Fizik Eğitiminde Artırılmış Gerçeklik Uygulamalarının Kullanılması

FİZİK EĞİTİMİNDE ARTIRILMIŞ GERÇEKLİK UYGULAMALARININ KULLANILMASI

ÖZET
Artırılmış gerçeklik en sade tanımıyla gerçek görüntünün üzerine bilgisayarda oluşturulan çeşitli görsel, sesli ve hareketli sanal görüntülerin eklenerek zenginleştirilmesidir. Bu sayede gerçek görüntüye farklı bir boyut ve anlam kazandırılarak bilgisayar yordamı ile görüntünün gerçekliği artırılmış olur.

Teknolojik gelişmeler denilince öncelikle aklımıza gelen fen ve doğa bilimleri gelir.
Gelişmişlik seviyesi yüksek olan toplumlarda teknoloji üretmenin yanında bu teknolojiyi üretecek bireyleri yetiştirmenin de hayati önemi vardır. Bu öğrenme sürecinde ise fen bilimlerinin alt dalı olan ve birçok öğrencinin korkulu rüyası haline gelen fizik dersleri başı çeker. Günümüz gençliği teknoloji ile iç içe bir hayat sürerken, kendisinin daha da ileri taşıyacağı bu teknolojiyi anlamada ve geliştirmede iyi bir fizik eğitimi alması gerektiği de aşikardır. Kişinin bu anlamda iyi bir eğitim almış olması için fizik derslerinde gördük-lerinin aslında hayatının her aşamasında daha önce birçok kez karşılaştığı durumlar olduğunu anlaması gerekir. Bunun yanında çevresindeki birçok olayın fizik kanunları ile ilişkili olduğunu görmelidir. Fen okuryazarlığı da denilen bu kavram PISA (Programme for International Student Assessment: Uluslararası Öğrenci Değerlendirme Programı)’nın da temel alanlarından biridir.

Yaparak ve yaşayarak öğrenme ilkesinden hareketle deneysel ağırlıklı olarak işlenen derslerin fizik öğreniminde daha çok tercih edilmesi gerekir. Ancak deney yapılmasının güç olduğu ya da imkânın bulunmadığı durumların da göz ardı edilmemesi gerekir.

Bu çalışmada, fizik derslerinde artırılmış gerçeklik uygulamaları örnek alınmış problemler için gerçekleştirilmiştir. Fizik derslerinde kullanılmak üzere hazırlanan artırılmış gerçeklik uygulamaları ile öğrencilerin akademik başarısında görselliğe dayalı öğrenmeye olumlu katkı sağlanması hedeflenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Fen okuryazarlığı, Artırılmış gerçeklik, Physar

Serdar BİROĞUL
Düzce Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Bekir EKİCİ
Yenilik ve Eğitim Teknolojileri Genel Müdürlüğü

GİRİŞ
Her biri bir ihtiyaca binaen ortaya çıkan teknolojik gelişmelerin birbiri ardına sıralandığı günümüz dünyasında yaşam tarzımız kadar eğitim sektörünün de bundan etkilenmesi beklenen bir sonuç olarak karşımıza çıkmaktadır. Zira eğitimde kullanılacak her türlü teknolojik enstrüman eğitim-öğretimin olumlu anlamda çok yönlü olarak etkilenmesi açısından hatırı sayılır bir yere sahiptir. Geçmişten günümüze eğitimde kullanılmış olan türlü teknolojik uygulamalar olmuştur. Yazının icat edildiği yıllarda o zamandaki teknolojik ürünler taş tabletleri iken, binlerce yıl sonra günümüzde ise bunun yerini mobil cihaz olarak derste kullandıkları tablet bilgisayarlar almıştır. Mobil cihaz teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak birbiri ardına geliştirilen mobil uygulama örnekleri karşımıza çıkmaktadır. İşte tam bu noktada eğitimde kullanım alanları hızla yayılan artırılmış gerçeklik uygulamaları ele alınmıştır.

YÖNTEM
Artırılmış Gerçeklik
İlk kez 1992 yılında Thomas P.Caudell[7] tarafından tanımlanan Artırılmış gerçeklik; gerçek görün¬tünün üzerine bilgisayarda oluşturulan çeşitli görsel, sesli ve hareketli sanal görüntülerin eklenerek zenginleştirilmesidir. Bir başka tanımda “gerçek dünya nesneleri yerine dijital ortam ürünlerinin kullanıldığı gerçeklik ortamıdır.” (Milgram ve Kishino 1994) [5] Bu sayede gerçek görüntüye farklı bir boyut ve anlam kazandırılarak bilgisayar yordamı ile görüntünün gerçekliği artırılmış olur. Artırılmış gerçekliğin literatür¬de bu ve buna benzer birçok tanımına rastlamak mümkündür.

Şekil 1: Bir “Sanallık Düzlemi”nin basitleştirilmiş gösterimi

Şekilde sanallık düzlemi görülmektedir. Gerçeklik ve sanallık arasındaki ilişki ile Karma Gerçeklik (Mixed Reality) kavramı açıklanmaya çalışılmıştır. Burada Karma Gerçeklik ortamının basitçe, gerçek dünya ve sanal dünya nesnelerinin tek bir ekran içinde, yani sanallık düzlemi içerisinde herhangi bir yerde bir arada sunulduğu bir örnek olduğu fikri ortaya atılmıştır. (Virtuality Continuum – Milgram ve Kishino 1994)

Artırılmış Gerçeklik İçin Gereksinimler
Artırılmış gerçeklik tanımından da anlaşılacağı üzere gerçek dünya nesneleri ile dijital ortam ürünlerinin bir araya getirilmesi olduğuna göre, bunu sağlamak için bazı çevre birimlerine ihtiyaç vardır. Artırılmış gerçeklik teknolojisinin birçok çeşidi ve bunlar için de farklı çevre birimleri gerekmektedir. Artırılmış gerçeklik, kullanılan teknolojik altyapıya göre konum tabanlı ve görüntü tabanlı olarak iki kategoride incelenebilir (Cheng ve Tsai 2013)( İçten T., Bal G. 2017)[4][1]. En temel gereksinimin kamera ve monitör olduğunu söylemek yanlış olmaz. Bunun yanında internet bağlantısının gerekebileceği uygulamalar da yapılabilir. Ayrıca GPS-Navigasyon, ivmeölçer de bazı konum tabanlı artırılmış gerçeklik uygulamalarında kullanılabilmektedir.

Artırılmış gerçeklik uygulamaları, üzerinde android veya İOS tabanlı işletim sistemlerinin çalıştığı mobil cihazlarda kullanılabildiği gibi PC ve notebooklarda da kullanılabilmektedir. Bu alanda birçok uygulama aracı mevcuttur. Bu uygulama araçlarından bazıları ARToolkit, LayAR, Vuforia, Wikitude, Aurasma ve Augment olarak sıralanabilir.

Artırılmış gerçeklik uygulamaları konum tabanlı ya da görüntü tabanlı olmalarının yanında görüntünün gerçekliğinin nasıl artırıldığı noktasında da değerlendirilebilir. Uygulamalarda bilgisayar grafikleri kullanıldığı gibi videolar da kullanılabilmektedir. Videoların kullanıldığı uygulamalarda da videolar uygulama içine gömülebileceği gibi, bir sunucuya yüklenerek verilecek link üzerinden online olarak da gösterilebilir. Artırılmış gerçeklik uygulamaları çeşitlerine göre; Eğitim, pazarlama, satış sonrası hizmetler, emlak işleri, sinema, müzeler, oyun, inşaat, savunma sanayii alanları başta olmak üzere daha birçok alanda oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

BULGULAR VE YORUMLAR
Eğitimde Teknolojinin Yeri ve Artırılmış Gerçeklik
İnsanlık tarihinden bu yana gelişen teknoloji hangi alanda olursa olsun arkasında mutlaka bir ihtiyacın olduğunu görürüz. Eğitimde geçmişten günümüze değişen ihtiyaçlara cevap verebilmek, yeni yaklaşımlarla beraber, teknolojiyi sıkı takip etmekten geçer. Eğitimde geleneksel olarak yıllardır süregelen sınıf ortamına bağlı yapılan eğitim, artık gelişen teknoloji ile uzaktan eğitim şeklinde de yapılabilmektedir. Ya da evimizde bulunan ansiklopedilerin yanında artık internet bağlantısı sayesinde daha geniş bir kitap varlığına sahip olarak bilgiye daha hızlı ve daha büyük oranda ulaşabiliyoruz. Bu ve bunun gibi örnekleri çoğaltmak mümkündür.

Artırılmış gerçeklik uygulamalarının eğitim alanında kullanılmasında hem öğrencinin derse ilgisi bakımından hem de hayal edilmesi zor olan sistemlerin veya nesnelerin üç boyutlu uygulamalar ile anlaşılması kolay hale getirilmesi noktasında önemli rol oynayacağı öngörülmektedir (Tülü M., Yılmaz M., 2012 )[2]. Hal böyle iken geliştirilen birçok yeni teknoloji de olduğu gibi artırılmış gerçeklik uygulamalarının da eğitimde kullanımı artarak devam etmektedir.

Shelton ve Hedley (2002)[6] çalışmalarında artırılmış gerçeklik uygulamalarını sınıflara getirerek, karmaşık 3 boyutlu mekan ve kavramlar içeren coğrafya, astronomi, fizik ve diğer disiplinlerde önemli faydalar sağlanabileceğine değinmişlerdir.

Bu noktada eğitimde teknoloji kullanımı sayesinde daha çok duyuya hitap ederek içeriklerin daha zengin olması ile öğrenme-öğretme etkinliğinin kalıcı, anlaşılır ve eğlenceli hale gelmesi sağlanabilmektedir.

Artırılmış gerçekliğin tanımına geri dönecek olursak gerçek dünya nesneleri yerine dijital ortam ürünlerini kullanma fikrinden hareketle deney yapma olanağının sağlanamadığı birçok okulda bu uygulama sayesinde konunun deney eksiği giderilerek dersin daha anlaşılır olması sağlanacaktır. Artırılmış gerçeklik uygulamaları ile bu yaklaşımı gerçekleştirebilme adına önemli adımlar atılabilmiştir. Artırılmış gerçeklik uygulamaları özellikle fizik dersi başta olmak üzere derslerin laboratuvar ortamında yapılması güç olan ya da imkânı bulunmayan konularında bu açığı kapatacak çok iyi bir yardımcıdır. Güçlü görselliği sayesinde laboratuvar ortamını aratmaz.

Somyürek (2014)[3] “Öğrenme Sürecinde Z Kuşağının Dikkatini Çekme: Artırılmış Gerçeklik” başlıklı makalesinde artırılmış gerçekliğin eğitimdeki uygulama alanlarını şöyle sıralamıştır.

1. İki boyutlu kitaplara üçüncü bir boyut kazandırma
2. Bilişsel ve psikomotor bakım/onarım görevleri hakkında eğitim verme
3. Fizik, kimya, biyoloji gibi alanlarda kavramların üç boyutlu gösterimi ya da deneylerin gerçekleştirilmesinde
4. Bilim müzelerinde çeşitli konulardaki olguları, videolar ya da görsellerden takip etme ve deney yapma
5. Matematik ve geometri dersinde kavramları ve uzamsal ilişkileri görselleştirme
6. Coğrafya eğitiminde kavramları görselleştirme
7. Sağlık eğitimi alanında çeşitli bilgi ve becerileri kazandırma, müdahaleleri kılavuzlama
8. Askeri personel eğitiminde anlamlı ve otantik görevler aracılığıyla deneyim kazandırma
9. Öğretmen eğitiminde sınıf yönetimi deneyimi kazanma
10. Mühendislik eğitiminde araçlar ve malzemeler hakkında bilgi/beceri kazandırma

Bir başka çalışmada Taşkıran ve arkadaşları (2015)[9] artırılmış gerçekliğin yabancı dil öğretimin¬de etkili bir öğrenme malzemesi olarak kullanılabileceği sonucuna varmışlardır. İbili ve Şahin (2014)[13] ise araştırmalarında artırılmış gerçeklik destekli geometri öğretiminin öğrencilerin bilişsel öğrenmelerine olumlu katkı sağladığı sonucuna varmışlardır. Abdüsselam (2014)[8] 11. Sınıf manyetizma konusu örneği üzerine yaptığı araştırmada fizik dersinin anlaşılması ve görselleştirilmesi zor olan diğer konuları için de artırılmış gerçeklik ortamları tasarlanmasını önermiştir.

PhysAR Uygulaması
Mobil cihaz kullanımlarının yaygınlaştığı günümüzde hemen hemen her kitlenin rahatça uygulamaları çalıştırabilecek bir akıllı telefon ya da tablet bilgisayara sahip olduğu yadsınamaz bir gerçektir. Bizim burada hazırlamaya çalıştığımız mobil uygulamada Unity 3D platformu üzerine kurulan Vuforia Kütüphanesi kullanılmıştır. Gerek Unity gerekse Vuforia’nın İOS, Andorid ve Windows işletim sistemlerini destekliyor olması, bu uygulamaların kullanımını oldukça avantajlı hale getirmiştir. Ayrıca Unity ve Vuforia ücretsiz olarak kullanılabilen sürümleri mevcuttur.
PhysAR adını verdiğimiz 3 boyutlu mobil artırılmış gerçeklik uygulaması, Fizik dersine ait 10, 11 ve 12. Sınıf konularına yönelik olarak hazırlanmaya çalışılmaktadır. Uygulamanın mantığında ise ders kitaplarındaki örnek alınmış görsellerin hedef ya da tetikleyici olarak tasarlanması ve ardından bu görsellere uygun olarak hazırlanan grafik, animasyon veya videolar ile sanalgerçek buluşması sağlanmaya çalışılmaktadır.

Uygulamanın yapılması aşamasında ilk olarak Unıty3D web sitesinden ücretsiz olan Unıty personal sürümünü indirilerek kuruldu. Ardından Vuforia portalına üye kaydı oluşturup Android işletim sistemi için hazırlanmış olan Vuforia kütüphanesi indirilerek Unıty platformuna import edildi. Daha sonra uygulamamızın çalışması için gerekli olan lisans anahtarı Vuforia Licence Manager sayfasında oluşturularak Unıty içerisine kaydedildi. Vuforia Target Manager sayfasında ise hedef resimler yükleyerek veri tabanı oluşturmamız gerekiyordu. Vuforia veri tabanını oluşturmak için 12. sınıf ders kitabında bulunan Compton Saçılması, Fotoelektrik Olay, Nükleer Fisyon, Atomun yapısı, Harmonik Hareket ve Dalgalarda Kırınım Girişim gibi karmaşık konulara ait görselleri hedef olarak seçildi. Görselleri Vuforia portalına yükleyerek veri tabanı oluşturup bu veri tabanı indirilerek Unıty içerisine import edildi.

Resim : 12. Sınıf Nükleer Fisyon örneği

Veri tabanı oluşturma aşamasında 11. Sınıf ders kitabında dişliler, kasnaklar, yatay atış, eğik atış, serbest düşme gibi konular ile 10. Sınıf ders kitabında tümsek ve çukur engelde dalgaların yansıması, iletken telde elektriksel yük hareketi, yay dalgaları, su cenderesi, elektrik alan çizgileri ve manyetik alan çizgileri gibi konulara ait uygun görseller seçilerek bu sınıf seviyeleri için de ayrıca veri tabanları oluşturuldu.

sınıf

Sonraki adımda ise uygulama içerisine, her bir hedef görselin algılanması durumunda gösterilecek grafik, animasyon veya video gibi zenginleştirici içeriklerin uygun bir şekilde yerleştirilmesi gerekiyor. Başka bir deyişle hedef görselin algılanması durumunda uygulamanın vereceği tepkiyi organize etmemiz gerekiyor. Hedef görselin nasıl zenginleştireceği noktasında yaratıcı düşünmek çok önemlidir. Bunun için konunun en karmaşık kısmına vurgu yapacak şekilde bir kurgu tasarlamak amaca en iyi hizmet eden durum olacaktır. İçeriklerin eklenmesinden sonra uygulamanın android işletim sisteminde çalışacak şekilde derlenmiş apk dosyası oluşturuldu. Sonraki aşamada ise apk dosyası ile mobil cihazlara kurulum yapılarak test etme süreci ile ilerlenir. Bu süreçte geliştirilen ve geliştirilmeye devam edilen bu uygulama Fatih projesi kapsamında daha önce okullarda dağıtımı yapılmış olan e-tab 5 tablet üzerinde test edilmektedir.

SONUÇ VE ÖNERİLER
İlk etapta fizik derslerinde kullanılmak üzere hazırlanan artırılmış gerçeklik uygulamalarının sonrasında diğer ders içeriklerinin zenginleştirilmesi için de uygulanması düşünülebilir. Bu uygulama ile öğrenme ortamının eğlenceli ve zengin hale getirilmesine çalışılmış ve öğrencilerin akademik başarısında görselliğe dayalı öğrenmeye olumlu katkı sağlaması hedeflenmiştir. Bu örnekler üzerinden gerçekleştirilen artırılmış gerçeklik uygulamalarının fen okuryazarlığına olumlu katkıları olacağı düşünülmektedir. PISA’nın temel alanlarından biri olan fen okuryazarlığında ülke olarak kendimize daha iyi yerler bulabilmek adına bu bunun gibi yeni yaklaşımlar benimsenmelidir.

KAYNAKÇA
İçten, T., & Bal, G. (2017). Artırılmış Gerçeklik Üzerine Son Gelişmelerin ve Uygulamaların İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5(2),111-136
Tülü, M., & Yılmaz M., (2012). İPhone ile Artırılmış Gerçeklik Uygulamalarının Eğitim Alanında Kulla- nılması.14. Akademik Bilişim Konferansında sunuldu, Uşak.
Somyürek, S. (2014). Öğrenme Sürecinde Z Kuşağının Dikkatini Çekme: Artırılmış Gerçeklik. Eğitim Tek-nolojisi Kuram ve Uygulama, 4(1),63-80
Cheng, K.H., & Tsai,C.C., (2013) Affordances of Augmented Reality in Science Learning: Suggestions For Future Search. Journal of Science Education and Technology 22(4), 449-462
Milgram, P., & Kishino, F., (1994) A Taxonomy Of Mixed Reality Visual Displays, IEICE Transactions on Information Systems, 77 (12), 1321-1329.
Shelton, B. E., & Hedley, N. R. (2002). Using Augmented Reality For Teaching Earth-Sun Relationships To Undergraduate Geography Students. Augmented Reality Toolkit, The First IEEE International Workshop (Vol. 8). IEEE.
Caudell, T. P., & Mizell, D. W. (1992, January). Augmented Reality: An Application Of Heads-Up Display Technology To Manual Manufacturing Processes. System Sciences, 1992. Proceedings of the Twenty- Fifth Hawaii International Conference on (Vol. 2, pp. 659-669). IEEE.
Abdüsselam, M.S. (2014). Fizik Öğretiminde Artırılmış Gerçeklık Ortamlarının Kullanımlarına ilişkin Öğ-retmen ve Öğrencı Görüşleri:11.Sınıf Manyetizma Konusu Örneği. Pegem Eğitim ve Öğretim Der- gisi,4(1),59-74
Taşkıran, A., Koral, E., & Bozkurt, A. (2015). Artırılmış Gerçeklik Uygulamasının Yabancı Dil Öğretimin¬de Kullanılması. Akademik Bilişim Konferansı bildiriler kitabı içinde, 462-467.
İnternet: Bolat, M. & Evgi, İ. (2014). “Fizik 10 Ders Kitabı“. Syf. 167. Web: http://img.eba.gov.tr/795/24a/ b89/ffd/b73/414/466/bc0/523/a7b/be8/f9d/1ba/53a/004/79524ab89ffdb73414466bc0523a7bbe8f9d- 1ba53a004.pdf adresinden 21 Nisan 2018’de alınmıştır.
İnternet: Koyuncuoğlu, A.,S., (2016). “Fizik 11 Ders Kitabı“. Syf. 241. Web: http://img.eba.gov.tr/830/56e/ f95/bca/6ca/794/73d/a7c/20a/4ec/a96/32b/8c7/9a0/001/83056ef95bca6ca79473da7c20a4eca- 9632b8c79a0001.pdf adresinden 11 Ocak 2018’de alınmıştır.
İnternet: Koyuncuoğlu, A.,S., (2015). “Fizik 12 Ders Kitabı“. Syf. 201. Web: http://img.eba.gov.tr/988/14a/ b89/ffd/b73/414/466/bc0/523/a7b/be8/f9d/1ba/53a/007/98814ab89ffdb 73414466bc0523a7bbe8f9d- 1ba53a007.pdf adresinden 11 Ocak 2018’de alınmıştır.
İbili, E., & Şahin S., (2014) Artırılmış Gerçeklik Destekli Geometri Öğretiminin Öğrencilerin Başarı Ve Tutumlarına Etkisi. 16. Akademik Bilişim Konferansında sunuldu, Mersin.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
lütfen isminizi buraya girin