Bilgi İşlemsel Düşünmeden ProgramlamayaEditör: Yasemin GÜLBAHAR

4. Baskı

Editör: Prof. Dr. Yasemin GÜLBAHAR

BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNMEDEN PROGRAMLAMAYA

ISBN 978-605-241-111-7DOI 10.14527/9786052411117

Kitap içeriğinin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.

© 2020, PEGEM AKADEMİ

Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. AŞ'ye aittir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri, kapak tasarımı; mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik, kayıt ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz. Bu kitap T.C. Kültür ve Turizim Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır. Okuyucularımızın bandrolü olmayan kitaplar hakkında yayınevimize bilgi vermesini ve bandrolsüz yayınları satın almamasını diliyoruz.

Pegem Akademi Yayıncılık, 1998 yılından bugüne uluslararası düzeyde düzenli faaliyet yürüten uluslararası akademik bir yayınevidir. Yayımladığı kitaplar; Yükseköğretim Kurulunca tanınan yükseköğretim kurumlarının kataloglarında yer almaktadır. Dünyadaki en büyük çevrimiçi kamu erişim kataloğu olan WorldCat ve ayrıca Türkiye’de kurulan Turcademy.com ve Pegemindeks.net tarafından yayınları taranmaktadır, indekslenmektedir. Aynı alanda farklı yazarlara ait 1000’in üzerinde yayını bulunmaktadır. Pegem Akademi Yayınları ile ilgili detaylı bilgilere http://pegem.net adresinden ulaşılabilmektedir.

1. Baskı: Kasım 2017, Ankara4. Baskı: Şubat 2020, Ankara

Yayın-Proje: Şehriban TürlüdürDizgi-Grafik Tasarım: Ayşe Nur Yıldırım

Kapak Tasarım: Pegem Akademi

Baskı: Sonçağ Yayıncılık Matbaacılık Reklam San Tic. Ltd. Şti.İstanbul Cad. İstanbul Çarşısı 48/48 İskitler - Ankara

(0312 341 36 67)

Yayıncı Sertifika No: 36306Matbaa Sertifika No: 25931

İletişim

Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay/ANKARAYayınevi: 0312 430 67 50 - 430 67 51Dağıtım: 0312 434 54 24 - 434 54 08

Hazırlık Kursları: 0312 419 05 60İnternet: www.pegem.netE-ileti: pegem@pegem.net

WhatsApp Hattı: 0538 594 92 40

Editörden…

Teknoloji ile dönüştüğümüz bilgi çağında, bilgisayar ile problem çözme ve programlama, geleceğimizi şekillendiren beceriler olarak karşımıza çıkmaktadır. Programlama ve bilgisayar bilimi eğitimi bilgi işlemsel, algoritmik ve mantıksal düşünmeyi temel alır. Bu beceriler, karşılaştığımız problemlere daha kolay çözüm üretebilme, mantık yürütme, algoritma oluşturma ve bilgiyi işleme süreçlerini bir arada kullanarak dünyaya farklı bakış açıları ile bakmamızı, ayrıca dijital dünya ile bağ kurmamızı sağlar. 21. yüzyıl okur yazarlığında vazgeçilemeyen bu beceriler farklı yaşlarda, farklı yöntemlerle kazandırılabilmektedir. Bu beceriler, öğrencile-rin gelecek kariyerleri için önemli potansiyele sahip olduğundan bu kitap, düşün-me ile başlayan ve ürün oluşturma ile sonlanan dijital sürece ışık tutmak amacıyla hazırlanmıştır. Bilişim alanında görev yapan her eğitimci için farklı açıdan yararlı olacağını düşündüğümüz bu kaynağın, bu alanda yapılacak araştırma ve uygula-malara ışık tutması dileğiyle…

Prof. Dr. Yasemin GÜLBAHAR

Ankara, 2017

PREFACE

Many countries entered 21st century raising attention to skills young genera-tion needed to gain for their future. Using the information and communication technologies (ICTs) in everyday education with the aim of improving our learning abilities is important. However, future societies need a better social life and many new jobs opportunities. Future jobs are mostly linked with networks, working on-line, virtual environments, continuous learning, collaboration – all about problem solving and deeper thinking beyond ICTs. Focusing on computational thinking, Computer Science or Informatics education at schools can help to reach these goals.

Science education in upper secondary schools is entering the fifth decade of its existence in the world. To be prepared for jobs of the 21st century, students must not only be digitally literate but also understand key concepts of computer science, and manage to combine both theoretical principles and practical skills. They need to be capable of algorithmic thinking and of solving problems in other subject areas as well as other areas of their lives.

Almost a common opinion nowadays is that fundamentals of algorithms and programming are key concepts of informatics education in schools. Especially le-arning to code is becoming more and more popular among pupils with a focus on web design and programming of mobile devices. There is a huge interest in com-putational thinking as a means of explaining the thinking processes in computer science in education. Attention has been directed towards the identification of a set of skills, which can be considered to comprise a broad definition of computati-onal thinking, and which encompass logical and problem-solving skills as well as thought processes applied by computer scientists in their work. A broad approach to computational thinking sees it as a problem-solving process that includes (but is not limited to) the characteristics such as abstraction, decomposition, algorithmic thinking, evaluation and generalisation.

Professor Dr. Valentina Dagiene, Vilnius University, Lithuania

Winner of Ada Lovelace Computing Excellence Award (2016)

Founder of International Challenge on Informatics and Computational Thinking “Bebras” (2004)

Bölümler ve Yazarları

Editör: Prof. Dr. Yasemin Gülbahar

1. Bölüm: Bilgisayar Bilimi Eğitimine Giriş Doç. Dr. Serhat Bahadır KERT Yıldız Teknik Üniversitesi

2. Bölüm: Düşünme Becerilerinin Önemi Doç. Dr. Ercan TOP Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

3. Bölüm: Bilgi İşlemsel Düşünme Tanımı ve Kapsamı Doç. Dr. İbrahim ÇETİN Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Prof. Dr. Zülbiye TOLUK UÇAR Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

4. Bölüm: Bilişsel Araçlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme Dr. Öğr. Üyesi Polat ŞENDURUR Ondokuz Mayıs Üniversitesi

5. Bölüm: Bilgisayar Bilimi Eğitiminde Kavram ve Kuramlar Doç. Dr. İbrahim ÇETİN Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Dr. Öğr. Üyesi Muhammet BERİGEL Karadeniz Teknik Üniversitesi

6. Bölüm: Bilgisayar Bilimi Eğitimi Kapsamı Zehra SAYIN Milli Eğitim Bakanlığı

7. Bölüm: Bilgisayar Bilimi Eğitimi için Öğretim Yöntemleri Doç. Dr. Filiz KALELİOĞLU Başkent Üniversitesi Dr. Öğr. Üyesi Fatma KESKİNKILIÇ Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi

8. Bölüm: Bilgisayarsız Bilgisayar Bilimi (B3) Öğretimi Doç. Dr. Filiz KALELİOĞLU Başkent Üniversitesi

vi Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

9. Bölüm: Bilgi İşlemsel Düşünme ve Teknolojik Oyuncaklar Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Fatih ERKOÇ Yıldız Teknik Üniversitesi

10. Bölüm: Blok Tabanlı Programlama Prof. Dr. Erman YÜKSELTÜRK Kırıkkale Üniversitesi Arş. Gör. Serhat ALTIOK Kırıkkale Üniversitesi

11. Bölüm: Metin Tabanlı Programlama Dr. Öğr. Üyesi Celal Murat KANDEMİR Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

12. Bölüm: Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme Dr. Öğr. Üyesi Memet ÜÇGÜL Kırıkkale Üniversitesi

13. Bölüm: Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımı: Bilgi İşlemsel Düşünme ve FeTeMM Dr. Öğr. Üyesi Bahadır YILDIZ Hacettepe Üniversitesi

14. Bölüm: Bilişim için Öğretmen Eğitimi Prof. Dr. Şirin KARADENİZ Bahçeşehir Üniversitesi

15. Bölüm: Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Nasıl Değerlendirilir? Arş. Gör. Dr. Sabiha YENİ Yıldız Teknik Üniversitesi

16. Bölüm: Bilgi İşlemsel Düşünme ve Programlama Konusunda Değişim ve Dönüşümler Prof. Dr. Yasemin GÜLBAHAR Ankara Üniversitesi

Bölüm Hakemleri

Dr. Öğr. Üyesi Bahadır YILDIZ Hacettepe Üniversitesi

Dr. Öğr. Üyesi Celal Murat KANDEMİR Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

Doç. Dr. Ercan TOP Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

Dr. Öğr. Üyesi Erinç KARATAŞ Ankara Üniversitesi

Prof. Dr. Erman YÜKSELTÜRK Kırıkkale Üniversitesi

Doç. Dr. Filiz KALELİOĞLU Başkent Üniversitesi

Dr. Öğr. Üyesi Fatma KESKİNKILIÇ Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi

Doç. Dr. İbrahim ÇETİN Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

Mehmet Fatih ERKOÇ Yıldız Teknik Üniversitesi

Dr. Öğr. Üyesi Muhammet BERİGEL Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mustafa NUMANOĞLU Ankara Üniversitesi

Pejman PANAHİ Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

Dr. Öğr. Üyesi Polat ŞENDURUR Ondokuz Mayıs Üniversitesi

Dr. Sabiha YENİ Yıldız Teknik Üniversitesi

Doç. Dr. Serhat Bahadır KERT Yıldız Teknik Üniversitesi

Prof. Dr. Şirin KARADENİZ Bahçeşehir Üniversitesi

Zehra SAYIN Milli Eğitim Bakanlığı

İÇİNDEKİLER

Editörden ............................................................................................................................. iiiPreface ...................................................................................................................................ivBölümler ve Yazarları ...........................................................................................................vBölüm Hakemleri ...............................................................................................................vii

1. BÖLÜM

BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİNE GİRİŞ

Amaçlar ..................................................................................................................................1Özet .......................................................................................................................................1Giriş ........................................................................................................................................2Bilgisayar Bilimi: Nedir? Ne Değildir? ...............................................................................3Bilgi ve İletişim Teknolojileri ve Enformatik İlişkisi .......................................................7Bilgisayar Bilimleri Eğitiminde Yapılandırmacılık ve İnşacılık ......................................9Neden Bilgi İşlemsel Düşünme? .......................................................................................13Bilgisayar Bilimleri Eğitiminde Vizyon Değişimi ..........................................................16Sonuç ....................................................................................................................................19Kaynakça..............................................................................................................................20

2. BÖLÜM

DÜŞÜNME BECERİLERİNİN ÖNEMİ

Amaçlar ................................................................................................................................23Özet .....................................................................................................................................23Giriş ......................................................................................................................................24Düşünme Nedir ..................................................................................................................24Düşünmeyle İlgili Çalışmalar ...........................................................................................24

Tarihsel Bakış Açısı ......................................................................................................25Psikologların Düşünme Hakkındaki Çalışmaları ....................................................25Bilgi-İşlem Yaklaşımı ...................................................................................................26Güncel Uygulamalar ve Yansımalar ...........................................................................27

Düşünme Becerileri ...........................................................................................................30Bilgi İşleme ....................................................................................................................32Sorgulama .....................................................................................................................32Yaratıcı Düşünme ........................................................................................................33Değerlendirme ..............................................................................................................33

x Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

Düşünme Becerileri Neden Önemli ................................................................................34Düşünme Becerilerinin Öğretimi ....................................................................................35

Öğretmenin Rolü .........................................................................................................36Sonuç ....................................................................................................................................37Kaynakça..............................................................................................................................38

3. BÖLÜM

BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME TANIMI VE KAPSAMI

Amaçlar ................................................................................................................................41Özet ......................................................................................................................................41Giriş ......................................................................................................................................42Eğitim Tarihinde Bilgi İşlemsel Düşünme ......................................................................44Bilgi İşlemsel Düşünmenin Tanımı..................................................................................45Bilgi İşlemsel Düşünmenin Eleştirisi ...............................................................................46Operasyonel Tanımlar .......................................................................................................50İnşacılık Bakış Açısıyla Bilgi İşlemsel Düşünme ............................................................51Bilgi İşlemsel Düşünmenin Temel Bileşenleri ................................................................54

Problem Çözme ............................................................................................................54Problem Türleri ............................................................................................................57Problemleri Bileşenlerine Ayırma .............................................................................58Soyutlama ......................................................................................................................60Algoritmik Düşünme ..................................................................................................63Algoritmanın Değerlendirilmesi ................................................................................67Örüntü Tanıma ve Genelleme ....................................................................................69

Sonuç ....................................................................................................................................72Kaynakça..............................................................................................................................74

4. BÖLÜM

BİLİŞSEL ARAÇLAR VE BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME

Amaçlar ................................................................................................................................79Özet ......................................................................................................................................79Giriş ......................................................................................................................................80Bilişsel Araç Nedir? ............................................................................................................80Bilişsel Modeller ve Bilişsel Araçlar .................................................................................83

Model Nedir ve Nasıl Tanımlanır? .............................................................................83

xiİçindekiler

Bilgi İşlemsel Düşünme ve Bilişsel Araçlar Arasındaki İlişki .................................85Programlama Bir Bilişsel Araç Mıdır? .............................................................................86Programlama Bilişsel Araç Olarak Nasıl Kullanılır? ......................................................90

Uygun Programlama Dilini Belirleme ......................................................................91Öğrenciye Destek Sağlama ..........................................................................................93

Sonuç ....................................................................................................................................97Kaynakça..............................................................................................................................98

5. BÖLÜM

BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİNDE KAVRAM VE KURAMLAR

Amaçlar ..............................................................................................................................101Özet ....................................................................................................................................101Giriş ....................................................................................................................................102Kavram Yanılgısı ...............................................................................................................102Bütüncül Yaklaşımlar .......................................................................................................106

Kavram İmajı ..............................................................................................................106Değişim Kuramı ........................................................................................................107APOS Kuramı .............................................................................................................111

Görselleştirme ...................................................................................................................113Eşli Programlama .............................................................................................................118

İş Yaşamında Eşli Programlama ...............................................................................120Eşli Programlamanın Pedagojisi ..............................................................................120Pratikte Eşli Programlama .......................................................................................123

Sonuç ..................................................................................................................................125Kaynakça............................................................................................................................127

6. BÖLÜM

BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİ KAPSAMI

Amaçlar ..............................................................................................................................133Özet ....................................................................................................................................133Giriş ....................................................................................................................................134A-12 Düzeyinde Bilgisayar Bilimi Eğitimi ....................................................................134Dünyada Bilgisayar Bilimi Eğitimi ................................................................................137Farklı Yaşlarda Bilgisayar Bilimi Eğitimi .......................................................................145Okul Öncesi Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri ................................................146

xii Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

İlköğretim Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri ...................................................147Orta Öğretim Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri ..............................................149Sonuç ..................................................................................................................................151Kaynakça............................................................................................................................153

7. BÖLÜM

BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİ İÇİN ÖĞRETİM YÖNTEMLERİ

Amaçlar ..............................................................................................................................155Özet ....................................................................................................................................155Giriş ....................................................................................................................................156Bilgisayarsız Bilgisayar Bilimi Öğretimi ........................................................................159Blok Tabanlı Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi ...............161Metin Tabanlı Ortamlar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi ...................165Robot Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi ..........................167

Robot mu Robotik mi? ..............................................................................................168Eğitimde Neden Robotlara İhtiyaç Duyarız? ..........................................................169

Disiplinlerarası Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi ..........173Sonuç ..................................................................................................................................175Kaynakça............................................................................................................................178

8. BÖLÜM

BİLGİSAYARSIZ BİLGİSAYAR BİLİMİ (B3) ÖĞRETİMİ

Amaçlar ..............................................................................................................................183Özet ....................................................................................................................................183Giriş ....................................................................................................................................184Bilgisayar Kullansak mı Kullanmasak mı? ....................................................................184B3 Etkinliklerinin Olası Katkısı ......................................................................................185B3 Öğretimi ile İlgili Projeler ..........................................................................................187Bilgisayarsız Bilgisayar Bilimi Projesi (CS Unplugged - Computer Science Unplugged) .......................................................................................................................188Bilgisayarsız Code.org Projesi .........................................................................................191Eğlence için Bilgisayar Bilimi Projesi (CS4FN - Computer Science is For Fun) ....192Keşf@ - Kodlamayı Keşfediyorum Projesi ...................................................................193Bilge Kunduz Projesi ........................................................................................................195B3 Etkinliklerinin Tasarlanması ve Uygulanması .......................................................199

xiiiİçindekiler

B3 Etkinlikleri ile Yapılan Araştırmalar Ne Söylüyor? .................................................201Sonuç ..................................................................................................................................203Kaynakça............................................................................................................................204

9. BÖLÜM

BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE TEKNOLOJİK OYUNCAKLAR

Amaçlar ..............................................................................................................................207Özet ...................................................................................................................................207Giriş ....................................................................................................................................208Oyun ve Çocuk Gelişimindeki Rolü ..............................................................................210Oyunun Türleri ................................................................................................................214Oyunun Ayrılmaz Parçası Oyuncaklar ve Gelişimdeki Rolü .....................................216Teknolojik Oyuncaklar ...................................................................................................218

TanPro-Kit ...................................................................................................................220Dash & Dot .................................................................................................................222littleBits ........................................................................................................................222BBC micro:Bit .............................................................................................................223Osmo Coding .............................................................................................................225Cubetto ........................................................................................................................225Tern ..............................................................................................................................226KIBO ............................................................................................................................227Makey Makey ..............................................................................................................228LEGO WeDo ...............................................................................................................230PicoBoard / PicoCricket ............................................................................................231Fisher Price Code-a-Pillar .........................................................................................232Bee-Bot ........................................................................................................................233

Sonuç ..................................................................................................................................234Kaynakça............................................................................................................................236

10. BÖLÜM

BLOK TABANLI PROGRAMLAMA

Amaçlar ..............................................................................................................................241Özet ....................................................................................................................................241Giriş ....................................................................................................................................242Programlama Öğretimi ...................................................................................................242

xiv Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

Programlama Araçları .....................................................................................................245Blok Tabanlı Programlama Araçları ........................................................................246Scratch ........................................................................................................................248Alice .............................................................................................................................248App Inventor ...............................................................................................................249Blok Tabanlı Programlama ile İlgili Akademik Çalışmalar ..................................250

Blok Tabanlı Programlama ve Bilgi İşlemsel Düşünme .............................................253Blok Tabanlı Programlama ile İlgili Etkinlikler ve Organizasyonlar ........................260Sonuç ..................................................................................................................................261Kaynakça............................................................................................................................263

11. BÖLÜM

METİN TABANLI PROGRAMLAMA

Amaçlar ..............................................................................................................................267Özet ....................................................................................................................................267Giriş ....................................................................................................................................268Programlama Paradigmaları ...........................................................................................269Programlama Dili Öğretiminde Pedagojik Yaklaşımlar ..............................................271

Mini Dil Yaklaşımı .....................................................................................................271Nesne Öncelikli Yaklaşım .........................................................................................272Prosedürel Öncelikli Yaklaşım .................................................................................272Nesne Önce Prosedürel Sonra Yaklaşımı ................................................................272Prosedürel Önce Nesne Sonra Yaklaşımı ................................................................273Fonksiyonel Öncelikli Yaklaşım ...............................................................................273Sözde Dil Öncelikli Yaklaşım ...................................................................................274

Eğitsel Metin Tabanlı Programlama Dilleri ..................................................................275Blok Tabanlı Programlamadan Metin Tabanlı Programlamaya Geçiş ......................281Bilgi İşlemsel Düşünme ve Metin Tabanlı Programlama ............................................284Sonuç ..................................................................................................................................289Kaynakça............................................................................................................................292

xvİçindekiler

12. BÖLÜM

EĞİTSEL ROBOTLAR VE BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME

Amaçlar ..............................................................................................................................295Özet ....................................................................................................................................295Giriş ....................................................................................................................................296Robotlar .............................................................................................................................296Eğitsel Robotlar ................................................................................................................297Eğitsel Robotların Tarihi .................................................................................................298

Eğitsel Robot Setleri ...................................................................................................300Lego Mindstorms EV3 ...............................................................................................301Bee-Bot ........................................................................................................................302Robbo ...........................................................................................................................302Cubelets .......................................................................................................................303Ozobot .........................................................................................................................303Arduino Robot ............................................................................................................303Raspberry Pi Kamera Robot .....................................................................................304

Eğitimde Robotik Çalışmalar ..........................................................................................304Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme .................................................................306Eğitsel Robotların Avantajları .........................................................................................309Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme Konusunda Yapılan Araştırmalar.......311Sonuç ..................................................................................................................................313Kaynakça............................................................................................................................314

13. BÖLÜM

DİSİPLİNLERARASI ÖĞRETİM YAKLAŞIMI: BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE FeTeMM

Amaçlar ..............................................................................................................................319Özet ....................................................................................................................................319Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımı ................................................................................321Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımının Günümüze Yansıması FeTeMM (STEM) Yaklaşımı ............................................................................................................324FeTeMM Eğitiminin Öğrenenlere Katkıları .................................................................326Bilgi İşlemsel Düşünme ...................................................................................................329Bilgi İşlemsel Düşünme ve FeTeMM .............................................................................331Sonuç ..................................................................................................................................334Kaynakça............................................................................................................................336

xvi Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

14. BÖLÜM

BİLİŞİM İÇİN ÖĞRETMEN EĞİTİMİ

Amaçlar ..............................................................................................................................341Özet ....................................................................................................................................341Giriş ....................................................................................................................................342Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Yeterlikler ...............................................................342Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Başlangıç Eğitimi ...................................................345Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Hizmet İçi Eğitim ..................................................349Sonuç ..................................................................................................................................354Kaynakça............................................................................................................................356

15. BÖLÜM

BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME BECERİSİ NASIL DEĞERLENDİRİLİR?

Amaçlar ..............................................................................................................................359Özet ....................................................................................................................................359Giriş ....................................................................................................................................362Bilgisayar Bilimi Eğitiminde İnşacılık Yaklaşımı ve Otantik (Performans Temelli) Değerlendirme ...........................................................................363Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisini Değerlendirme için Genel Çerçeve Önerileri ............................................................................................................................367

Brennan ve Resnick’in Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri .................................368Seiter ve Foreman’ın Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri ...................................373Koh, Basawapatna, Bennett ve Repenning’in Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri ......................................................................................................................374Gouws, Bradshaw ve Wentworth’ün Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri .........376

Değerlendirme Türleri .....................................................................................................377BİD Becerisini Biçimlendirici Değerlendirme .......................................................377BİD Becersini Düzey Belirleyici Değerlendirme ...................................................382

Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisini Değerlendirmede Olası Güçlükler ...................386Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Değerlendirme ile İlgili Öneriler .........................388Kaynakça ...........................................................................................................................391

xviiİçindekiler

16. BÖLÜM

BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE PROGRAMLAMA KONUSUNDA DEĞİŞİM VE DÖNÜŞÜMLER

Amaçlar ..............................................................................................................................395Özet ....................................................................................................................................395Giriş ....................................................................................................................................396Bilgisayar Bilimi Eğitimi Kavramsal Olarak Nasıl Farklılıklar Gösteriyor? .............396Bilgisayar Bilimi Eğitiminde Hangi Yeterlikler Hedefleniyor? ...................................398Bilgi İşlemsel Düşünme ve Programlama Becerisi Neden Herkes için Gerekli? .....402Gelecek ve Teknolojinin Rolü .........................................................................................406Sonuç ..................................................................................................................................409Kaynakça............................................................................................................................410

Yazarlar Hakkında ............................................................................................................411

BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİNE GİRİŞ

Amaçlar

Bu bölümü bitirdiğinizde:

h Bilim ve teknoloji kavramla-rının kullanımları arasındaki farkı açıklayabilecek,

h Bilgisayar biliminin tanımını yapabilecek,

h Bilgisayar biliminin neden bir bilim olarak tanımlandığını tartışabilecek,

h Bilgisayar bilimi ve Enfor-matik arasındaki ilişkiyi açıklayabilecek,

h Enformasyon bilgi ve veri arasında karşılaştırma yapa-bilecek,

h Bilgisayar bilimlerinde yapılandırmacılık ve inşacılık arasındaki farkı tartışabilecek,

h Bilgi işlemsel düşünme çalış-malarının önemini örneklerle açıklayabilecek ve

h Bilgisayar bilimleri eğitiminde vizyon değişiminin kuramsal temellerini açıklayabilecek-siniz.

1Özet

Bilgisayar bilimleri, sadece bir araç olarak bilgisayar kullanımı temelinde ele alınamayacak kuramları ve uygulama süreçlerini içe-ren bir disiplindir. Özellikle, matematik alanından gelen araştırma-cıların bilgisayar bilimlerine oldukça önemli katkıları olduğu ifade edilebilmektedir. Alan yazında bilgisayar bilimleri ve enformatik kavramlarının birbirlerinin yerine kullanıldığı görülmektedir. En-formatik içerisinde, enformasyonun organizasyonu ve dönüştürül-mesi, temel çalışma alanı olarak tanımlanmakta ve bilgi ve iletişim teknolojileri bu süreçler de kullanılan araçları tanımlayan bir kav-ram olarak göze çarpmaktadır. Bilgisayar bilimleri eğitiminde, in-şacılık önemli bir pedagojik yaklaşım olarak ön plana çıkmaktadır. Temel çerçevesi, Jean Piaget ile çalışarak onun yapılandırmacı ku-ramlarından etkilenen Seymour Papert tarafından ortaya konulan inşacılık anlayışında, bireysel yapılandırmanın üretim süreçlerinde etkili bir biçimde ortaya çıktığı benimsenmektedir. Tasarımdan yansıtmaya doğru ilerleyen işlem adımları, inşacı öğrenme ortam-larındaki temel uygulama basamaklarını oluşturmaktadır. Bilgisa-yar bilimlerinin toplumsal hayatın bir parçası haline gelmesinde en önemli faktörlerden birisi olarak, bilgi işlemsel düşünme gösterile-bilir. Soyutlama başta olmak üzere, bilgisayar bilimciye ait düşünme biçiminin toplumsal hayata uyarlanması, bilgi işlemsel düşünmenin temelini oluşturmaktadır. Bu boyutuyla, bilgisayar bilimi eğitimi-ne yeni bir vizyon kazandırmış olması bilgi işlemsel düşünmenin önemini arttırmaktadır. Genel olarak ele alındığında, Seymour Papert’in ilk çalışmalarından günümüze, ortaya konan vizyon de-ğişiminin, tamamen bir teknoloji eğitimi olarak görülen bilgisayar bilimleri eğitimi sürecini disiplinlerarası ve tüm toplumu etkileye-cek biçime dönüştürdüğü görülmektedir.

Anahtar Kavramlar: Bilgisayar bilimi, bilim ve teknoloji ilişki-si, bilgi ve iletişim teknolojileri, enformatik, yapılandırmacılık, inşacılık.

2 Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

Giriş

Bir çocuğun, önündeki küçük metal parça-ları birleştirerek hayalindeki robotu tasarlamaya çalışmasından, bir heykeltıraşın, taşı biçimlen-direrek şaheserler ortaya koyma uğraşına kadar her meslek ve yaş düzeyinde, karşılaşılan prob-lemler ve bu problemlere bulunan çözümler benzer karakteristik özellikler göstermektedir. Çünkü problemin karmaşıklık düzeyinden ba-ğımsız olarak, birey, karşılaştığı her sorunda, temel düşünme becerilerini kullanmakta ve çözüme ulaşmaya çalışmaktadır. Bu ortak nok-ta göz önüne alındığında, bilgi toplumunun eğitim ihtiyaçları içerisinde, düşünme becerisi-

nin önemli bir yer tuttuğu ifade edilebilir. Son yıllarda, bilgi işlemsel düşünme kavramı etrafında tartışılan bu toplumsal gereksinim, insanın özünde var olan, ancak sistematik ve organize bir biçime dönüştürülerek geliştirilebilecek; soyutla-ma, algoritmik düşünme, parçalara ayırarak çözümleme, otomasyon gibi alt beceri kümelerini içermektedir. Bu beceri kümeleri, bilgisayar bilimleri eğitimi içerisin-de de; modelin tasarımı, algoritmanın oluşturulması, programın geliştirilmesi ve hata kontrolü vb. uygulama aşamalarında sıklıkla kullanılmakta ve geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bir bilgisayar bilimcinin, kendi üretim süreçlerinde yoğun olarak kullandığı bu becerilerin, toplum gündeminde yer alması, bilgisayar bilimleri eği-timine yeni bir bakış açısıyla bakılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Mesleki bir eğitim sürecinin, disiplinlerarası bir düşünme eğitimi sürecine dönüşmesi, bilgisa-yar teknolojisi başlığıyla ele alınan araç odaklı yaklaşımın, yerini, bilgisayar bilim-leri disiplini olarak tanımlanan ve kuramsal temellere dayanan eğitim anlayışının almasını sağlamıştır. Ortaya çıkan yeni eğitim anlayışı, bilgi işlemsel düşünmeden programlamaya kadar geniş bir bakış açısıyla ele alınması gereken içerik ve uygu-lamalar bütününü kapsamaktadır.

Bu bölümde, öncelikle, bilgisayar bilimleri eğitiminde her geçen gün belir-ginleşen yeni vizyonun açıklanabilmesi için, bilgisayar biliminin temel tanımları ve bilgisayar teknolojisi kavramından farklılaştığı noktalar, alan yazın temelinde ele alınmıştır. Ardından, bilgi ve iletişim teknolojileri ile enformatik arasındaki ilişki, enformasyon özellikleri çerçevesinde, karşılaştırmalı olarak sorgulanmaya çalışılmıştır. Temel tanımlar ve kavramsal ilişkilerin ardından, bilgisayar bilimleri eğitiminde pedagojik boyutlar üzerinde durulmuş ve Seymour Papert’in ilk olarak ortaya koyduğu inşacılık yaklaşımının özellikleri, Jean Piaget’in yapılandırmacılığı

Resim 1. Metal parçalarla robot tasarımı

(Mustafa Kert-Yaş 7)

Bilgisayar Bilimi Eğitimine Giriş 3

arasındaki kesişim noktalarıyla birlikte sunulmuştur. Ek olarak, tüm değişen bilgi-sayar bilimleri eğitim anlayışının merkezinde yer alan, bilgi işlemsel düşünme kav-ramı; ön plana çıkma nedenleri; temel tanımları, toplumsal hayat içerisindeki yeri, teknolojik ve ekonomik boyutlarıyla açıklanmaya çalışılmıştır. Son bölümde ise, bilgisayar bilimleri eğitiminde vizyon değişimi, Jeanette M. Wing’in vizyon odaklı yaklaşımı ve bilgi işlemsel düşünme kavramının ortaya çıkışından günümüze, ken-di vizyonlarını ortaya koyan bilim insanlarının bakış açılarıyla ele alınmıştır.

Bilgisayar Bilimi: Nedir? Ne Değildir?

Son yüz yıl içerisinde, sık aralıklarla şekillenen toplumsal gelişim ve üretken-lik anlayışı, günümüzde, bilgisayar bilimlerinin anahtar rol oynadığı teknolojik üretim süreçlerini merkezine alan bir bakış açısını beraberinde getirmiştir. Birey-lerin günlük yaşamları içerisinde karşılaştıkları ve her geçen an daha fazla ihtiyaç hissettikleri birçok araç, bilgisayar temelli ya da bilgisayar ile ilişkili uygulamalar yoluyla ortaya çıkarılmaktadır. Ruesink (2015), bilgisayar bilimlerinin topluma sağladığı faydaları, “6 şaşırtıcı yol” başlığı altında şu şekilde sıralamaktadır:

• Problemleri çözme ve çözümleri iyileştirme

• Kişi ve kurumları koruma

• Eğitimi iyileştirme

• İletişimi geliştirme

• Organize ve düzenli yardımlaşma

• Toplumun her alanına olumlu katkı

Sıralanan bu başlıkları ele aldığımızda, toplumun her boyutunu etkileyen di-siplinlerarası bir bilimsel yaklaşımdan söz edildiği görülmektedir. Temel olarak, bilgisayar bilimleri, insanlık tarihinin ilk dönemlerinden günümüze kadar var olan; matematik, fen bilimleri, eğitim bilimleri, sosyal bilimler gibi birçok bilim dalının çalışmalarına katkı sağlamakta ve bu katkının oranı, bilgi toplumunun gelişimi ile birlikte her geçen gün artmaktadır. Ancak, diğer temel bilim alanla-rında, yıllar içerisinde kazanılmış olan bilimsel ve pedagojik derinliğin bilgisayar bilimleri içerisinde henüz ortaya çıkmadığı ifade edilebilir. Örneğin, bilgisayar bilimleri eğitiminin kapsamı, hangi yaş grubundan itibaren verilmesi gerektiği, yöntemleri ve bu eğitim sürecinde kullanılması gereken öğretim araçları, günü-müzde, bilim insanları arasında önemli tartışma konularını oluşturmaktadır. Bu tartışmalar, öncelikli olarak, “bilgisayar bilimi nedir?” sorusunun, yıllar içerisinde değişkenlik gösteren ifadelerle yanıtlanmış olmasından kaynaklanmaktadır. Peter J. Denning, bu soruyu biraz daha özelleştirerek yeni bir biçime dönüştürmüş, “Bil-

4 Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya

gisayar bilimi bir bilim midir?” sorusunun yanıtlarını aramıştır. Denning (2005)’e göre bilgisayar bilimleri, bilimsel disiplin olarak, enformasyon süreçleri ve bu sü-reçlerin dünya ile etkileşimlerini ele almaktadır. Newell, Perlis ve Simon (1967), diğer disiplinlere ilişkin açıklamaları da kullanarak; bitkilerin incelendiği çalış-malar botanik, hayvanlar üzerine yapılan çalışmalar zooloji, yıldız gözlemlerine dayalı çalışmalar astronomi bilim dalları olarak adlandırıldığı gibi, bilgisayar ile ilgili çalışmaların da bilgisayar bilimini ortaya çıkardığını ifade etmişlerdir. Bir kavramın ne olduğu ve ne olmadığı tanımının incelenmesiyle net bir biçimde gö-rülebilmektedir (McGuffee, 2000). Bu bağlamda, bilgisayar biliminin alan yazında geçen tanımları üzerinde ortak noktaları incelemek genel bir çerçevenin çizilebil-mesi için önemli görülmektedir. Alan yazında, bilgisayarların kullanıldığı çalış-maların kuramsal temellerine vurgu yapılan tanımlar göze çarpmaktadır. Booth (2001), bilgisayar bilimini; derin matematik temellere dayanan teknik bir disiplin olarak açıklamıştır. Bilgisayar temelli fiziki ürünlerin ortaya çıkışında, program-lama dilleri kullanılmaktadır, programlama dillerinin kullanımı ise algoritma, mantık ve sayısal bilgi işlem süreçleri gibi çalışma alanları ile ilişkilendiğinden bilgisayar bilimleri ve matematik bağlantısı kurgulanabilmektedir. Geçmişten gü-nümüzde, matematik biliminin bir parçası olarak bilgisayar biliminin gelişiminde önemli rol alan çok sayıda bilim insanı olmuştur. Blaise Pascal ve toplama çıkarma makinası, mantık ve ikili aritmetik üzerine çığır açan çalışmaları ile Gottrfried Leibniz, Charles Babbage ve onun analitik motoru, ilk bilgisayar programcısı ola-rak tanınan Ada Lovelace, mantık bilimci ve matematiksel dil yapısının öncüsü George Boole, kuramsal makineleriyle Alan Turing, modern bilgisayar çağının ilk dönemlerine büyük katkısıyla John von Neumann ve kuramsal programlamada yeni bir dönemi ortaya koyan çalışmalarıyla Dana Scott, bilgisayar bilimine kat-kıları olan önemli matematikçiler arasında sıralanabilmektedir (Faust, 1989). Bu bilim insanlarının çalışmaları incelendiğinde, bilgisayar ve matematik alanlarının birbirleri arasındaki sıkı ilişki belirgin bir şekilde görülebilmektedir.

ETKİNLİK ÖNERİSİ

Tarihi süreçler içerisinde, bilgisayar bilimine katkı sağlamış matematikçilerin çalışmalarını araştırarak bu çalışmaların bilgisayar bilimine nasıl katkı sağladığını açıklayınız.

Matematik biliminin cevap aradığı temel soru “Ne?” sorusudur, Mühendislik içerisinde ise “Nasıl?” sorusunun cevabının bulunması hedeflenir, bilgisayar bili-mi ise bu iki sorunun birlikte sorulduğu bir bilim alanı olarak dikkat çekmektedir

Bilgisayar Bilimi Eğitimine Giriş 5

(Jain, 2015). Bu boyutuyla, bilgisayar bilimi, kuramsal ve uygulamalı çalışmala-rı kapsayan bir araştırma alanını sunmaktadır. Bilgisayar bilimi yerine bilgisayar teknolojisi ifadesinin kullanımı alan yazında yer alan diğer bir tartışma konusunu oluşturmaktadır (Denning, 2005). Ancak, teknoloji tanımlaması, ilgili aracın baş-langıcından bitişine kadar geçen süreçte yapılabilmektedir. Bilgisayar bilimi, algo-ritmik düşünme becerilerini kapsamına alan bir disiplin olarak düşünüldüğünde, geçmişi, bilgisayar olarak bilinen mekanik araçların çok öncesine dayanmakta ve bu araçlar gelecekte ortadan kalksa dahi, üzerinde araştırma yapılacak bir disiplini oluşturmaktadır (Knuth, 1974). Diğer bir ifadeyle, bilim alanını tanımlayan “bil-gisayar”, günümüzde, yalnız ilgili teknolojik aracın karşılığı değil, çok boyutlu alt dallara ayrılan bir araştırma disiplininin başlığı haline gelmiştir. Bilgisayar bilim-leri, yazılım teknolojisi, donanım teknolojisi ve internet teknolojisi benzeri birçok alt teknolojik uygulamayı barındırmakta fakat sadece uygulama süreciyle sınır-landırılamamaktadır. Bilgisayar ürünlerinin ortaya çıkış sürecinde, modellere da-yanan varsayımlar kurgulanmakta ve tasarlanan varsayımların, gerçekleştirilerek sonuca dönüştürülmesi sağlanmaktadır. Varsayımdan ürüne doğru ilerleyen bu yapı, teknoloji ve bilim arasındaki temel farkı oluşturmaktadır. Francis Bacon ta-rafından çerçevesi çizilen bilimsel adımlar olan; hipotezin ortaya konması, dene-melerle test edilmesi, başarılı hipotezlerden modellerin oluşması ve önermelerin ortaya çıkışı sürecinin bir paradigma olarak takip edildiği bilgisayar bilimi, nicel bir bilim alanıdır (Denning, 2005). Bu bilim alanı içerisinde temel olarak:

• Hangi problemlerin çözülebileceği,

• Hangi görevlerin tamamlanabileceği ve

• Dünyaya ilişkin hangi özelliklerin anlaşılabileceği

üzerine çalışılmaktadır (Rapaport, 2017). Bu boyutuyla düşünüldüğünde, dü-şünme, model oluşturma, uygulama ve değerlendirme süreçlerinin tüm aşamaları bilgisayar bilimleri içerisinde ele alınabilen farklı konu başlıklarını oluşturabil-mektedir. Teknik, kuramsal, uygulamalı çalışmalara yönelik tanımların yanı sıra “algoritma” kavramının bilgisayar bilimi çerçevesinin çizilebilmesi için önemli bir konumda olduğu ifade edilebilmektedir. Öyle ki, alanın önemli isimlerinden Do-nald Knuth, bilgisayar bilimleri için “algoritma çalışmaları” tanımlamasını kullan-maktadır (Knuth, 1974). Benzer şekilde, Comer ve diğerleri (1989), bu disiplini, bilginin dönüşümü ve açıklanmasına yönelik algoritmik süreç üzerine gerçekleşen sistematik çalışmalar olarak tanımlamıştır. Diğer taraftan, bilgisayar bilimleri içe-risinde var olan felsefi derinlik bir bilim alanı olarak tanımlanmasındaki temel unsurlar arasında gösterilebilir. Bir bilim dalı içerisinde yer alan felsefi arayışlar, teknolojinin farklı uygulama alanlarının etkisinden arındırılmış olarak ilgili disip-