PROGRAMLAMA DİLİ ÖĞRETİMİNDE ALICE YAZILIMININ DERS BAŞARISI, ELEŞTİREL DÜŞÜNME VE PROBLEM ÇÖZME BECERİLERİ
İLE ÜSTBİLİŞSEL FARKINDALIK DÜZEYİNE ETKİSİ
Ebru SOLMAZ
DOKTORA TEZİ
BİLGİSAYAR VE ÖĞRETİM TEKNOLOJİLERİ EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
i
TELİF HAKKI ve TEZ FOTOKOPİ İZİN FORMU
Bu tezin tüm hakları saklıdır. Kaynak göstermek koşuluyla tezin teslim tarihinden itibaren 12 (oniki) ay sonra tezden fotokopi çekilebilir.
YAZARIN
Adı : Ebru
Soyadı : SOLMAZ
Bilim Dalı : Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi İmza :
Teslim tarihi :
TEZİN
Türkçe Adı: Programlama Dili Öğretiminde Alice Yazılımının Ders Başarısı, Eleştirel Düşünme ve Problem Çözme Becerileri ile Üstbilişsel Farkındalık Düzeyine Etkisi
İngilizce Adı: In Programming Language Instruction The Effect of Alice to Course Achievement, The Skills of Critical Thinking and Problem Solving and Metacognitive Awareness Level
ii
ETİK İLKELERE UYGUNLUK BEYANI
Tez yazma sürecinde bilimsel ve etik ilkelere uyduğumu, yararlandığım tüm kaynakları kaynak gösterme ilkelerine uygun olarak kaynakçada belirttiğimi ve bu bölümler dışındaki tüm ifadelerin şahsıma ait olduğunu beyan ederim.
Yazar Adı Soyadı: Ebru SOLMAZ
iii
Jüri Onay Sayfası
Ebru SOLMAZ tarafından hazırlanan “Programlama Dili Öğretiminde Alice Yazılımının Ders Başarısı, Eleştirel Düşünme ve Problem Çözme Becerileri ile Üstbilişsel Farkındalık Düzeyine Etkisi” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Gazi Üniversitesi Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı’nda Doktora tezi olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Doç. Dr. Tolga GÜYER ………
Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Başkan: Prof. Dr. Hafize KESER ………
Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı, Ankara Üniversitesi
Üye: Prof. Dr. Ahmet MAHİROĞLU ………
Eğitim Programları ve Öğretim Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Üye: Doç. Dr. Sami ŞAHİN …….………
Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Üye: Doç. Dr. Hasan ÇAKIR ..……… Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Tez Savunma Tarihi: …../…../……….
Bu tezin Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı’nda Doktora tezi olması için şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
Prof. Dr. Servet KARABAĞ
iv
v
TEŞEKKÜR
Bu araştırma Alice üç boyutlu yazılım geliştirme ortamının programlama dili öğretiminde öğrencilerin eleştirel düşünme eğilimleri, problem çözme becerileri, üstbilişsel farkındalık düzeyleri, ders başarılarına etkisini ve öğrencilerin Alice ortamına ilişkin görüşlerini ortaya koymak amacıyla Gazi Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı’nda doktora tez çalışması olarak gerçekleştirilmiştir. Yukarıda sayılan beceriler programlama dili öğretiminde gerekli ve önemli olan birtakım yeterlilikler olarak sayılmaktadır. Ayrıca yurtiçinde ve yurtdışında çeşitli fakülte veya okullarda verilen programlama derslerinde öğrencilerin programlama için yeterli becerilere sahip olamadıkları, yüksek kalma ve düşük geçme oranları gibi birçok problemle karşılaşıldığı görülmektedir. Bu araştırmada Alice yazılımı ile bu problemlere yönelik bir çözüm ortaya koymak amaçlanırken, söz konusu becerilerin gelişimi de incelenmiştir. Beş bölümden oluşan araştırmanın birinci bölümünde problem durumu, araştırmanın amacı, önemi, varsayımlar, sınırlılıklar, tanımlar ve kısaltmalar bulunmaktadır. Araştırmanın ikinci bölümünde çalışmanın kavramsal çerçevesi ve ilgili araştırmalar, üçüncü bölümde araştırmanın modeli, çalışma grubu, öğrenme materyali, veri toplama araçları, uygulama süreci, verilerin analizi ve yorumlanmasına ilişkin bilgilere yer verilmiştir. Dördüncü bölümde bulgular ve yorum, beşinci bölümde ise sonuçlar ve öneriler yer almaktadır.
Yukarıda kısaca açıklanan sürecin sağlıklı bir şekilde yürütülmesi ve araştırmanın gerçekleşmesinde emeği geçen başta tez danışmanım Doç. Dr. Tolga GÜYER olmak üzere, tez izleme komitesi üyeleri olan değerli hocalarım Prof. Dr. Halil İbrahim YALIN, Prof. Dr. Halil İbrahim BÜLBÜL ve Prof. Dr. Ahmet MAHİROĞLU’na, ayrıca tez savunma jürisi üyelerinden olan hocalarım Prof. Dr. Hafize KESER, Doç. Dr. Sami ŞAHİN ve Doç. Dr. Hasan ÇAKIR’a yorumları, önerileri ve destekleri için teşekkürlerimi sunarım. Tezin uygulama aşamasında yardımlarını esirgemeyen Dr. Sibel SOMYÜREK
vi
ATASOY ve Dr. Mutlu Tahsin ÜSTÜNDAĞ’a, verilerin istatistiksel değerlendirmelerinde ve içerik analizi konusundaki bilgileri ile bana yol gösteren Doç. Dr. Ebru KILIÇ ÇAKMAK ve bir kez daha Doç. Dr. Sami ŞAHİN’e teşekkürü bir borç bilirim. Özellikle istatistiksel analizlerde benimle birlikte vakit harcayan sevgili arkadaşlarım Araş. Gör. Mehmet Fikret GELİBOLU ve Araş. Gör. Mustafa Serkan GÜNBATAR’a katkılarından dolayı çok teşekkür ederim. Ayrıca bu zorlu ve uzun süreçte manevi olarak desteklerini gönülden hissettiğim sevgili anne ve babama ne kadar teşekkür etsem azdır.
Bütün bu isimlere ek olarak burada adını sayamadığım kaynakça kısmında adı geçen tüm araştırmacılara, çalışmama katkıda bulunan tüm hocalarıma, arkadaşlarıma ve çalışmama katılan sevgili öğrencilere teşekkür ederim.
Son olarak doktora öğrenimim boyunca vermiş olduğu destekten dolayı TÜBİTAK’a bir teşekkürü borç bilirim.
vii
PROGRAMLAMA DİLİ ÖĞRETİMİNDE ALICE YAZILIMININ
DERS BAŞARISI, ELEŞTİREL DÜŞÜNME VE PROBLEM ÇÖZME
BECERİLERİ İLE ÜSTBİLİŞSEL FARKINDALIK DÜZEYİNE
ETKİSİ
(Doktora Tezi)
Ebru SOLMAZ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Aralık, 2014
ÖZ
Çalışmanın amacı; Alice üç boyutlu yazılım geliştirme ortamının programlama dili öğretiminde öğrencilerin eleştirel düşünme eğilimleri, problem çözme becerileri, üstbilişsel farkındalık düzeyleri ve ders başarıları üzerindeki etkisini ve ortama ilişkin öğrenci görüşlerini ortaya koymaktır. Araştırmada hem nicel hem de nitel veriler toplandığı için karma yöntem kullanılmıştır. Araştırmanın bağımsız değişkeni Alice yazılımı, bağımlı değişkenleri ise eleştirel düşünme eğilimi, problem çözme becerisi, üstbilişsel farkındalık düzeyi ve ders başarısıdır. Çalışmanın nicel kısmında yarı deneysel desenler kullanılmış; eleştirel düşünme eğilimi, problem çözme becerisi, üstbilişsel farkındalık düzeyi değişkenleri için öntest- sontest kontrol gruplu desen, ders başarısı değişkeni için sontest kontrol gruplu desen tercih edilmiştir. Araştırmanın nitel kısmında ise görüşme yöntemi kullanılmıştır.
Araştırmanın çalışma grubunu Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Anabilim Dalı’nda 2013-2014 Güz döneminde Programlama Dilleri-I dersini alan 39 ikinci sınıf öğrencisi oluşturmaktadır. Programlama Dilleri - I dersinin birinci şubesi deney grubu, ikinci şubesi kontrol grubu olarak yansız bir şekilde atanmıştır. Deney grubuna 7 hafta boyunca Alice yazılımı kullanılarak PHP programlama dilinde temel programlama kavramları öğretilmiş, kontrol gurubuna ise PHP
viii
programlama dilinde temel kavramlar herhangi bir yardımcı araç kullanılmadan öğretilmiştir. Uygulama sonunda Alice programını kullanan öğrenciler ile görüşme yapılarak öğrencilerin program ile ilgili görüşleri alınmıştır.
Ders başarısı değişkenine ait sontest verileri bağımsız örneklemler için t-testi kullanılarak analiz edilmiş, öğrencilerin başarı sınavı puanlarının deney ve kontrol grubuna göre anlamlı bir farklılık göstermediği belirlenmiştir. Sonuç olarak Alice programının PHP programlama dili öğretiminde ders başarısı üzerinde çok fazla etkili olmadığı, ancak Java, C++ gibi nesne yönelimli dillerin öğretiminde ders başarısı üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğu ortaya çıkmıştır.
Eleştirel düşünme eğilimi, problem çözme becerisi ve üstbilişsel farkındalık değişkenlerine ait öntest ve sontest verileri ise İki faktörlü ANOVA kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre deney ve kontrol grubundaki öğrencilerin bu değişkenlere ait puanlarının deney öncesinden sonrasına anlamlı farklılık göstermediği, yani Alice programı kullanımının bu değişkenler üzerinde anlamlı bir etki yaratmadığı bulunmuştur. Sonuçta programlama dili öğretiminde kullanılan görsel öğrenme çevresinin değil, kullanılan yöntemin eleştirel düşünme üzerinde etkili olduğu; programlama öğretiminin, görsel bir dilin kullanılması veya kullanılmaması, ya da eğitimde kullanılan ortamın türüne göre öğrencilerin problem çözme becerileri üzerinde çok farklı etkilere yol açabildiği ve programlama dili öğretiminde uygulanan yöntem ya da seçilen dil veya araçların, öğrencilerin üstbilişsel becerileri üzerinde herhangi bir etki yaratmadığı ortaya çıkmıştır. Uygulama sonunda Alice programını kullanan öğrenciler ile yapılan görüşme çıktıları ise Alice ortamının programlama veya algoritma mantığını kavramaya, programlamanın temel kavramlarını öğrenmeye yardımcı olduğu, programlamayı eğlenceli hale getirdiği, içeriğin Alice ortamında öğrenilmesinin PHP programlama dilinde aynı içeriği uygulamayı kolaylaştırdığını ve kodların ve sonuçlarının canlandırılmasının öğrenmeye yardımcı olduğu öğrenciler tarafından ifade edilmiştir. Ayrıca Alice ortamının olumlu özellikleri öğrenciler tarafından ortamın eğlenceli olması, canlandırma ve kodların hazır olması olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte öğrenciler tarafından ifade edilen olumsuz özellikler ise Alice ile PHP programlama dili arasında bağlantı kuramama, Alice ortamı ile Php programlama dilini bir arada götürmenin zor olması ve yazılımın yüksek donanım özellikleri gerektirmesidir.
Bilim Kodu :
Anahtar Kelimeler : programlama, Alice, eleştirel düşünme, problem çözme, üstbilişsel farkındalık
Sayfa Adedi : xvi + 154
ix
IN PROGRAMMING LANGUAGE INSTRUCTION THE EFFECT OF
ALICE TO ACADEMIC ACHIEVEMENT THE SKILLS OF
CRITICAL THINKING AND PROBLEM SOLVING AND
METACOGNITIVE AWARENESS LEVEL
(Ph. D Thesis)
Ebru SOLMAZ
GAZI UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF EDUCATIONAL SCIENCES
December, 2014
ABSTRACT
The purpose of study is to reveal the impacts of using Alice three-dimensional software development environment on students' academic achievement, critical thinking, problem solving skills and metacognitive awareness in teaching programming and the views of students related to Alice. In this study, because of using both quantitative and qualitative data, the mixed method is used. Independent variables of study is Alice software and the dependent variables are academic achievement, critical thinking, problem solving skills and metacognitive awareness. In the quantitative part of the study, a quasi-experimental designs are used; for critical thinking, problem-solving skills, metacognitive awareness, pretest- posttest and control group design is used, for course achievement posttest control group design is preferred. In the qualitative part of the research, interview method is used. The study group is Gazi University Faculty of Education at the Department of Computer Education and Instructional Technologies Education 2013-2014 Fall Semester, 39 students who take Programming Languages-II. First section of lesson is experimental group and second section is control group which is assigned in neutral way. For 7 weeks, experimental group uses Alice program to learn basic programming skills by using PHP programming language, while the control group has been taught without the use of any aids. At the end of the application process, the feedback of students about using the program has been collected.
x
Course achievement variables belongs to the post-test data were analyzed using independent samples t-test and no significant difference are found on students' achievement(s) (between) experimental and control group test scores. Consequently it is revealed that Alice environment is not significantly effective on course achievement in programming instruction, while object oriented programming languages like Java, C++ have positive effects on course achievement.
The pretest and posttest data related to critical thinking disposition, problem solving skills and metacognitive awareness variables were analyzed using two way ANOVA. According to the analysis between the experimental and control group students' scores; on each of these variables, no significant difference (was found) before and after the measurements of experiment. That is, using Alice environment does not have significant impact on these variables. The results shows; not visual learning environment used in programming instruction but the instructional method used in instruction has significant effects on critical thinking; the programming instruction causes much various effects on problem solving skills considering the type of environment and whether using a visual language in instruction or not; the instructional method, programming language or materials used in programming instruction doesn’t seem effective on metacognitive skills.
When qualitative data were analyzed, it was found that according to students, Alice environment helps to comprehend programming and algorithm logic, and to learn basics concepts of programming and makes programming enjoyable. (Students mentioned that learning the course content in Alice environment makes easy to implement the same content in PHP programming language; and code visualization by Alice boosts learning. Also students stated that the positive features of Alice are being enjoyable, code visualization and drag-drop code properties. The negative features of Alice are Alice’s high system requirements, and that tudents sometimes can not establish relation between Alice and PHP, and difficulties to perform both Alice and PHP together.
Science Code :
Keywords : programming, Alice, critical thinking, problem solving, metacognitive awareness
Page Number : xvi + 154
xi
İÇİNDEKİLER
TELİF HAKKI ve TEZ FOTOKOPİ İZİN FORMU ...i
ETİK İLKELERE UYGUNLUK BEYANI ... ii
Jüri Onay Sayfası ... iii
TEŞEKKÜR ... v
ÖZET ... vii
ABSTRACT ...ix
TABLOLAR LİSTESİ...xiv
ŞEKİLLER LİSTESİ ... xv
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ ...xvi
BÖLÜM I ... 1 GİRİŞ ... 1 Problem Durumu... 1 Araştırmanın Amacı ... 6 Araştırmanın Önemi ... 7 Varsayımlar ... 8 Sınırlılıklar ... 8 Tanımlar ve Kısaltmalar ... 9 BÖLÜM II ... 11
KAVRAMSAL ÇERÇEVE VE İLGİLİ ARAŞTIRMALAR ... 11
Programlama Dili Öğretimi ... 11
Programlama Dili Öğretiminde Gerekli Olan Beceriler ... 13
Eleştirel Düşünme Becerisi ... 15
Problem Çözme Becerisi ... 17
xii
Programlama Dili Öğretimindeki Problemler ... 21
Programlama Dili Öğretiminde Kullanılan Ortamlar ... 24
Görsel Programlama Çevreleri ... 29
Greenfoot Ortamı ... 31 Scratch Ortamı ... 33 Jeroo Ortamı ... 35 Alice Ortamı ... 42 BÖLÜM III ... 53 YÖNTEM... 53 Araştırmanın Modeli... 53 Çalışma Grubu ... 55 Öğretim Materyali... 56
Veri Toplama Araçları... 60
Eleştirel Düşünme Eğilimi Ölçeği ... 61
Problem Çözme Becerileri Envanteri ... 62
Üstbilişsel Farkındalık Ölçeği... 63
Başarı Sınavı ... 63
Görüşme Formu ... 66
Uygulama Süreci ... 67
Verilerin Analizi ve Yorumlanması ... 76
BÖLÜM IV ... 79
BULGULAR VE YORUM ... 79
Başarı Sınavı Sonuçlarına İlişkin Bulgular ... 79
Eleştirel Düşünme Eğilimi Ölçeği Sonuçlarına İlişkin Bulgular ... 80
Problem Çözme Envanterine İlişkin Bulgular ... 82
Üstbilişsel Farkındalık Envanteri Sonuçlarına İlişkin Bulgular ... 84
Öğrencilerin Alice Programına İlişkin Görüşleri ... 86
BÖLÜM 5 ... 97
SONUÇ VE ÖNERİLER ... 97
Sonuç ... 97
xiii
Uygulamaya İlişkin Öneriler ... 100
Araştırmaya İlişkin Öneriler ... 100
KAYNAKLAR ... 103
EKLER... 117
EK 1. BAŞARI SINAVI ... 118
EK 2. CALIFORNIA ELEŞTİREL DÜŞÜNME EĞİLİMİ ÖLÇEĞİ ... 119
EK 3. PROBLEM ÇÖZME ENVANTERİ ... 123
EK 4. ÜSTBİLİŞSEL FARKINDALIK ENVANTERİ ... 127
EK 5. GÖRÜŞME SORULARI ... 131
EK 6. BELİRTKE TABLOSU ... 132
EK 7. BAŞARI SINAVI İÇİN OLUŞTURULAN SORU HAVUZU ... 137
EK 8. ALICE ORTAMINDA SINIF İÇİNDE YAPILAN UYGULAMA ÖRNEKLERİ ... 148
xiv
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 1. Ders Başarısı Değişkeni için Araştırma Modelinin Simgesel Görünümü ... 54
Tablo 2. Diğer Bağımlı Değişkenler için Araştırma Modelinin Simgesel Görünümü . 54 Tablo 3. Öğrencilerin Cinsiyet ve Gruplara Göre Dağılımları ... 55
Tablo 4. Eleştirel Düşünme Eğilimi Ölçeğinin Puanlama Dağılımı ... 61
Tablo 5. Problem Çözme Envanterinin Puanlama Dağılımı ... 62
Tablo 6. Üstbilişsel Farkındalık Envanteri Puanlama Dağılım Tablosu ... 63
Tablo 7. Başarı Sınavı için Soru Havuzundan Seçilen Soruların Dağılımı ... 65
Tablo 8. Uygulama Süresinde Her hafta İşlenen Konu Başlıkları ... 68
Tablo 9. Araştırma Verilerinin Dağılım Değerleri ... 77
Tablo 10. Başarı Ölçme Aracı Puanlarının Deney ve Kontrol Grubuna Göre t-Testi Sonuçları ... 79
Tablo 11. Eleştirel Düşünme Eğilimi Ölçeği Ortalama ve Standart Sapma Değerleri 81 Tablo 12. Eleştirel Düşünme Eğilimi Ölçeği Öntest-Sontest Puanlarının ANOVA Sonuçları ... 81
Tablo 13. Problem Çözme Ölçeği Ortalama ve Standart Sapma Değerleri ... 82
Tablo 14. Problem Çözme Ölçeği Öntest-Sontest Puanlarının ANOVA Sonuçları ... 83
Tablo 15. Üstbilişsel Farkındalık Envanteri Ortalama ve Standart Sapma Değerleri 84 Tablo 16. Üstbilişsel Farkındalık Ölçeği Öntest-Sontest Puanlarının ANOVA Sonuçları ... 85
Tablo 17. Öğrencilerin Alice Ortamının Etkileri ve Katkılarına İlişkin Görüşleri ... 87
Tablo 18. Öğrencilerin Alice Ortamının Olumlu Özelliklerine İlişkin Görüşleri ... 89
Tablo 19. Öğrencilerin Alice Ortamının Olumsuz Özelliklerine İlişkin Görüşleri ... 91
xv
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1. Greenfoot ana ekranı (Kölling, 2010) ... 32
Şekil 2. Greenfoot editörü (Kölling, 2010) ... 33
Şekil 3. Scratch Ortamının Ana Ekranı ... 34
Şekil 4. Jeroo ortamı kullanıcı arayüzü ... 36
Şekil 5. Alice ortamı açılış ekranı ... 57
Şekil 6. Alice ortamı ana ekranı... 58
Şekil 7. Alice ortamında komutları düzenleme ... 59
Şekil 8. Alice ortamın hazırlanan programın animasyon (run) penceresi ... 59
xvi
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ
n Veri sayısı p Anlamlılık düzeyi sd Serbestlik derecesi SS Standart sapma t t testi puanı Ortalama
1
BÖLÜM I
GİRİŞ
Bu bölümde problem durumu, araştırmanın amacı, araştırmanın önemi, varsayımlar, sınırlılıklar, tanımlar ve kısaltmalara yer verilmiştir.
Problem Durumu
Medeniyet üzerinde önemli etkilere sebep olan icatlardan biri de bilgisayardır. Kişisel bilgisayarların ortaya çıkmasından ve sonrasında İnternet ve World Wide Web (www)’e sınırsız erişiminin sağlanmasından beri bilgisayar toplumda en çok kullanılan araç olmuştur. İnsanlar bilgisayarları uygulama yazılımları vasıtasıyla kullanmaktadır. Bu yazılımların geliştirilmesi ise çeşitli programlama dilleri ile mümkün olmaktadır.
Ayrıca insanlar artık bilgisayarı sadece herhangi bir bilgiye ulaşmak, alışveriş yapmak, çeşitli işlemler yapmak gibi sadece temel düzeyde bilgisayar becerisi gerektiren işler için değil; web sitesi hazırlamak, belirli işlemleri gerçekleştiren uygulamalar geliştirmek gibi programlama bilgisi gerektiren işler için de kullanmaktadır. Bu durum programlamaya olan ilgiyi arttırmış, insanlar herhangi bir programlama dilini öğrenmek için özel kurslara gitmeye başlamıştır. Bunun yanında bilindiği gibi mühendislik, yazılım geliştirme, web tasarımı gibi birçok alanda çalışabilmek için de programlama becerisine sahip olmak gerekmektedir. Bu sebeple eğitim alanında programlama eğitimi ve öğretimi çok sayıda çalışmaların yapıldığı bir alan olarak dikkat çekmekte; programlama dilleri, bilgisayar biliminin ve bilgisayar bilimi eğitim programının merkezinde bulunmaktadır (Scott, 2005). Ancak ilk programlama dilini öğrenmenin genellikle zor bir süreç olduğu belirtilmekte ve birçok insan için programlama dili öğrenme sürecindeki ilk basamakları çıkmak bu sürecin en zor kısmı olarak değerlendirilmektedir (Ford, 2007). Çünkü programlama, öğrenilmesinde ve öğretilmesinde çaba ve özel bir yaklaşım gerektiren karmaşık bir konu
2
iken, programlama hakkında bilgi edinmek ve edinilen bu bilgiyi geliştirmek de hayli karmaşık bir süreçtir (Rogalski ve Samurçay, 1990; Gomes ve Mendes, 2007).
İlk kez programlama dili öğrenmek hem semantik kavramlar hem de sözdizimsel bilgilerin gelişimini gerektirmektedir. Ayrıca iyi bir programcı olmak için bir öğrenci bazı programlama dillerinin söz dizimini bilmenin ötesinde bir seri beceri edinmek zorundadır. Bunlar; çeşitli bilişsel aktiviteler, program tasarımı ile ilgili zihinsel betimlemeler, program anlayışı, yazılan programla ilgili değişiklik yapma ve hata ayıklama, kavramsal bilgileri yapılandırma ve basit işlemleri yapma (döngüler, koşul cümleleri gibi) gibi becerileri içermektedir. Bu beceriler soyutlama, problem çözme, genelleme, transfer ve eleştirel düşünme gibi başlıklar altında da ifade edilmektedir (Rogalski ve Samurçay, 1990; Gomes ve Mendes, 2007; Gundurao vd., 2010).
Programlama dili öğretiminde gerekli beceriler arasında sayılan eleştirel düşünmenin birçok araştırmacı tarafından çeşitli tanımlarının yapıldığı görülmektedir. Eleştirel düşünme; yorumlama, analiz etme, değerlendirme, sonuç çıkarma, açıklama yapma ve öz düzenlemede yer alan bilişsel becerileri içermektedir. Bu altı beceri eleştirel düşünmenin çekirdeğini oluşturmaktadır (Faicione, 1990). Halpern (1998)’e göre eleştirel düşünme istenen çıktının olasılığını arttıran bilişsel beceriler ya da stratejilerin kullanımını ifade etmektedir. Eleştirel düşünme; amaçlı, mantıklı ve hedef yönelimlidir. Problemleri çözme, sonuçları açık ve kesin olarak ifade etme, olasılıkları hesaplama ve karar vermeyi içeren düşünce türüdür. Eleştirel düşünen insanlar bu becerileri uygun bir şekilde ve genellikle bilinçli olarak kullanmaktadır.
Bunun yanında eleştirel düşünme düşünme süreçlerini değerlendirmeyi de içermektedir (Halpern, 1998). Benzer şekilde Chaffee (1994) eleştirel düşünmenin karar verme ve problem çözme üzerinde olumlu bir etkisinin olmasının beklendiğini ifade etmektedir. Birey çevresinde neler olup bittiğini anlamak için bu becerisini kullanmaktadır. Eleştirel düşünme, problemlerin tanımlanması, çözüme yönelik çalışmaya başlanması, karar verme ve değerlendirme aşamalarında işe koşulan bir beceri olarak değerlendirilmektedir. (Akt. Kökdemir, 2003). Bu bilgiler ışığında eleştirel düşünmenin programlama dili öğreniminde kullanılan bir takım becerileri ifade ettiği söylenebilir.
Programlama dili öğreniminde işe koşulan becerilerden bir diğeri de problem çözme becerisidir (Gundurao vd., 2010). Problem çözme programlama dili öğretme konusunda temel bir özellik olarak tanımlanmakta (Robins, Rountree ve Rountree, 2003), doğru
3
çözüme ulaşmak için bir işi/görevi başarmak anlamına gelmektedir. Bilgisayar için problem çözümleri hazırlarken sadece programlama dilinin kurallarını bilmek yetmemekte, başarılı programlama için problem çözme becerileri gerekli olmakta ve nasıl bilgisayar programı yazılacağını öğrenmek için iyi problem çözme becerileri geliştirilmesi gerekmektedir. (Gundurao vd., 2010). Gomes ve Mendes (2007) de programlamayı öğrenmek ve öğretmek için öğrencilerin problem çözme becerileri geliştirmesinin esas olduğunu ifade etmektedir.
Problem çözme sürecinde özellikle çözümün ve çıktıların düzenlenmesi ve değerlendirilmesi süresince kullanılan bir beceri de üstbiliştir (Guss ve Wiley, 2007). Problem çözmenin kendi üstbilişsel gereksinimleri bulunmaktadır (Lin vd., 2005). Bu üstbilişsel beceriler bir kişinin öğrenme ve problem çözme davranışını düzenleme, rehberlik etme, yönlendirme ve kontrol etme gibi sonradan kazanılan becerilerle alakalıdır (Zohar ve Dori, 2012).
Üstbiliş eğitimde önemli bir kavram olarak kabul edilmektedir. Bunun nedeni bu kavramın bilgi edinme, kavrama, akılda tutma ve öğrendiğini uygulamayı ve bunlara ek olarak öğrenme etkililiği, problem çözme ve eleştirel düşünmeyi etkilemesidir. Üstbilişsel farkındalık; düşünme, öğrenme süreci ve ürünler üzerinde kontrol veya öz-düzenleme imkanı tanımaktadır (Hartman, 1998). Problem çözmede üstbiliş ise, problemin başarılı bir şekilde çözümüne yönlendirilmiş düşünceye rehberlik etmek için kullanılan süreçleri ve bilgiyi ifade etmektedir (McCormick, 2003). Sonuç olarak üstbilişsel beceri ve üstbilişsel farkındalığın da programlama sürecinde yararlanılan özelliklerden olduğu açıktır.
Yukarıda açıklandığı gibi birçok beceri gerektiren bu karmaşık süreçten dolayı programlama dili öğrenimi sırasında öğrencilerin çeşitli zorluklar yaşadığı bilinmektedir. Programlama dersleri genellikle zor olarak değerlendirilmekte ve bu derslerde yüksek kalma oranları dikkat çekmektedir (Winslow, 1996). Bilgisayar bilimindeki araştırmalar problemlerin öğrenciler daha programlama dili öğretiminin ilk başında iken, başka bir deyişle soyut program yapılarını öğrenirken ve uygularken ya da somut problemleri çözmek için algoritma oluştururken başladığını göstermektedir (Gomes ve Mendes, 2007). Öğrenciler problem çözerken soyutlamanın en düşük seviyelerinde kalmakta ve böylece büyük resmi kaçırıp detayların içinde boğulmaktadırlar. Bu sebeple öğrenciler program yazarken tasarımdan çok koda, sistemin bütününden çok tek bir fonksiyona ya da modüle odaklanma eğiliminde olmaktadırlar (Berge, Borge, Fjuk, Kaasboll ve Samuelsen, 2003;
4
Bucci, Long ve Weide, 2001). Berge vd. (2003) ise bu alandaki çalışmaların programlama dili öğretiminde bir programlama dilinin tanıtımı yapıldıktan sonra öğrencilerin bu dile ait söz dizimi ve kodların anlamlarını öğrendiklerini, ancak kendileri program yazarken zorlandıkları sonucuna vardıklarını söylemektedir.
Ayrıca Cooper, Dann ve Pausch (2000b) bilgi sistemleri eğitimcilerinin birçok öğrencinin ilk programlama derslerine girerken algoritmik olarak düşünmeye hazır olmadıkları problemiyle yüzleştiğini ifade etmişlerdir. Öğrenciler verilen bir problemin çözümü için adım adım bir algoritma oluşturamamaktadır. Bu durum öğrencinin bu beceriyi çeşitli problemlerin çözüldüğü matematik gibi alanlarda programlamada yeterli olacak kadar kazanamadığını göstermektedir. Çünkü algoritmik düşünme insanlara özgü bilişsel faktörlerden etkilenir, bu faktörler; soyut ve mantıksal düşünme, yapılar içinde düşünme, yaratıcılık ve problem çözme yeteneği olarak sıralanmaktadır (Futschek ve Moschitz, 2010).
Sonuç olarak programlama dili öğretimi konusunda yapılmış çalışmalar değerlendirildiğinde bütün dünyada öğrencilerin büyük çoğunluğunun programlama dili öğrenme konusunda büyük sıkıntılar yaşadıkları görülmektedir. Bu derslerde dersten kalma oranlarının yüksek seviyede olduğu dikkat çekmekte ve birçok öğrenci dersi ikinci yıl tekrar almak zorunda kalmaktadır. Ayrıca programlama dili öğretiminde öğrencilerin temel programlama kavramlarını anlamakta güçlük çektikleri, öğrencilerin yazdıkları kodların çıktılarını somutlaştıramadıkları, verilen bir problemin çözümü için gerekli algoritma oluştururken zorlandıkları, sonuç olarak probleme uygun bir çözüm geliştiremedikleri görülmektedir. Başka bir deyişle öğrencilerin programlama eğitiminde gerekli olan bir takım becerileri (problem çözme becerisi, eleştirel düşünme becerisi, soyut düşünme becerisi, algoritmik düşünme becerisi, üstbilişsel beceriler gibi) kazanamadıkları ve bu sebeple programlama sürecini tamamlayamadıkları söylenebilir.
Yukarıda açıklanan bilgiler doğrultusunda araştırma öncesinde alanyazında yer alan bu problemler konusunda Programlamaya Giriş dersi veren öğretim elemanlarına aşağıdaki sorular sorulmuş, gözlemleri ve görüşleri alınmıştır;
1. Dersinizin sonunda öğrencilerinizin çoğunluğunun altprogramlar, koşullar ve döngüler gibi temel programlama yapılarını kavradığını düşünüyor musunuz? 2. Programlama gibi soyut bir olguyu derslerinizde yeterince somutlaştırabildiğinizi
5
3. Dönem sonunda sınıfın sağladığı ders başarısını yeterli buluyor musunuz?
Ayrıca Gazi Üniversitesi Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi (BÖTE) Ana Bilim Dalı ikinci sınıf öğrencilerine verilen Programlama Dilleri-I dersinin dönem sonu başarı çıktıları incelenmiş ve bu çıktıların öğretim elemanlarının görüşlerini destekleyip desteklemediği araştırılmıştır. Sonuç olarak dönem sonu başarı çıktıları ile dersin öğretim elemanlarının görüşleri ve gözlemleri değerlendirildiğinde yukarıda söz edilen birçok problemin bu derste de görüldüğü ortaya çıkmıştır. Bu problemler aşağıdaki gibi sıralanabilir;
1- Öğrencilerin dersin öğretim elemanının etkin olduğu sınıf içi uygulamalarda kısmen başarılı olmalarına karşın, dönem sonu not ortalamaları incelendiğinde dersten kalma oranlarının yüksek seviyede olduğu görülmektedir (Ders Başarısı).
2- PHP programlama dili görsel olmadığı için özellikle programlama dersini ilk defa alan öğrencilere fazlasıyla soyut gelmektedir.
3- Öğrenciler temel programlama kavramlarının (koşul, döngü yapıları gibi) mantığını ve hangi durumlarda kullanılmaları gerektiğini anlamakta zorlanmaktadır ve bu kavramları karıştırmaktadırlar
4- Öğrenciler verilen bir probleme uygun algoritma oluşturmakta zorlanmaktadır (Problem Çözme).
5- Öğrenciler kendilerinden herhangi bir konuyla ilgili olarak bir problem kurmaları ya da kendilerine doğrudan verilen bir probleme uygun bir çözüm bulmaları istendiğinde çoğunluk itibarı ile zorlandıkları ve başarısız oldukları gözlenmektedir. Ayrıca PHP programlama dili gibi İnternet programlama dillerinde öğrenilen dilin yanı sıra HTML, DHTML, XML, CSS ve JavaScript gibi birçok farklı dillerin ve teknolojilerin de kullanılması gerektiğinden, öğrencinin yazılım geliştirme aşamasında bu unsurları ne zaman ve nasıl kullanacağı konusunda sıklıkla kritik kararlar vermesini gerektiren durumlar olmaktadır (Eleştirel düşünme).
Bu problemler göz önünde bulundurulduğunda Programlama Dilleri-I dersinde yukarıdaki problemlerin çözümüne katkı sağlayacak ve öğrencilerin programlama mantığını daha kolay bir yoldan kavramalarını sağlayacak bir araç kullanılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Ülkemizde bu problemlerin çözümü için bazı araştırmacıların bir takım
6
araçlar geliştirdikleri, değişik yöntem ve yaklaşımlar denedikleri görülmektedir. Yurtdışındaki çalışmalar incelendiğinde özellikle görselleştirme araçlarının prosedürel programlama dillerinin öğretilmesindeki sorunları gidermeye yönelik kullanıldığı fark edilmektedir. Bu kapsamda yapılan araştırmalar görselleştirme araçları arasında 3 boyutlu bazı programların da bulunduğunu göstermiş ve bu programlar arasında Alice programının sözü edilen sorunları çözmeye yönelik etkilerinin olabileceğini ifade eden çalışmaların bulunduğu görülmüştür. Yapılan alanyazın taraması sonucu özellikle yurt dışı kaynaklarda Alice yazılımının algoritmik düşünme ve problem çözme becerileri gibi yeterlilikleri desteklediği ifade edilmektedir (Cooper vd, 2000b). Ayrıca Alice yazılımında öğrencilerin farklı programlama dili yapılarının (fonksiyonlar, döngüler, olaylar vb.) işlevlerini gerçek bir şekilde görerek programlama dilinin komutlarını anlamalarının kolaylaştığı, programın öğrencilerin ilgi ve katılımlarının sürdürülmesini de sağlandığı belirtilmektedir (Cooper vd., 2000b; Wang, Mei, Lin, Chiu ve Lin, 2009). Bunların yanında Alice programının sürekle- bırak arayüzü programcının söz dizimi hatalarını engellemekte, böylece öğrenci kod ayıklamaktansa programlama kavramlarına odaklanmaktadır (Cliburn, 2008). Bu özelliklerinden dolayı bu çalışmada Alice programı tercih edilmiş, Programlama Dilleri-I dersinde PHP programlama dili öğretiminde yardımcı araç olarak Alice ortamının kullanımının öğrencilerin ders başarıları üzerindeki etkisi araştırılacaktır. Ayrıca alanyazında programlama dili öğrenmenin gerektirdiği beceriler arasında sayılan ve aynı zamanda 21.yüzyıl becerileri arasında da geçen eleştirel düşünme becerisi, problem çözme becerisi ve üstbilişsel farkındalık değişkenleri ele alınacak, söz konusu ortamın öğrencilerin bu becerilerine etkisi incelenecektir.
Araştırmanın Amacı
Bu araştırmanın amacı, programlama dili öğretiminde Alice 3 boyutlu yazılım geliştirme ortamını kullanarak, bu ortamın öğrencilerin ders başarıları, eleştirel düşünme ve problem çözme becerileri ile üstbilişsel farkındalık düzeyleri üzerindeki etkisini ortaya çıkarmaktır. Bu amaç çerçevesinde aşağıdaki sorulara cevap aranacaktır;
1. Alice ortamı ile çalışan öğrenciler ile ortam kullanmayan öğrencilerin ders başarısı puanları arasında anlamlı bir fark var mıdır?
2. Öğrencilerin deney öncesi ve sonrası eleştirel düşünme eğilim puanları Alice yazılımını kullanıp kullanmamalarına göre anlamlı bir fark göstermekte midir?
7
3. Öğrencilerin deney öncesi ve sonrası problem çözme becerisi puanları Alice yazılımını kullanıp kullanmamalarına göre anlamlı bir fark göstermekte midir? 4. Öğrencilerin deney öncesi ve sonrası üstbilişsel farkındalık düzeyi puanları Alice
yazılımını kullanıp kullanmamalarına göre anlamlı bir fark göstermekte midir? 5. Alice ortamını kullanan öğrencilerin ortama ilişkin görüşleri nelerdir?
Araştırmanın Önemi
Günümüzde programlama becerisi birçok alanda ayırtedici bir yeterlilik olarak görülmektedir. Ancak programlama ya da programlama dili öğrenmenin kolay bir süreç olmadığı da bir gerçektir. Programlama öğrenme sürecinde karşı karşıya gelinen zorluklar bu alandaki araştırmacıları bu problemleri çözmeye yönelik çalışmalara yöneltmiştir. Bu çalışmada da bu süreci kolaylaştırmayı amaçlayan bir çözüm önerilmektedir.
Yapılan araştırmalarda üniversite düzeyindeki öğrencilerin programlama dili öğretiminde karşılaştıkları sorunları çözmek amacıyla görsel programlama ortamlarının kullanıldığı görülmektedir. Ülkemizde bu görsel programlama çevrelerinin özellikle üniversite düzeyinde çok yaygınlaşmadığı farkedilmiştir. Bu araştırma ile temel programlama kavramlarını öğretmek amacıyla hazırlanmış bir görsel programlama çevresinin üniversite düzeyinde kullanımı denenmiştir. Ayrıca bu görsel programlama çevrelerinin genellikle iki boyutlu olduğu görülmektedir. Bu araştırmada kullanılan Alice yazılımı ise üç boyutlu bir ortamdır. Bu araştırma üniversite düzeyinde programlama öğretiminde üç boyutlu bir görsel programlama ortamının kullanılması açısından özgündür.
Bununla birlikte Alice ortamı ile ilgili yapılan araştırmalarda bu ortamın genellikle nesne yönelimli programlama dillerinin öğretiminde kullanıldığı görülmektedir. Bu araştırmada ise prosedürel programlama dillerinden biri olan PHP programlama dilinin öğretiminde Alice ortamının kullanımının incelenmesi araştırmayı özgün bir hale getirmiştir.
Ayrıca araştırmada Alice ortamının 21. yüzyıl becerileri arasında sayılan ve programlama becerisini oluşturan alt becerilerden olan eleştirel düşünme, problem çözme ve üstbilişsel farkındalık becerilerine etkisi incelenmiştir. Çalışmanın bu özelliği de araştırmayı özgün hale getirmektedir.
8 Varsayımlar
Önceden programlama dersi almış olan ve dersi alttan alan öğrenciler araştırmaya dahil edilmediği için araştırmanın deney ve kontrol grubunun oluşturulduğu Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi BÖTE Anabilim Dalı 2.sınıf öğrencilerinin programlama konusunda birbirlerine yakın düzeyde önbilgiye sahip oldukları varsayılmıştır.
Sınırlılıklar
1- Öğrenciler dönem başında bölüm yönetimi tarafından şubelere ayrılmaktadır. Ayrıca araştırmada daha önce dersi alan öğrenciler ve programlama ile ilgili önbilgisi olan öğrenciler araştırmaya dahil edilmemiştir. Bu sebeple araştırmanın çalışma grubu Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi BÖTE Anabilim Dalı 2.sınıf öğrencilerinden oluşan 39 kişi ile sınırlıdır.
2- Gazi Üniversitesi BÖTE Anabilim Dalı’nda Programlamaya Giriş dersinde mevcut müfredata göre PHP programlama dili öğretilmektedir. Bu sebeple araştırma PHP programlama dili ile sınırlıdır.
3- Gazi Üniversitesi BÖTE Anabilim Dalı’nda Programlamaya Giriş dersinin müfredatında, yapılan çalışmada işlenen konu başlıkları olan temel programlama kavramlarına 7 hafta (vizeye kadar olan süre) ayrıldığı için çalışmanın süresi 7 hafta ile sınırlıdır.
4- Alice ortamının kullanıldığı araştırmaların birçoğunda programlama mantığını kavratmak ve temel programlama kavramlarını öğretmek için temel programlama dersinden önce giriş niteliğinde bir ders açıldığı ve bu ders kapsamında Alice ortamı gibi görsel destek yazılımları kullanılarak öğrencilerin programlama dersine hazırlandığı görülmektedir. Bu çalışmada, uygulama yapılan çalışma grubunun BÖTE Anabilim Dalı Lisans Programı ikinci yılına devam eden öğrencilerden oluşması ve bu öğrencilerin belirtilen programa göre aldıkları ilk programlama dersinin Programlama Dilleri – I dersi olması sebebiyle Alice yazılımı bu ders kapsamında kullanılmıştır.
5- Araştırma kapsamında gerçekleştirilen uygulama, öncelikle dersin mevcut öğretim programına paralel, ancak görsel destekli özel bir öğretim programının geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu öğretim programının geliştirilmesi, ilgili öğretim elemanları ile yaklaşık bir dönem süren bir çalışma sonucunda
9
gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, süresi bir dönemin yarısını kapsayan uygulama öncesinde, ilgili ders, programlamanın temellerine dönük ve dolayısıyla birinci yarıyılda yer alan bir ders olduğundan, benzer bir pilot çalışmanın farklı bir grupla bir yıl önceden yapılması gerekmektedir. Bu sebeplerle uygulama öncesinde kapsamlı bir ön çalışma niteliğinde bir pilot uygulama yapılamamıştır.
Tanımlar ve Kısaltmalar
Eleştirel Düşünme (Critical Thinking): Yorum, analiz, değerlendirme ve çıkarımların yanında delillerin, kavramların, yöntemlerin, ölçütlerin ve bağlamların açıklanmasıyla bir amaç doğrultusunda yargıda bulunma ve karar vermedir (Faicione, 1990; Akt. Özdemir, 2005).
Problem Çözme (Problem Solving): Doğru çözüme ulaşmak için bir işi/görevi başarmaktır (Gundurao vd, 2010).
Üstbiliş: Bir kişinin kendi bilişsel süreçleri hakkında bilgisidir (Flavell, 1976).
Üstbilişsel Farkındalık (Metacognitive Awareness): Kişinin öğrenme stratejileri, öğrenme isteği ve gelişimi yanında kişinin öğrenme, bilgiyi üretme ve kavrama yolunun farkında olmasıdır (Anderson ve Nashon, 2007; Wilson ve Johnson, 2000; Akt. Breed, Mentz ve Westhuizen, 2014).
11
BÖLÜM II
KAVRAMSAL ÇERÇEVE VE İLGİLİ ARAŞTIRMALAR
Bu bölümde çalışmanın konu alanı ile ilgili Türkiye ve dünyada yapılan çalışmalar incelenerek programlama dili öğretimi, programlama dili öğretimindeki sorunlar, programlama dili öğretiminde gerekli olan beceriler, programlama dili öğretiminde kullanılan ortamlar, üç boyutlu programlama ortamları ve Alice yazılımına ilişkin ayrıntılı bilgilere ve konu ile ilgili yapılan çalışmaların özetlerine yer verilmiştir.
Programlama Dili Öğretimi
Aslında gençlerin büyük çoğunluğu günlük hayatlarında mesaj gönderebilmekte, oyun oynayabilmekte, webde gezinebilmektedir. Ancak onlar sürekli medya ile etkileşim halinde olmalarına rağmen, çok azı kendi oyunlarını, animasyonlarını, simülasyonlarını yapabilmektedir. Bu durum okumayı bilip, yazmayı bilmemeye benzemektedir. Dijital akıcılık sadece sohbet etme, bilgi tarama, etkileşim kurma yeteneklerini gerektirmemekte, aynı zamanda yeni ortamlar tasarlama, yaratma ve icat etme yeteneklerini de gerektirmektedir. Bunu yapmak için bazı programlama biçimlerinin öğrenilmesi gerekmektedir (Resnick vd., 2009). Programlama ve programlama dilinin tanımı da bunu destekler niteliktedir. Programlama, bilgisayarın yararlı işler yapmak için takip edeceği dil bilgisi ve sözdizimi yapılarını kullanarak bilgisayarın anlayacağı dilde bilgisayarla konuşabilme becerisi olarak (Kingsley-Hughes ve Kingsley-Hughes, 2005), programlama dili ise bilgisayar ile iletişim kurmak için kullanılan bir dil olarak tanımlanmaktadır (Gundurao vd., 2010). Programlama dilleri, dili ve dilin belirli anahtar kelimelerini tanımlayan kesin kuralları izlemektedir (Ford, 2007). Kullanıcı tarafından kod yazılmakta, bilgisayar yazılan kod sayesinde kullanıcının isteğini yorumlamakta ve birtakım işleri yerine getirmektedir (Kingsley-Hughes ve Kingsley-Hughes,2005). Bu kodlar da program olarak isimlendirilmektedir (Gundurao vd., 2010).
12
Yukarıda yapılan tanımlamalardan da anlaşılacağı gibi programlama, bilgisayar biliminde temel yeterliliklerden birisidir ve programlamaya giriş dersi, genel olarak her yerde bilgisayar bilimi ders programında öğretilen ilk dersler arasındadır (Helminen ve Malmi, 2010). Programlamaya giriş dersinin en önemli hedeflerinden biri öğrencilerin sistematik bir bilgisayar programı geliştirme yaklaşımı öğrenmeleridir. Yeni başlayan öğrenciler için programlama sürecini ortaya çıkarmak bunun önemli bir parçasıdır (Bennedsen ve Caspersen, 2008).
Programlama aslında öncelikli olarak bir bilişsel beceridir (Storey, 2005; Helminen ve Malmi, 2010). Sonuçta programlamada, programcı; zihinsel bir model yaratmakta; programın amacını, programın verilerini ve programın çalışmasını kendi anladığı şekilde ifade ederek içsel bir sunum oluşturmakta ve bu modeli tahminler yapmak için ve değişiklikleri formüle etmek için uygulamaktadır (Helminen ve Malmi, 2010).
1970’li yılların sonunda Shneiderman ve Mayer (1979) bu süreci aşağıdaki 5 temel programlama becerisi ile ifade etmiştir;
- Kompozisyon: Bir program yazmak - Kavrama: Verilen bir problemi anlamak
- Hata ayıklama: Verilen bir programdaki hataları bulmak
- Değiştirme: Yeni bir probleme uydurmak için verilen programı değiştirmek - Öğrenme: Yeni programlama becerileri ve bilgileri edinmek
2000’li yıllarda ise Gundurao vd. (2010) benzer bir çerçeve ile program yazma basamaklarını 3 temel adıma ayırmakta ve bu üç temel adımı aşağıdaki gibi alt basamaklarla ifade etmektedir:
- Problemin analizi
- Problem çözümü (programın tasarımı) o Algoritma
o Akış şeması - Bilgisayar Çözümü
o Kodlama
o Test etme ve hata ayıklama o Belgeleme ve onarım
13
Bu basamaklar incelendiğinde de anlaşılacağı gibi programlama sürecinde program yazmak ve problem çözmek konusunda acemi programcıların sadece algoritma tasarlamayı öğrenmesi yetmemekte, algoritma basamaklarını belirli bir programa da çevirebilmeleri gerekmektedir (Cooper, Dann ve Pausch, 2003). Programlama dili öğrenmek kullanıcının programlama dilinin yürütme modelinin kavramsal anlayışını geliştirmesini ve çeşitli programlama yapıları ve kavramlarının kontrol ve veri akışı açısından nasıl ilişkili olduğunu anlamlarını gerektirmektedir. Dahası, program yazmak, test etmek ve hata bulmak gibi programlamanın farklı aktivitelerini yönetmek amacıyla çeşitli yazılım araçlarını öğrenmeyi gerektirmektedir (Helminen ve Malmi, 2010).
Bunun yanında yukarıda bahsedilen süreci öğrenmek, başka bir deyişle programlama becerisi edinmek önemli yararlar da sağlamaktadır. Örneğin programlama kişilerin bilgisayarla yapabileceklerinin çeşidini, kendini ifade ediş şekillerini ve öğrenebileceklerinin çeşitlerini arttırmaktadır. Özelde programlama, programlama ile alakası olmayan alanlara transfer edilen önemli problem çözme ve tasarlama becerilerini öğrenmeye yardım ederek sayısal düşünmeyi desteklemektedir. Programlama kişinin problem çözme süreçlerinin dışsal bir temsilini oluşturmak olduğundan dolayı programlama kişinin kendi düşünmesi hakkında derinlemesine düşünmesi için, hatta düşünmek hakkında düşünmek (üstbilşişsel farkındalık) için fırsat sağlamaktadır (Resnick vd., 2009). Bunların yanında bilgisayar programlama ile ilişkili belirli becerileri öğretmek, öğrencilerin üst seviye düşünme becerileri elde etmesini arttırmakta; mantık, eleştirel düşünme, yaratıcı düşünme ile ilgili becerileri geliştirmektedir (McMahon, 2009).
Programlama Dili Öğretiminde Gerekli Olan Beceriler
Programlama dili öğrenmek; programlama bilgisi elde etmeyi ve tasarlama, planlama, kodlama ve test etme gibi gerçek dünya yazılımı geliştirme süreçlerinde gerekli olan çeşitli becerileri geliştirmeyi içermektedir (Robins vd., 2003). Program yazmak bilişsel olarak emek istemekte ve gelişmiş algoritmik düşünme, öğrenme ve problem çözme becerileri gerektirmektedir (Apiola ve Tedre, 2012; Zapušek ve Rugelj, 2013). Genel olarak programlama için gerekli olan beceriler çeşitli kaynaklarda soyutlama, problem çözme, genelleme, transfer ve eleştirel düşünme gibi başlıklar altında ifade edilmektedir (Gomes ve Mendes, 2007; Gundurao vd., 2010).
14
Bilgisayar biliminde kullanılan hayati becerilerden biri olan soyut düşünme mümkün olduğunca erken öğrenilmesi gereken temel ve gerekli bir prensip olarak tanımlanmakta ve yazılım geliştirmenin yapıtaşlarından biri olarak değerlendirilmektedir. Aynı zamanda bu kavram nesne yönelimli program geliştirmenin ana bileşenlerinden biri olarak tanımlandığı için nesne yönelimli teknolojiler bu kavramı daha önemli hale getirmişlerdir. Soyutlama karmaşık bir gerçekliği basit bir model olarak görebilmemizi sağlayan bir tekniktir (Bucci vd., 2001; Armstrong, 2006; Akt. Hadar ve Hadar, 2006).
Programlama dili öğretimine başlayan bir öğrenci için öncelikle öğrenilmesi gereken bir başka beceri de algoritmik düşünmedir. Algoritmik düşünme; algoritmaları anlama ve yapılandırmayla bağlantılı olan becerilerdir (Futschek, 2006). Futschek (2006) bu becerileri aşağıdaki gibi sıralamaktadır;
- Verilen problemi analiz etme becerisi
- Bir problemi eksiksiz olarak maddeler halinde belirtme becerisi
- Verilen problem için uygun olan temel eylemleri (action) bulma becerisi
- Temel eylemleri kullanarak verilen problem için doğru bir algoritma üretme yeteneği
- Bir problemin mümkün olan bütün özel ve normal durumlarını hakkında düşünme yeteneği
- Bir algoritmanın yeterliliğini geliştirme yeteneği
Futschek (2006)’e göre algoritmik düşünmenin çok güçlü bir yaratıcı yönü vardır: bu, verilen problemi çözecek yeni algoritmalar yaratmadır. Eğer birisi bunu yapmak isterse algoritmik düşünme yeteneğine ihtiyacı olacaktır. Programlama dili öğretiminde algoritma oluşturma önemli bir yer tutmakta ve olmazsa olmazlar arasında görülmektedir.
Yukarıda adı geçen becerilerin bir kısmı diğer becerilerin alt becerilerini oluşturmakta veya diğer becerileri kapsamakta ya da içiçe değerlendirilmektedir. Örneğin Gomes ve Mendes (2007), problem çözme becerisinin soyutlama, genelleme, transfer ve eleştirel düşünme gibi birçok beceriyi gerektirdiğini belirtmiştir (Gomes ve Mendes, 2007). Aynı şekilde Paul (1993) tarafından yapılan eleştirel düşünme kavramının tanımı üstbiliş kavramının tanımı ile aynıdır. Bensley (2011), üstbiliş ile eleştirel düşünme arasındaki ilişkinin çalışmalarda birçok kez belirtildiğini söylemektedir. Ayrıca Paul ve Elder (2007) eleştirel düşünmenin etkili iletişim ve problem çözme becerileri gerektirdiğini ifade etmektedir. Bunların yanında Guss ve Wiley (2007), üstbilişin, problem çözme sürecinde
15
özellikle çözümün ve çıktıların düzenlenmesi ve değerlendirilmesi boyunca kullanılan bir beceri olduğunu belirtirken; Lin, Schwartz ve Hatano (2005) problem çözmenin kendi üstbilişsel gereksinimleri bulunduğunu ifade etmektedir.
Yukarıda adı geçen değişkenlerin arasında bu çalışmada ele alınan ve programlama dili öğretiminde yeri olan eleştirel düşünme, problem çözme ve üstbilişsel farkındalık becerileri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmaktadır;
Eleştirel Düşünme Becerisi
Eleştirel düşünme önemli bir eğitimsel çıktı olarak kabul edilmekte ve birçok eğitimcinin eleştirel düşünmeyi geliştirmenin önemli bir eğitimsel araç olduğu konusunda hem fikir olduğu ifade edilmektedir (Bensley, 2011).
Bu kavramın kavramsallaştırılmasıyla ilgili problemler bulunduğu gibi kavramın birçok tanımı bulunmaktadır (Bensley, 2011). Eleştirel düşünme, belirli standartlara ulaşmak için kişinin kendi düşünmesinin ve davranışlarının düzenlemesini içeren maksatlı ve planlanmış bir bilişsel aktivitedir (Halpern, 1998; Bensley, 2011). Paul ve Elder (2007) tarafından yapılan tanımda ise eleştirel düşünme; düşünmeyi geliştirmek amacıyla düşünmeyi değerlendirme ve analiz etme sanatı olarak tanımlanmıştır. Eleştirel düşünme kısaca kendi kendini yöneten (yönlendiren), öz disiplinli, kendi kendini denetleyen, kendi kendini düzelten düşünmedir (Paul ve Elder, 2007). Ayrıca Paul (1993) eleştirel düşünmeyi düşünmek hakkında düşünmek olarak tanımlamıştır. Bu tanım üstbiliş kavramının tanımına çok yakındır. Üstbiliş, kişinin kendi bilişsel süreçlerinin bilgisine sahip olmasını ifade etmektedir.
Eleştirel düşünen kişi (Paul ve Elder, 2007):
Hayati önem taşıyan soruları ve problemleri, açık ve doğru bir şekilde formüle eder,
İlgili bilgileri etkili bir şekilde yorumlamak için soyut fikirleri kullanarak bilgileri toplar ve değerlendirir,
İyice düşünülmüş sonuçları ve çözümleri, ilgili kriter ve standartlara göre test ederek üretir,
Düşüncenin alternatif sistemleri içinde bu sistemlerin varsayımlarını, etkilerini ve pratik sonuçlarını tanıyarak ve değerlendirerek açık fikirli bir şekilde düşünür,
16
Karmaşık problemlere çözüm üretmek için diğerleri ile etkili bir şekilde ilişki kurar.
Birçok yazar eleştirel düşünmenin iyi düşünme ile ilgili becerileri ve yetenekleri içerdiği konusunda hemfikirdir (Bensley, 2011). Paul ve Elder (2007) ise eleştirel düşünmenin etkili iletişim ve problem çözme becerileri gerektirdiğini ifade etmektedir. Facione (1990)’a göre eleştirel düşünme aşağıdaki becerileri ifade etmektedir;
1- Yorumlama: Çeşitli deneyimlerin, durumların, bilgilerin, olayların, yargıların, geleneklerin, inançların, kuralların, prosedürlerin ve kriterlerin anlamını kavramak ya da önemini açıklamak anlamına gelmektedir. Kategorize etme, araştırma (inceleme), çözme, açıklama alt becerilerini içermektedir.
2- Analiz etme: Cümleler, sorular, kavramlar, tanımlar veya inanışları, yargıları, deneyimleri, bilgileri, fikirleri ifade etmeyi amaçlayan gösterimlerin çeşitli biçimleri arasında amaçlanan çıkarımsal ilişkileri tanımlamak anlamına gelmektedir. Fikirleri analiz etme, kanıtları tanımlama, kanıtları analiz etme alt becerilerini içermektedir.
3- Değerlendirme: Deneyimleri, durumları, inanışları, yargıları veya fikirleri ifade ederek cümlelerin, tanımların, soruların ya da diğer gösterimlerin güvenilirliğini ve bu cümlelerin, tanımların, soruların veya gösterimlerin diğer biçimleri arasında ifade edilen çıkarımsal ilişkilerin gücünü değerlendirmek anlamına gelmektedir. İddiaları değerlendirme ve kanıtları değerlendirme alt becerilerini içermektedir. 4- Sonuç Çıkarma: Çıkarım yapmak için ihtiyaç duyulan bileşenleri belirlemek ve
güvence altına almak, cümleler, tanımlar, sorular ve gösterimlerin diğer biçimlerinden çıkan ya da bunlar arasındaki çıkarımsal ilişkilere karar vermek anlamına gelmektedir. Sorgulama, tahmin etme, sonuca varma, nedenler üretme alt becerilerini içermektedir.
5- İfade Etme: Birinin kendisi için ya da başka birilerine birinin düşüncesinin sonuçlarını ve sonuçları üretmeyi ele alış biçimini belirtmesi, tanımlaması ya da sunmasıdır. Sonuçları belirtme, prosedürleri tanımlama, kanıtları belirleme alt becerilerini içermektedir.
6- İzleme: Birinin bilişsel aktiviteleri, bu aktivitelerde kullanılan bileşenleri ve bu aktivitelerin ürettiği sonuçları, bilinçli olarak düzenleme anlamına gelmektedir. Kendi kendini inceleme, kendi kendini düzenleme alt becerilerini içermektedir.
17
Eleştirel düşünme becerileri bilgisayar programlama, kullanıcıları koruma, bir satış stratejisi geliştirme, bir ofisi yönetme gibi özel alanlara, diğer teknik veya sosyal becerilerle birlikte uygulanabilmektedir (Facione, 1990). Örneğin McMahon (2009) tarafından yapılan araştırma sonuçlarına göre daha iyi programlama becerilerine sahip öğrenciler daha yüksek seviyede eleştirel düşünme göstermektedir. Ayrıca aynı araştırmada daha gelişmiş programlama becerileri olan öğrenciler eleştirel düşünme uygulamalarında daha yüksek puanlar almıştır.
Problem Çözme Becerisi
Bilgisayar için problem çözümleri hazırlarken sadece programlama dilinin kurallarını bilmek yetmemektedir. Başarılı programlama için problem çözme becerileri gereklidir. Nasıl bilgisayar programı yazılacağını öğrenmek için iyi problem çözme becerileri geliştirilmelidir (Gundurao vd., 2010). Düşük problem çözme becerisi başlangıç düzeyindeki programlama derslerinde başarısızlığa sebep olan faktörlerden birisi olarak değerlendirmektedir (Gomes ve Mendes, 2007).
Bir öğrenci bir problemi çözmek için birçok farklı bilişsel süreci birleştirmeye ihtiyaç duymaktadır. Problem çözme becerisi soyutlama, genelleme, transfer ve eleştirel düşünme gibi birçok beceri gerektirmektedir (Gomes ve Mendes, 2007). Gundurao vd. (2010)’ye göre daha önce program yazma basamakları olarak belirtilen aşağıdaki aşamalar bilgisayar kullanarak problem çözme sürecinin de basamaklarını oluşturmaktadır;
1. Problemin analizi
2. Problem çözümü (programın tasarımı) a. Algoritma
b. Akış şeması 3. Bilgisayar Çözümü
a. Kodlama
b. Test etme ve hata ayıklama c. Belgeleme ve onarım
İlk basamak olan problemin analizi, problemin tam olarak tanımlanmasını ve problemin dikkatli bir şekilde analiz edilmesini gerektirmektedir. Daha sonra problemin çözümü bulunmalıdır. Bu çözüm bir algoritma olarak ya da verilen problemin çözümü için adım
18
adım bir prosedür olarak ifade edilebilmektedir. Sonuç olarak bir bilgisayar çözümü elde etmek için algoritma bilgisayar diline çevrilmeli, daha sonra programın verilen problemi aslında çözüp çözemediği test edilmeli ve doğrulanmalıdır (Gundurao vd., 2010).
Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü’nün (Organisation for Economic Co-operation and Development- OECD) raporunda ise problem çözme becerisi aşağıdaki basamaklarla ifade edilmiştir (OECD, 2004);
Problemi anlama: İyi bir problem çözme için temel olan bu basamak genellikle öğrenciler tarafından ihmal edilmekte ve yeterli zaman ayırılmamaktadır. Çoğu zaman öğrenciler gerçek problemi anlamadıklarını fark ettiklerinde zaten bir programlama problemini çözmek için girişimde bulunmuş olmaktadır. Programlamada genellikle problemler kötü bir şekilde tanımlanmakta veya hiç tanımlanmamaktadır. Bu aşama mutlaka problem tanımlamasını ve bütün olarak eksik tanımlanmış veya tamamen tanımlanmamış detaylı yönleri anlamayı içermektedir (Gomes ve Mendes, 2007). Bunun yanında metin diyagram, formül ve tablo şeklindeki bilgileri anlamayı, bunlardan anlam çıkarmayı, farklı kaynaklardan bilgilerle ilişki kurmayı, ilgili kavramların anlaşıldığını göstermeyi ve verilen bilgiyi anlamak için önbilgileri kullanmayı kapsamaktadır.
Problemi karakterize etme: Bu aşama problemdeki değişkenleri tanımlamayı ve değişkenler arasındaki ilişkiyi fark etmeyi, hangi değişkenlerin ilişkili ya da ilişkisiz olduğu hakkında karar vermeyi, hipotezler üretmeyi, düzeltmeyi, organize etmeyi, düşünmeyi ve eleştirel bir şekilde kavramsal bilgileri değerlendirmeyi içermektedir. Bu aşama öğrencilerin zaten çözdükleri ya da bilgilerinin olduğu ilişkili veya benzer problemleri bulmak anlamına gelir. Stratejinin bu türü birçok öğrenci tarafından nadiren ya da yanlış bir şekilde kullanılmaktadır. Öğrenciler görünüşte benzer, ancak çok farklı çözüm stratejileri gerektiren problemleri çözerken, birbirleriyle ilişkili bilgileri sık sık kullanmamakta ve başka zamanlarda ilişkili problemleri yanlış tanımlamaktadır (Gomes ve Mendes, 2007).
Problemi sunma: Bu aşama tablolar şeklinde, grafiksel, sembolik ve sözel sunumlar üretmeyi, problemin çözümü için verilen bir sunumu uygulamayı ve anlatımsal formatlar arasında değişiklik yapmayı içermektedir. Öğrenciler en sevdikleri sunumları kullanarak problemi sunmak için teşvik edilmelidir. Bu durum onların soruyu anlayıp anlamadıklarını göstermektedir (Gomes ve Mendes, 2007).
19
Problemi çözme: Bu aşama karar vermeyi, bir sistemi analiz etmeyi ya da kesin hedeflere ulaşmak için bir sistem tasarlamayı, bir çözüm tanımlamayı ve önermeyi içermektedir. Problemi çözmek için bütün parçalar bu aşamada anlaşılmakta ve doğru bir bütün olacak şekilde birbirine bağlanmaktadır. Parçaları ilişkilendirmek ve problemi tamamıyla çözmek önemlidir. Öğrenciler en ufak bir zorlukta problem çözmeyi sıklıkla bırakmakta, bir parçanın nasıl çözüleceğini bilmedikleri için bütün problemi bir kenara koymaktadır.
Çözüm üzerinde düşünme: Bu aşama çözümü dikkatlice incelemeyi ve eklenecek ya da çıkarılacak bilgileri bulmayı, çözümü yapılandırmak için çözümleri farklı perspektiflerden değerlendirmeyi, çözümleri sosyal ve teknik olarak kabul edilebilir hale getirmeyi içermektedir. Bu bölümde üretilen çözümleri doğrulamak önemlidir. Genellikle öğrencilerin temel amacı bir çözüm elde edebilmek için en hızlı yola ulaşmak olmakta ve bununla birlikte öğrenciler daha sonra da çözümü dikkatlice analiz etmemektedir. Ayrıca çözümü tekrar organize etmek ve en uygun şekle getirmek için çözümün farklı perspektiflerden değerlendirilmesi düşünülmelidir. Gomes ve Mendes (2007) ‘e göre programlama sadece program yazarak öğrenilmez, çözümü programlama şekli hakkındaki yansıma da öğrenmede etkilidir. Daha açık ifade etmek gerekirse “Programı başka bir zaman farklı bir şekilde yazar mıydım?, Aynı problemi başka insanlar nasıl çözdü?” gibi sorular öğrenciler tarafından cevaplanmalıdır. Ek olarak Gomes ve Mendes (2007) çözümün farklı noktalarını doğrulamak için programlama konusunda farklı öğrencilerin çözümlerinin tartışılmasının da çok yararlı olduğunu düşünmektedir. Problemin çözümünü bildirme (anlatma): Dışarıdaki bir dinleyiciye çözümleri
anlatmak için ya da ifade etmek için uygun medya ve sunumları seçmeyi içermektedir. Gomes ve Mendes (2007) çözümü anlatmayı denemenin daha önce fark edilmeyen problemleri ortaya çıkarmak ve üretilmiş çözümler hakkında düşünmek için öğrencilere yardım ettiğini düşündüklerini ifade etmektedir.
Gomes ve Mendes (2007) programlama dili öğrenme boyunca bu basamakların öğrencilere yardım edeceğini, onları daha organize edilmiş ve disipline edilmiş bir yaklaşıma götüreceğini belirtmektedir.
Ayrıca alanyazın bir bilgisayar programlama dili öğrenmenin öğrenenlerin problem çözme becerilerini geliştirdiğini söylese de tersinin de doğru olabileceği, programlama dili
20
öğretiminin problem çözme becerisini geliştireceği ifade edilmektedir. Başka bir deyişle problem çözme becerileri geliştirmek, bir programlama dili öğrenmek için gerekli beceriyi arttırabilmektedir (Hung,2008; Linn ve Dalbey, 2013). Aynı zamanda problem çözme ve programlama bilişsel davranışları ve hafızada tutmayı içermektedir. Bu nedenle problem çözme ve programlama birbirlerinin öğrenmesini arttıran deneyimler sağlayabilmektedir (Hung, 2008). Ayrıca diğer sınıflarla karşılaştırıldığında programlama dili öğrenen sınıflar problem çözme ve geri bildirim ile ilgili daha çok avantaja sahiptir. Sınıflarda geri bildirimi öğretmen verirken, programlama dili öğretiminde bilgisayarlar tam bir geri bildirim sağlamakta ve öğrenciler problem çözme becerilerini kendileri geliştirebilmektedir. Programlama, öğrencilere problem çözme deneyimi konusunda zengin bir kaynak sağlamaktadır (Linn ve Dalbey, 2013).
Üstbilişsel Beceriler
Üstbiliş kavramı Eski Yunan zamanından beri var olmasına rağmen son 30 yıldır eğitimsel psikolojide çok kullanılan bir ifade olmuştur (Larson, 2009). Üstbiliş, bir kişinin kendi bilişsel süreçleri hakkında bilgisi olarak ifade edilen (Flavell, 1976) psikolojik bir terimdir ve bilişsel görevlerin yerine getirilmesini etkilemektedir (Shaft, 1995). Bu kavram, öğrenme ile ilişkili olan bilişsel süreçler üzerinde aktif kontrolü içeren daha yüksek seviyeli bir düşünmeyi kastetmektedir. Basit bir şekilde düşünmeyi düşünmek olarak tanımlanmaktadır (Livingston, 2003). Düşünmek hakkında düşünmek ise basitçe zihinsel aktiviteyi izleyen ve düzenleyen içsel ses olarak açıklanmıştır (Larson, 2009).
Üstbiliş başarılı öğrenme için gereklidir (Schraw, 1998) ve başarılı öğrenmede kritik bir rol oynamaktadır (Livingston, 2003). Çünkü kişilerin bilişsel becerilerini daha iyi yönetmelerini ve yeni bilişsel beceriler üreterek düzeltilebilen zayıflıkları belirlemelerini sağlamaktadır. Bir beceriyi uygulayabilen hemen hemen herkes üstbiliş yeteneğine sahiptir. Bu yetenek kişilerin o becerileri uygulayabilmeleri hakkında düşünmesidir. Üstbilişi geliştirmek, üstbilişin var olduğu öğrenenler arasında farkındalığı inşa ederek başlamakta ve akademik başarıyı arttırmaktadır (Schraw, 1998). Üstbiliş sayesinde bilişsel bir görev ile karşılaşan bir kişi bir strateji seçmekte, izlemekte ve bu süreci bir görev üzerinde düzenlemektedir (Shaft, 1995).
Verilen bir öğrenme görevine nasıl başlanılacağını planlama, kavramayı izleme, bir görevin tamamlanmasına kadar olan süreci değerlendirme gibi aktiviteler üstbilişseldir
