Optik öğretimi için üç boyutlu yazıcı kullanılarak öğretim materyalleri geliştirilmesi

Abstract

Fen ve fizik öğretiminde öğrencilerin bilimsel kavramları anlamlandırmalarını sağlayan en önemli unsurlardan bir tanesi de deneysel uygulamalardır. Ancak mevcut öğretim ortamlarında, özellikle optik konularının öğretiminde kullanılabilecek uygun, erişilebilir ve etkili materyallerin sınırlı olması, öğrencilerin öğrenme sürecine aktif olarak katılımlarını zorlaştırmaktadır. Gölge ve ışığın doğrusal yayılması gibi konuların öğretiminde öğretmenler eğer deney gerçekleştireceklerse hazır materyaller kullanmakta ya da genellikle teorik anlatımlar gerçekleştirmektedirler. Bu durum çoğu zaman uygulamaya dayalı öğrenme fırsatlarını azaltmaktadır. Son yıllarda hızla gelişen üç boyutlu (3B) yazıcı teknolojileri, özellikle fen alanları ile ilgili öğretimde materyal eksikliğini giderebilecek yenilikçi bir çözüm sunmaktadır. 3B yazıcılar sayesinde öğretmen ve araştırmacılar, kendi öğretim hedeflerine uygun, düşük maliyetli ve yeniden üretilebilir materyaller tasarlayabilmektedir. Eğitimde bu teknolojinin etkin biçimde kullanılması, öğrencilerin öğrenme sürecine aktif katılımını desteklemenin yanı sıra öğretmenlerin materyal geliştirme becerilerini de güçlendirmektedir. Bu gerekçeler doğrultusunda yürütülen araştırmanın amacı, optik öğretiminde gölge konusunun öğretimine yönelik bir deney düzeneği geliştirmek ve bu düzeneğin eğitim ortamlarında kullanılabilirliğini ortaya koymaktır. Bu amaçla, deney düzeneğinin tüm bileşenleri Blender yazılımı ile üç boyutlu ortamda modellenmiş, ardından Creality Print programı kullanılarak baskıya hazırlanmıştır. Üretim süreci Creality K1 Max üç boyutlu yazıcısı ile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında üretilen her bir bileşenin işlevi, çizimi ve üretim süreci ayrıntılı biçimde açıklanmıştır. Geliştirilen deney düzeneği ile gölge boyunun değişimi, farklı geometrik şekillere ait gölgeler ile tam ve yarı gölge oluşumu gibi temel optik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğinin öğretmen, akademisyen ve öğrenciler tarafından kolaylıkla erişilebilmesi amacıyla, tüm üç boyutlu çizim ve üretim dosyaları çevrimiçi ortamda ücretsiz olarak paylaşılmıştır. Araştırma sonucunda, üç boyutlu yazıcı teknolojilerinin optik öğretiminde etkili bir materyal geliştirme aracı olarak kullanılabileceği ve öğretim sürecine görsel, etkileşimli ve uygulamalı bir boyut kazandırdığı belirlenmiştir. Bununla birlikte süreçte ortaya çıkan zorluklar göz önüne alınarak ileride çalışma gerçekleştirilecek olan araştırmacılara önerilerde bulunulmuştur.One of the most important elements facilitating students’ understanding of scientific concepts in science and physics education is hands-on experimental activities. However, in current teaching environments, the availability of suitable, accessible, and effective materials for teaching optical concepts is limited, which hinders students’ active participation in the learning process. In the instruction of topics such as shadow formation and the linear propagation of light, teachers typically rely on ready-made materials or primarily deliver theoretical explanations when conducting experiments. This often reduces opportunities for experiential learning. In recent years, the rapid development of three-dimensional (3D) printing technologies has offered an innovative solution to the shortage of instructional materials, particularly in science education. Through 3D printing, teachers and researchers can design low-cost, reproducible materials tailored to their specific teaching objectives. The effective integration of this technology into education not only supports students’ active engagement but also enhances teachers’ ability to develop instructional resources. Based on these considerations, the present study aimed to develop an experimental setup for teaching shadow concepts in optics and to evaluate its applicability in educational settings. For this purpose, all components of the experimental setup were modeled in a three-dimensional environment using Blender software and prepared for printing with Creality Print. The production process was carried out using the Creality K1 Max 3D printer. The function, technical design, and production process of each component were explained in detail. Using the developed setup, fundamental optical experiments were conducted, including changes in shadow length, shadows of different geometric shapes, and the formation of umbra and penumbra. To ensure accessibility for teachers, academics, and students, all 3D design and production files were made freely available online. The study concluded that 3D printing technology can serve as an effective tool for developing instructional materials in optics, providing a visual, interactive, and practical dimension to the teaching process. Furthermore, taking into account challenges encountered during the process, recommendations were provided for future researchers who will conduct similar studies.