Eğitim için Karma Gerçeklik (MRE) Uygulaması ve Mühendislik için Çevrimiçi Sınıflarda Sonuçlar

Teknoloji eğitim sektöründe her zaman var olmuştur; Sınıfları öğretmek için kullanılan cihazlarda köklü değişiklikler meydana geldi. Ancak, yüz yüze dersler öğrenciler ve öğretmenler için tercih edilen seçenek olmaya devam ediyor. Pandemi geldiğinde tüm sektörleri değiştirdi ve eğitim de bir istisna değildi. 2018’de, pandemiden önce, bir derece okuyan öğrencilerin yalnızca %35’i çevrimiçi olarak en az bir ders aldığını bildirdi; yani, öğrencilerin %65’i eğitimlerini¹. Nisan 2020 itibariyle, hükümet emriyle (Meksika), tüm devlet ve özel okulların yüz yüze ders vermesi yasaklandı; Bu nedenle öğrencilerin %100’ü uzaktan ders almak zorunda kaldı. Üniversiteler, görüntülü arama, ders hazırlama, ödev yönetimi vb. için araçlar kullanarak ilk harekete geçenler oldu. Üniversite çağındaki insanlar (18 ila 25 yaş arası) doğumdan beri teknoloji ile temas halinde olan insanlar olduğu için bu mantıklıdır.

Bazı sınıflar sanal olarak tamamen uyarlanabilir; Bununla birlikte, laboratuvar uygulamalarının uzaktan gerçekleştirilmesi karmaşıktır ve öğrenciler genellikle pahalı olan gerekli malzemeye sahip değildir. Çevrimiçi sınıfların bilgi kalitesi üzerindeki etkisi belirsizdir ve bazı araştırmalar, çevrimiçi kursların genellikle yüz yüze kurslardan daha kötü öğrenci performansı sağladığını göstermektedir². Ancak kesin olan bir şey var ki, öğrencileri sektörde yaşayacaklarına yaklaştıran laboratuvar uygulamalarının yapılmaması, mesleki performanslarını olumsuz etkileyecektir. Bu nedenle, mevcut mühendislik öğretiminde gerçek ölçekli deneyimlerin önemi gerekli hale gelmektedir ^3,4,5. Bu nedenlerden dolayı, bu sorunları azaltmak için yeni teknolojiler kullanılmaktadır. Bunlar arasında sanal gerçeklik (VR), artırılmış gerçeklik (AR) ve karma gerçeklik (MR) bulunmaktadır. VR’nin tamamen sürükleyici bir dijital ortamın oluşturulmasına izin veren bir teknoloji olduğunu, AR’nin ise sanal nesneleri gerçek dünya ortamında kapladığını belirtmek önemlidir. Öte yandan, MR sadece sanal nesneleri kullanmakla kalmaz, aynı zamanda bu nesneleri gerçek dünyaya sabitleyerek onlarla etkileşime girmeyi mümkün kılar. Bu nedenle MR, VR VE^{AR 6’nın} bir kombinasyonudur. Öte yandan, bazı kuruluşlar, gerçek ekipmanların bulunduğu ancak uzaktan kontrol edilebilen uzak laboratuvarlar geliştirmek için de çaba sarf etmişlerdir⁷.

MR terimi 1994 yılına kadar uzanır; ancak son 5 yılda, çabalarını Metaverse⁶ gibi ortamları geliştirmeye odaklayan büyük şirketler sayesinde özel bir önem kazanmıştır. MR farklı alanlarda uygulanabilir; En yaygın olanlardan ikisi eğitim ve öğretimdir. Eğitim, MR’ın en büyük itici güçlerinden biri olmuştur; Bir şirketin yeni çalışanları eğitmek için veya tehlikeli ortamlarda bir üretim hattını durdurması çok pahalıdır ve sahada eğitim vermek kolay değildir. Eğitim çok geride değil; yüz yüze sınıflar çok az değişmiş olsa da, MR’yi ^8,9 sınıflarına dahil etmek için büyük çabalar var. Eğitim için, tam bir eğitime sahip olmak için laboratuvar uygulamaları yapmanın gerekli olduğu profesyonel kariyerler vardır. Mevcut birçok çalışma ve araştırma, VR, AR ve MR’ın önemli bir rol oynadığı tıptadır. Çok sayıda makale, MR’ın cerrahi ve tıbbi konularda geleneksel öğretim yöntemlerini nasıl aştığını göstermektedir, burada uygulama gelişmekte olan öğrenciler^için açık bir avantajdır 10,11,12,13,14.

Ancak, mühendislik konularında aynı miktarda araştırma yoktur. Normalde mühendislik kariyerlerinde, bir öğrencinin uygulamalarla tamamlanan teori dersleri vardır. Bu sayede MR ve VR ile ilgili mühendislik pedagojisindeki faydalarını gösteren çalışmalar bulunmaktadır¹². Bununla birlikte, bu çalışmaların bir kısmı çevrenin karmaşıklığını ve kullanılan araçları analiz etmeye odaklanmaktadır ^8,15. Tang ve arkadaşları, farklı alanlardan ve farklı bilgilere sahip öğrencilerin geometrik analiz ve yaratıcılık anlayışlarını geliştirmek için MR’yi kullandıkları bir çalışma tasarlamışlardır¹⁶. Daha sonraki bir testte, MR kullanarak derslerini alan kişiler daha hızlı bitirdiler ve bu da MR’nin öğrenmeyi olumlu yönde etkilediğini açıkça ortaya koydu¹⁶. Ayrıca Halabi, mühendislik eğitiminde VR araçlarının kullanımını gösterdi. MR olmasa da öğretim için kullanılabilecek araçları gösterir. 17 mühendislik derslerinde VR’yi tanıtmanın mümkün olduğunu göstermek için gerçek bir vaka çalışması yapar.

Uzak laboratuvarlar (RL’ler) ise öğrencilerin uygulamalarını geleneksel bir laboratuvardaymış gibi uzaktan yürütmelerine olanak tanıyan yazılım ve donanımdan oluşan teknolojik araçlardır. RL’lere genellikle internet üzerinden erişilir ve normalde öğrencilerin^{öğrendiklerini 18} ihtiyaç duydukları kadar özerk bir şekilde uygulamaya koymaları gerektiğinde kullanılır. Bununla birlikte, COVID-19’un gelişiyle birlikte, kullanımı geleneksel laboratuvarların yerini almak ve çevrimiçi sınıflar¹⁸ sırasında uygulamalar yapabilmek olmuştur. Yukarıda bahsedildiği gibi, bir RL’nin fiziksel bir alana (geleneksel laboratuvar) ve uzaktan kontrol edilmesine izin veren unsurlara ihtiyacı vardır. VR’nin gelişiyle laboratuvarlar sanal olarak modellendi ve fiziksel mekanizmalar aracılığıyla laboratuvarın unsurları kontrol edilebiliyor¹⁹. Bununla birlikte, bir RL’ye sahip olmak çok pahalıdır ve özellikle gelişmekte olan ülkelerde birçok okulu engellemektedir. Bazı araştırmalar, maliyetlerin 50,000 ila 100,000 ABD Doları arasında değişebileceğini belirtmektedir^20,21.

Dahası, pandemi başladığından beri değişikliklerin hızlı bir şekilde yapılması gerekiyordu; RL’ler söz konusu olduğunda, geleneksel laboratuvarların yerini almak üzere her öğrencinin evine kitler göndermek için girişimlerde bulunuldu. Ancak, araştırmalar her bir kitin yaklaşık 700 $^18,22’ye mal olduğunu gösterdiğinden^, bir maliyet sorunu vardı. Bununla birlikte, çalışmalar pahalı ve elde edilmesi zor bileşenler kullandı. Pandemi dünya çapında eğitimi etkiledi ve pek çok insan bir laboratuvarı otomatikleştirmek veya bir kit satın almak için binlerce dolar harcayamadı. Çoğu çalışma yüz yüze dersleri dikkate alır ve bunları MR ile tamamlar. Bununla birlikte, son yıllarda, COVID-19 nedeniyle sınıflar çevrimiçi olmuştur ve yalnızca bazı çalışmalar, MR ve uygun fiyatlı cihazlar kullanılarak sanal sınıfların iyileştirildiğini göstermektedir^23,24.

Şimdiye kadar var olan araştırmalar, mühendislik hakkında çok az bilgi ile esas olarak tıbba odaklanmıştır. Bununla birlikte, şüphesiz, en büyük katkının ve farkın, deneyimizin 6 ay boyunca gerçekleştirilmesi ve sanal modeller kullanmayan aynı özelliklere sahip deneklerle karşılaştırılması olduğuna inanıyoruz, oysa önceki çalışmaların çoğunda tek teknolojileri veya prosedürleri karşılaştırmak için kısa deneyler yapıldı; Bunları birkaç ay boyunca uygulamadılar. Bu nedenle, bu makale bir üniversite dersinde MR kullanılarak yapılabilecek öğrenme farkını göstermektedir.

Bu nedenle bu çalışma, elektronik mühendisliği odaklı üniversitelerde laboratuvar uygulamalarının yürütülmesine yardımcı olacak bir MR sisteminin gelişimini ve sonuçlarını göstermektedir. Cihazın maliyetinin düşük tutulmasına ve genel nüfus için erişilebilir olmasına özel önem verildiğini belirtmek önemlidir. Üç grup farklı öğretim yöntemleri kullanır ve sınıf konularında bir sınav yapılır. Bu sayede MR kullanarak uzaktan eğitimdeki konuların anlaşılmasına yönelik sonuçlar elde etmek mümkündür.

Bu çalışmada açıklanan proje, eğitim için karma gerçeklik (MRE) olarak adlandırılıyor ve öğrencilerin bir akıllı telefon ile VR gözlüklerini kullandıkları bir platform olarak öneriliyor (yani, özel bir VR gözlüğü kullanılmıyor). Sanal ve gerçek nesnelerin kullanımı, karma gerçeklik sistemi sayesinde öğrencilerin sanal ortamlar ve gerçek nesnelerle sadece kendi ellerini kullanarak etkileşime girebilecekleri bir çalışma alanı oluşturulur. Bu çalışma alanı, tüm sanal nesnelerin görüntülendiği ve etkileşimde bulunulduğu bir görüntüye sahip bir tabandan oluşur. Yaratılan ortam, mühendislik kariyerleri için elektronik bileşenleri ve fiziği göstermek için laboratuvar uygulamaları yürütmeye odaklanır. Öğrencilere geri bildirim sağlama ihtiyacını vurgulamak önemlidir. Bu nedenle MRE, bir yöneticinin (normalde öğretmenin) etkinliği derecelendirmek için neler yapıldığını görebileceği bir geri bildirim sistemi içerir. Bu sayede öğrencinin yaptığı çalışmalar hakkında geri bildirim verilebilir. Son olarak, bu çalışmanın kapsamı, çevrimiçi derslerde MR kullanmanın avantajları olup olmadığını kontrol etmektir.

Bunu başarmak için, deney üç grup öğrenci ile gerçekleştirildi. Her grup 10 öğrenciden (toplam 30 öğrenci) oluşuyordu. İlk grup MRE kullanmadı, sadece momentum korunumu ilkesi ve elektronik bileşenler üzerine teori (çevrimiçi dersler) aldı. İkinci grup geri bildirim olmadan MRE’yi, üçüncü grup ise bir öğretmenden gelen geri bildirimle MRE’yi kullandı. Tüm öğrencilerin aynı okul seviyesine sahip olduğunu belirtmek önemlidir; Aynı dönemde ve aynı kariyere sahip, mekatronik mühendisliği okuyan üniversite öğrencileridir. Deney, derecenin ikinci yarıyılında Fizik ve Elektroniğe Giriş adlı tek bir derste uygulandı; yani öğrenciler 1 yıldan az bir süredir üniversitedeydiler. Bu nedenle, sınıfta işlenen konular mühendislik açısından temel olarak kabul edilebilir. Deney, deneyin yetkilendirildiği sınıfa kaydolan öğrenci sayısı olduğu için 30 öğrenci üzerinde gerçekleştirildi. Seçilen derste (Fizik ve Elektroniğe Giriş) teori ve laboratuvar uygulamaları vardı ancak pandemi nedeniyle sadece teori dersleri işleniyordu. Öğrenciler, uygulamaların genel öğrenme üzerindeki etkisini ve MR derslerinin yüz yüze uygulamaların yerini alıp alamayacağını görmek için üç gruba ayrıldı.