında öğretmeler fen ve mühendislik uygulamalarını birleştirme, 3B tasarım ve robotikle deneysel değişkenleri kontrol kolaylığı, bilimsel süreç becerileri gelişimine katkı sağlama ve işbirlikçi öğrenme ortamı oluşturmaya katkı sağlama şeklinde değerlendirmeler yaptıkları görülmüştür. Etkinliğin öğrencilerde mühendislik kavramının gelişmesine katkı sağladığı, fen ve mühendislik arasındaki ilişkiyi anlamayı geliştirdiği, mühendislik tasarım süreçleri gelişimi sağladığı tespit edilmiştir. Ayrıca öğretmenler etkinliğin öğrencilerde kodlama ve tasarım yeteneği gelişimi sağladığını belirtmişlerdir. 3B tasarım ve robotik kodlama hakkında öğretmen ve öğrenciler hayal ettiğin şeyleri üretebilme ve deneysel değişkenleri kontrol ve üretim süreçlerini basitleştirme kolaylığı noktalarında avantaj sağladığını belirttikleri görülmüştür. Çalışmanın dezavantaj noktasında öğrenciler için matematiksel zorluklar ve öğretmenler açısından ise 3B tasarım ve robotik kodlama tecrübesi gerektirmesi ve zaman kullanımı olarak ifade edildiği tespit edilmiştir. Çalışma fen bilimleri öğretmenlerine bu tarz etkinlikler geliştirdiklerinde zaman yönetimi açısından uygulama öncesi küçük gruplarda etkinliğin test edilmesini önermektedir. Ayrıca araştırmacılar için mühendislik temelli etkinliklerin öğrencilerin sosyalleşme ve iletişim becerileri üzerine etkisi hakkında çalışmalar yapılmasını önermektedir. Son olarak öğretim programı düzenleyicilere hizmet içi ve öncesi öğretmenler ve öğrenciler için 3B tasarım ve robotik kodlama eğitim planlamaları yapmalarını önermektedir.

Abstract:
In this study, it is aimed to present a quality activity that teachers can use in science, engineering and entrepreneurship applications (SEEA) education and to get the opinions of students and teachers about this activity. The study was completed in a total of 16 hours as an extracurricular activity. In order to carry out the activity, the students took a 24-hour robotic coding (Arduino Ide) and 3D design (Fusion 360) course before the activity. 16 students and 3 in-service science teachers participated in the study. In the study, the students were presented with the engineering design task related to the development of winter tire. Students were asked to prepare this activity according to the engineering design process steps by using 3D design and robotic coding. The case study design, one of the qualitative research designs, was used in the study. In the study, student interviews before and after the activity, engineering process drawings of the students before and after the activity, and teacher diaries during the activity were followed. The data obtained in the study were subjected to content analysis. The data obtained from teacher diaries, student interviews and engineering process drawings were coded and these codes were expressed with frequency tables. As a result of the research, it was determined that the teachers' evaluations about the subject presented in the activity and 3D design and robotics applications were suitable for the student level. In terms of the contribution of the activity to SEEA education, it was seen that the teachers made evaluations as combining science and engineering applications, ease of controlling experimental variables with 3D design and robotics, contributing to the development of scientific process skills and contributing to creating a collaborative learning environment. It has been determined that the activity contributes to the development of the concept of engineering in students, improves understanding of the relationship between science and engineering, and provides MTS development. In addition, teachers stated that the activity provided development of coding and design skills in students. It has been observed that teachers and students about 3D design and robotic coding have stated that it provides advantages as the ease of being able to produce what you imagine and test experimental variables and simplify production processes. At the disadvantage of the activity, it was determined that the students' need for mathematics and the teachers were expressed as technological requirements and time planning. The study suggests that when science teachers develop such activities, the activity should be tested in small groups in terms of time management before practice. It also recommends for researchers to conduct studies on the effect of engineering-based activities on students' socialization and communication skills. Finally, it recommends curriculum organizers to make 3D design and robotic coding training plans for in-service and pre-service teachers and students.