The Effect of Using 3D Solid Models in Chemistry Education on Students’ Achievement and Motivation

Abstract

Bu araştırma, 3B yazıcı teknolojisi kullanılarak geliştirilen öğretim materyallerinin lise kimya eğitiminde öğrencilerin akademik başarılarına ve motivasyon düzeylerine olan etkisini incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmada, 9. sınıf 'Atom Modelleri ve Periyodik Sistem' ve 'Kimyasal Türler Arası Etkileşimler' üniteleri özelinde, 'Atom Modelleri', 'Lewis Yapısı' ve 'Çaprazlama konularında yapılandırmacı öğretim yöntemleriyle desteklenen dersler ile 3B modellerin kullanıldığı derslerin öğrenci akademik başarı ve motivasyonu üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu bağlamda, araştırma karma yöntem deseninde yürütülmüş; nicel veriler araştırmacı tarafından oluşturulan akademik başarı testleri ve Kimya Motivasyon Ölçeğiyle, nitel veriler ise yarı yapılandırılmış öğrenci görüşmeleriyle elde edilmiştir. Araştırmanın nicel sonuçları, 3B modellerin kullanıldığı deney grubunun hem akademik başarı hem de motivasyon düzeylerinde kontrol grubuna göre anlamlı bir artış sağladığını göstermektedir. Özellikle soyut kavramların görselleştirilmesi, öğrencilerin konuları daha kolay kavramasına katkı sağlamış; öğrenme süreci daha somut, eğlenceli ve kalıcı hale gelmiştir. Nitel bulgular ise öğrencilerin 3B modelleri etkili ve dikkat çekici bulduklarını, derslere aktif katılım sağladıklarını ve öğrendikleri bilgileri daha kolay hatırladıklarını ortaya koymuştur. Bu çalışmanın bulguları, 3B yazıcı teknolojisinin yalnızca bir üretim aracı olarak değil, aynı zamanda güçlü bir öğretim materyali olarak da kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca, STEM temelli yaklaşımlarla uyumlu olan bu teknoloji, öğrencilerin hem bilimsel düşünme becerilerini hem de motivasyonlarını desteklemekte ve eğitimde dijital dönüşüm sürecine katkı sağlamaktadır.This research investigates the impact of instructional materials developed through 3D printing technology on high school students' academic achievement and motivation in chemistry education. The study focuses on the 9th grade units 'Atomic Models and the Periodic Table' and 'Interactions Between Chemical Species,' specifically addressing the topics of 'Atomic Models,' 'Lewis Structures,' and 'Hybridization.' Lessons designed with constructivist teaching methods were compared with those supported by 3D-printed models to examine their effects on student learning outcomes. Adopting a mixed-methods research design, the study collected quantitative data through achievement tests developed by the researcher and the Chemistry Motivation Scale, while qualitative data were obtained from semi-structured student interviews. Quantitative findings demonstrated that the experimental group taught with 3D models showed statistically significant improvements in both academic achievement and motivation compared to the control group. The use of 3D models facilitated the visualization of abstract concepts, enabling students to grasp topics more effectively and making the learning process more concrete, engaging, and enduring. Qualitative results further revealed that students perceived the 3D models as effective and engaging, actively participated in classroom activities, and found it easier to recall the knowledge they had acquired. Taken together, these findings suggest that 3D printing technology should be considered not merely as a production tool but as a powerful pedagogical resource. Aligned with STEM-oriented approaches, this technology supports the development of students' scientific thinking skills, fosters motivation, and contributes to the broader process of digital transformation in education.