Do Educational Robotics Technologies Integrated with 3D Design Improve the Project and Engineering Design Process Skills of Gifted Students: Case Study
DOI:
https://doi.org/10.47750/pegegog.15.03.15Keywords:
3D technologies, educational robotic tools, engineering design, Project design skillsAbstract
Three-dimensional (3D) technologies and robotic tools are new educational instruments that have entered our lives with the rapid development of technology. This study aims to investigate the effects of integrated teaching with 3D technologies and robotic tools on the development of engineering and project design skills of gifted students. A case study was used in the study. The study participants were eight secondary school students attending a science and arts center in a public school system. Data were collected using student interview forms, a rubric for engineering and project design skills, an observer-teacher rubric, student and researcher diaries, and document analysis. The results showed that students generally developed their skills in applying engineering design skills, presented project designs on various topics, and used 3D technologies and robotics tools by integrating them into solving problems in daily life. The results also showed that students improved their ability to pose everyday problems and connect them to the science course, create research questions, and establish cause-and-effect relationships to the problem.
Downloads
References
Akçay, S. (2018). Robotik FETEMM uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının akademik başarı, bilimsel süreç becerileri ve motivasyon üzerine etkileri. [Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Muğla Sıtkı Kocaman Üniversitesi.
Akman-Selçuk N. (2019). Eğitsel robotik uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin ders motivasyonları, robotik tutumları ve başarıları açısından incelenmesi. [Yayınlanmamış doktora tezi]. İstanbul Üniversitesi.
Aktan, S. (2016). 20. Yüzyılda ilerlemeci bir filozof: William H. Kilpatrick. International Periodical for the Languages, Literature and History of Turkish or Turkic, 11(19), p. 31-48. : http://dx.doi.org/10.7827/TurkishStudies.9868
Akman Selçuk N. (2019). Eğitsel robotik uygulamalarının ortaokul öğrencilerinin ders motivasyonları, robotik tutumları ve başarıları açısından incelenmesi. [Yayınlanmamış doktora tezi]. İstanbul Üniversitesi.
Akyol, C., Uygur, M., & Yanpar-Yelken, T. (2022). 3D printers as an educational tool in gifted education: effective use, problems and
suggestions. Journal for the Education of Gifted Young Scientists, 10(2), 173-205. DOI: http://dx.doi.org/10.17478/jegys.1105484
Avinal, M. (2019). Üç boyutlu yazıcı teknolojisiyle tasarlanan etkinliklerin vücudumuzdaki sistemler ünitesinin öğretimine etkisinin incelenmesi. [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Kastamonu Üniversitesi.
Aytaçlı, B. (2012). Durum çalışmasına ayrıntılı bir bakış. Adnan Menderes Üniversitesi Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 3(1), 1-9.
Barker, B. S., & Ansorge, J. (2007). Robotics as means to increase achievement scores in an informal learning environment. Journal of research on technology in education, 39(3), 229-243.
Bozkurt, E. (2014). Mühendislik tasarım temelli fen eğitiminin fen bilgisi öğretmen adaylarının kararverme becerisi, bilimsel süreç becerileri ve sürece yönelik algılarına etkisi. [Yayımlanmamış Doktora Tezi]. Gazi Üniversitesi.
Brown, A. (2015). 3D printing in instructional settings: Identifying a curricular hierarchy of activities. TechTrends, 59(5), 16-24.
Brunsell, E., (2012). The engineering design process. Brunsell, E. (Ed.) Integrating engineering science in your classroom (3-5). National Science Teacher Association [NSTA] Press.
Can, A. (2019). Bilimsel araştırma sürecinde SPSS ile nicel veri analizi (8. Baskı). Pegem Akademi.
Chien, Y. H. (2017). Developing a pre-engineering curriculum for 3D printing skills for high school technology education. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 13(7), 2941-2958.
Creswell, J. W. (2007). Qualitative inquiry & research design: Choosing among five approaches ( 2. Baskı). SAGE Publications.
Committee on Standards for K-12 Engineering (2010). Standards for K-12 engineering education? The National Academies Press.
Çakır, M. & Mıstıkoğlu, S. (2021). 3b yazıcıların mesleki ve teknik eğitimdeki uygulamalarının ve potansiyellerinin incelenmesi: İskenderun meslek yüksekokulu örneği. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry , 5 (3) , 488-500 . DOI: 10.46519/ij3dptdi.955073
Çekirge, E. (2019). 3b yazıcı kullanımının akademik başarı, tutum, motivasyon ve eleştirel düşünme eğilimlerine etkisi. [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Necmettin Erbakan Üniversitesi.
Çepni, S. (2014). Araştırma ve Proje Çalışmalarına Giriş. (7. Baskı). Celepler Matbaacılık.
Çeti̇n, E., Beri̇kan, B., & Yüksel, A. O. (2019). 3b tasarım öğrenme deneyiminin süreç değerlendirmesi ve eğitsel çıktılarının keşfedilmesi. Eğitim Teknolojisi Kuram ve Uygulama 9(1), 21-49.
Çoşkunserçe, O., Aydoğdu, Ş., & İşçitürk, G. (2017). Eğitsel robot kitlerinin programlama eğitiminde kullanımı. On birinci Uluslararası Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Sempozyumu. İnönü Üniversitesi
Elo, S., & Kyngäs, H. (2008). The qualitative content analysis process. Journal of advanced nursing, 62(1), 107-115.
Erdoğan, Ö. (2019). Robotik LEGO uygulamaların fen bilgisi öğretmen adaylarının 21.yüzyıl becerileri üzerindeki etkilerinin incelenmesi [Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Amasya Üniversitesi
Erdoğan, S., & Çınar, S. (2021). Ters Yüz Sınıflarda Mühendislik Tasarım: Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar ve Çözüm Önerileri. Conference: 3 rd International Conference on Science, Mathematics, Entrepreneurship and Technology Education.
Eroğlu, G. (2021). Özgün tasarlanan eğitsel robotiklerin kuvvet ve enerji ünitesinde başarı ve bilimsel yaratıcılığa etkisi [Yayınlanmamış Doktora Lisans Tezi]. Gazi Üniversitesi
General Directorate of Special Education and Guidance Services, (2021). Özel yetenek ve BİLSEMLER. https://orgm.meb.gov.tr/meb_iys_dosyalar/2022_01/12144346_OZEL_YETENEK_VE_BYLSEM.pdf (07.02.2022)
Güneş, S., Yurdakul, M., Kalaycı, U., Uyanık, U., & Şentürk, S. (2020). 3 boyutlu yazıcı kullanımının öğrencilerin ar-ge yeteneklerinin gelişimine etkisinin incelenmesi: ostim teknik üniversitesi meslek yüksekokulunda örnek bir uygulama. International Journal OF 3d Printing Technologies And Digital Industry, 4(1), 1-11.
Gürel Taşkıran, A. (2019). Fen eğitiminde 3D yazıcıların kullanımının öğrencilerin tutumlarına ve görüşlerine etkisi. [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. İnönü Üniversitesi.
Halaç H., & Bozdoğan, A. E. 3 Boyutlu Yazıcıların Fen Eğitiminde Kullanılması. ﺔﻠﻣﺎﮑﻟا ثﺎﺤﺑﻻا بﺎﺘﮐ, 71.
Huberman, M., & Miles, M. B. (2002). The qualitative researcher's companion. Sage.
Hui, K. J., Coney, J. P., & Binder, P. (2016). A connector between active laboratory probes and computer interfaces of different brands. Physics Teacher, 54(4), 236-238. doi:10.1119/1.4944366
Hynes, M., Portsmore, M., Dare, E., Milto, E., Rogers, C., Hammer, D., ve Carberry, A., (2011). Infusing engineering design into high school STEM courses.
Ishafit, I., Indratno, T. K., & Prabowo, Y. D. (2020). Arduino and LabVIEW-based remote data acquisition system for magnetic field of coils experiments. Physics Education, 55(2) doi:10.1088/1361-6552/ab5ed6
Karakuş, F. (2019). Öğrenme- öğretme yaklaşımları. T. Yanpar Yelken & C. Akay (Eds), Öğretim ilke ve yöntemleri (5rd ed., pp. 135-184). Anı Yayıncılık
Karakuş, F. & Bolat, H. (2020). Perceptions of Gifted and Talented Students’ About Their Project Performance and Creative Thinking, International Journal of Eurasian Education and Culture, (10), 1472-1509.
Karaahmetoğlu, K. (2019). Proje tabanlı Arduino eğitsel robot uygulamalarının öğrencilerin bilgisayarca düşünme becerileri ve temel STEM beceri düzeyleri algılarına etkisi [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Amasya Üniversitesi.
Kılınç, A. (2014). Robotik teknolojisinin 7. sınıf ışık ünitesi öğretiminde kullanımı [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. Erciyes Üniversitesi.
Kim, S. W. ve Lee, Y. (2016). The effect of robot programming education on attitudes towards robots. Indian Journal of Science and Technology, 9(24), 1-11. doi: 10.17485/ijst/2016/v9i24/96104
Knoll, M. (2010). A marriage on the rocks”: An unknown letter by William H. Kilpatrick about his project method. Eric-online document, 511129.
Koç Şenol, A., Büyük, U. (2015), Robotik destekli Fen ve Teknoloji laboratuvar uygulamaları: Robolab. Turkish Studies, 10(3), 213-236
Kökhan, S. & Özcan, U. (2018). 3D yazıcıların eğitimde kullanımı. Bilim Eğitim Sanat ve Teknoloji Dergisi, 2 (1), 80-85.
Kuş, M. (2016). Ortaokul öğrencilerinin kuvvet ve hareket ünitesinin öğretiminde robotik modüllerin etkisi. [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. İstanbul Üniversitesi.
Lauri S. & Kynga¨s H. (2005) Developing Nursing Theories (Finnish: Hoitotieteen Teorian Kehitta¨minen). Werner So¨derstro¨m, Dark Oy, Vantaa
Li, Y., Huang, Z., Jiang, M., & Chang, T. W. (2016). The Effect on Pupils’ Science Performance and Problem-Solving Ability through Lego: An Engineering Design-based Modeling Approach. Educational Technology & Society, 19 (3), 143–156.
Lin, K. Y., Lu, S. C., Hsiao, H. H., Kao, C. P., & Williams, P. J. (2021). Developing student imagination and career interest through a STEM project using 3D printing with repetitive modeling. Interactive Learning Environments, 1-15. https://doi.org/10.1080/10494820.2021.1913607
McMillan, J. H., & Schumacher, S. (2006). Research in education: Evidence-based inquiry (sixth Ed.). Pearson.National Research Council [NRC], 2012. A Framework for K-12 science education: practices, crosscutting concepts, and core ideas. The National Academic Press.
Mentzer, N., 2011. High school engineering and technology education integration
through design challenges. Journal of STEM Teacher Education, 48, 2, 103-
Miles, M, B., & Huberman, A. M. (1994). Qualitative data analysis: An expanded Sourcebook. (2nd ed). Thousand Oaks, CA: Sage.
Özel, M. (2018). Robotik biliminin ortaokul 8. sınıf fen bilimleri dersine entegrasyonu [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. İstanbul Üniversitesi.
Özüorçun, N. Ç. (2019). Effects of robots on engineering students' attitude. Anemon Muş Alparslan Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 7(9),69-73. doi: 10.18506/anemon.577920
Pecore, J. L. (2015). From Kilpatrick’s project method to project-based learning. International handbook of progressive education, 155, 171.
Ramos, W., Atoche, K., Gamarra, J., Morales, D., Hurtado, G., & Pretell, V. (2020). Proposal and validation of alternative method to determine vapor pressure in gasoholes. Paper presented at the Proceedings of the LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education and Technology, doi:10.18687/LACCEI2020.1.1.72 Retrieved from www.scopus.com
Sagat, E. & Karakus, F. (2019). Investigation of Science Project Performances of Gifted and Talented Students. International Journal of Progressive Education, 15(5), 257-272. doi: 10.29329/ijpe.2019.212.17
Severance, S., Miller, E. A., & Krajcik, J. (2024). IF science AND making AND computing: Insights for project-based learning and primary science curriculum design. Studies in Science Education, 1–65. https://doi.org/10.1080/03057267.2024.2397300
Sinap, V. (2017). Programlama eğitiminde probleme dayalı öğrenmeye yönelik Arduino etkinliklerinin kullanılması: Bir eylem araştırması [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Süleyman Demirel Üniversitesi.
Song, J. B. ve Lee, T. W. (2011). The effect of stem integration education using educational robot on academic achievement and subject attitude. Journal of the Korean Association of Information Education, 15(1), 11-22.
Sullivan, F. R. (2008). Robotics and science literacy: Thinking skills, science process skills and systems understanding. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 373–394.
Şen, C., Ay, Z. S., & Kiray, S. A. (2021). Computational thinking skills of gifted and talented students in integrated STEM activities based on the engineering design process: The case of robotics and 3D robot modeling. Thinking Skills and Creativity, 42, 100931
Welch, A., & Huffman,D.,( 2011). The effect of robotics competitions on high school students' attitudes toward science. , School Science and Mathematics (111)8, 416-424
Williams, D. A. (1998). "Documenting Children's Learning: Assesment and Evaluation in the Project Approac". Thesis, Alberta University.
Yıldırım, A., ve Şimşek, H. (2008). Sosyal Bilimlerde Nitel Araştırma Yöntemleri (6. Baskı). Seçkin Yayıncılık.
Yıldırım, G., Yıldırım, S., & Çelik, E. (2018). Yeni bir bakış 3 boyutlu yazıcılar öğretimsel kullanımı: bir içerik analizi. Bayburt Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(25), 163-184.
Yin, R. (1984). Case study research: design and methods. (3rd. ed). Sage Publications.
Tatlısu, M. (2020). Eğitsel robotik uygulamalarda probleme dayalı öğrenmenin ilkokul öğrencilerinin problem çözme becerilerine etkisi [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]. Bursa Uludağ Üniversitesi.
Tilden, S., Parish, K., Mishra, D., Lugo, R. G., & Andersen, P. N. (2024). Humanoid Robots as Learning Assistants? Useability Perspectives of Grade 6 Students. Technology, Knowledge and Learning, 1-22. https://doi.org/10.1007/s10758-024-09731-8
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Pegem Journal of Education and Instruction
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Attribution — You must give appropriate credit, provide a link to the license, and indicate if changes were made. You may do so in any reasonable manner, but not in any way that suggests the licensor endorses you or your use.
NonCommercial — You may not use the material for commercial purposes.
No additional restrictions — You may not apply legal terms or technological measures that legally restrict others from doing anything the license permits.
