Computational thinking: an investigation of the existing scholarship and research

2013 Spring.Includes bibliographical references.Despite the prevalence of computing and technology in our everyday lives and in almost every discipline and profession, student interest and enrollment in computer science courses is declining. In response, computer science education in K-12 schools and universities is undergoing a transformation. Computational thinking has been proposed as a universal way of thinking with benefits for everyone, not just computer scientists. The focus on computational thinking moves beyond computer literacy, or the familiarity with software, to a way of thinking that benefits everyone. Many see computational thinking as a way to introduce students to computer science concepts and ways of thinking and to motivate student interest in computer science. The first part of this dissertation describes a study in which the researcher systematically examined the literature and scholarship on computational thinking since 2006. The aim was to explore nature and extent of the entire body of literature and to examine the theory and research evidence on computational thinking. Findings reveal that there has been a steady increase in the popularity of the concept of computational thinking, but it is not yet developed to the point where it can be studied in a meaningful way. An examination of the research evidence on computational thinking found inadequacies in the conceptual characteristics and the reporting of studies. Weaknesses were identified in the theoretical conceptualization of interventions, definitions of key concepts, intervention descriptions, research designs, and the presentation of findings. Recommendations for bolstering the research evidence around this burgeoning concept are presented, including collaboration between computer scientists and educational researchers to apply social science research methods to conduct robust studies of computational thinking interventions. The second part of this dissertation describes how computational thinking is currently incorporated into K-12 educational settings. The bulk of the literature on computational thinking describes ways in which programs promote this way of thinking in students. The K-12 programs that encourage computational thinking are classified, described, and discussed in a way that is intended to be meaningful for K-12 educators and educational researchers. Potential barriers and factors that might enable educators to use each category of interventions are discussed

SENARYO TEMELLİ SCRATCH ÖĞRETİM PROGRAMININ ÖĞRENCİLERİN BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME BECERİLERİNE, PROBLEM ÇÖZME VE PROGRAMLAMA ÜNİTESİ ERİŞİLERİNE ETKİSİ

SENARYO TEMELLİ SCRATCH ÖĞRETİM PROGRAMININ ÖĞRENCİLERİN BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME BECERİLERİNE, PROBLEM ÇÖZME VE PROGRAMLAMA ÜNİTESİ ERİŞİLERİNE ETKİSİ Veysel Karani CEYLAN Tez Doktora Tezi, Eğitim Bilimleri Anabilim Dalı Danışman: Dr. Ruken AKAR VURAL 2020, XXX + 267 sayfa Bu araştırmanın genel amacı; Hedef Temelli Senaryo Öğrenme (HTSÖ) tasarımı ile geliştirilmiş Scratch öğretim programının 6. Sınıf öğrencilerinin BİD becerilerine ve problem çözme ve programlama ünitesi erişilerine etkisinin farklı değişkenlere göre incelenmesi ve bu geliştirilen programın öğretmen görüşlerine göre değerlendirilmesidir. Araştırmada yapı olarak karma yöntemin keşfedici ardışık desen müdahale modeli kullanılmış, bu kapsamda hem nicel desenler hem de nitel desenler işe koşulmuştur. Araştırmanın nicel boyutunda 2X3 (deney, kontrol grubu X ön test, son test ve kalıcılık testi) yarı-deneysel model kullanılmıştır. Araştırmanın nitel boyutunda ise eylem araştırması deseni kullanılmıştır. Araştırmanın nicel örnekleminde tabaka örneklem kullanılarak Milas ilçesindeki sosyoekonomik düzeylerin farklı üç ortaokulun 6.sınıf öğrencileri oluşturmuştur. Nitel çalışma grubunda ise bu okullarda görevli, gönüllü üç bilişim öğretmeni ve 6. Sınıf öğrencisi 19 kişi oluşturmuştur. Uygulama kapsamında bilişim teknolojileri öğretmenlerine problem çözme ve programlama ünitesinin öğretiminin iyileştirilmesine yönelik uygulayıcı öğretmen eğitimi düzenlenmiştir. Bu eğitim sonrası deney ve kontrol gruplarında 8 haftalık müdahale programı uygulanmıştır. Bu programda deney grubu öğrencilerine HTSÖ ile tasarımlanmış öğretim programı uygulanırken, kontrol grubuna ise mevcutta kullanılan MEB programı uygulanmıştır. Araştırmada veri toplama aracı olarak Bilgi İşlemsel Düşünme Öz Değerlendirme (BİDÖD) Ölçeği, Scratch Projesi Değerlendirme Dereceli Puanlama Anahtarı, Akademik Başarı Testi, ve Nitel veri toplama araçları kullanılmıştır. Araştırmada BİDÖD ölçeği ve akademik başarı testi müdahale programının öncesinde, sonrasında ve programın bitişinden 6 hafta sonrada kalıcılığı belirlemek için kullanılmıştır. Nicel veri analizinde tekrarlı ölçümlerde çok değişkenli kovaryans analizi testi (MANCOVA), Friedmann testi ve betimsel istatistiki araçlar kullanılmış, nitel verilerin viii analizinde de içerik analizi ve betimsel analiz teknikleri kullanılmıştır. Araştırma bulgularında; HTSÖ ile öğrenim gören deney grubu öğrencileri ile kontrol grubu öğrencilerinin akademik başarı son test ve kalıcılık testi puanlarında deney grubu lehine anlamlı fark bulunmuştur. Çalışmada bu durum farklı değişkenler içinde kontrol edilmiştir. Bu değişkenler sosyoekonomik okul düzeyi, cinsiyet ve ekran kullanım sıklığıdır. Bulguların bu değişkenlere göre farklılaştığı görülmüştür. Deney ve kontrol grubu öğrencilerinin BİD öz değerlendirme ölçeği son test ve kalıcılık testi ortalama puanlarına göre olan anlamlı fark bulunmazken, test puanları arasında deney grubunun puanlarının farklılaştığı ve yalnızca soyutlama alt ölçeği puanlarına göre gruplar arasında anlamlı farkın olduğu tespit edilmiştir. Scratch proje değerlendirme dereceli puanlama anahtarı puanlarına göre de deney grubunun puanlarının kontrol grubuna göre daha yüksek olduğu, bu durumun aracın alt boyutları olan programlama, BİD, proje geliştirme ve görsel tasarım boyutlarında da daha yüksek olduğu, sosyoekonomik üst düzey okul öğrencilerinin puanlarının da tüm alt boyutlarda diğer okullardan daha yüksek puan elde ettiği belirlenmiştir. Öğrenci ve öğretmenlerin HTSÖ’ ye yönelik görüşlerinde bu yöntemi geleneksel yöntemlere göre çok daha etkili bulduklarını, süreçte hem öğretmenin hem de öğrencinin daha aktif olduğunu, ilgi, motivasyon sorunu yaşamadıklarını, bu derste öğrendikleri bilgileri gerçek hayatta da kullanabileceklerini ifade ederek olumlu görüşler belirtmişlerdir.İÇİNDEKİLER KABUL VE ONAY SAYFASI..............................................................................................iii BİLİMSEL ETİK BİLDİRİM SAYFASI................................................................................ v ÖZET.....................................................................................................................................vii ABSTRACT ...........................................................................................................................ix ÖNSÖZ...................................................................................................................................xi ŞEKİLLER DİZİNİ..............................................................................................................xix ÇİZELGELER DİZİNİ.........................................................................................................xxi GÖRSELLER DİZİNİ.........................................................................................................xxv EKLER DİZİNİ.................................................................................................................xxvii KISALTMALAR DİZİNİ ..................................................................................................xxix GİRİŞ.......................................................................................................................................1 1. BÖLÜM............................................................................................................................10 1. KAVRAMSAL AÇIKLAMALAR ...................................................................................10 1.1. Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi...............................................................................10 1.1.1. Bilgi İşlemsel Düşünmenin Öğretilmesi..........................................................13 1.1.2. BİD’in Ölçme ve Değerlendirme Durumu ......................................................15 1.2. Öğretim, Öğretim Tasarımı, Öğrenme ve Öğretim Kuramı Kavramları ...................17 1.3. Öğretim Modeli, Stratejisi, Yöntemi ve Teknikleri...................................................23 1.4. Hedef Temelli Senaryo Öğrenme ..............................................................................27 1.4.1. Senaryo Türleri ................................................................................................31 1.4.2. HTSÖ Tasarımı ve Bileşenleri.........................................................................34 1.5. Bilgi İşlemsel Düşünme Alanında Öğretmen Yeterlikleri.........................................39 2. BÖLÜM............................................................................................................................44 2. İLGİLİ ARAŞTIRMALAR...............................................................................................44 2.1. BİD Becerileri ile İlgili Yurtiçinde Yapılmış Çalışmalar..........................................44 2.2. BİD Becerileri ile İlgili Yurtdışında Yapılmış Çalışmalar........................................47 xiv 2.3. Senaryo Temelli Öğrenme ile İlgili Yapılan Çalışmalar........................................... 50 3. BÖLÜM............................................................................................................................ 54 3. YÖNTEM.......................................................................................................................... 54 3.1. Araştırma Modeli....................................................................................................... 54 3.1.1. Eylem Araştırması ve Uygulama Basamakları ............................................... 58 3.1.1.1. Problem durumunun belirlenmesi....................................................... 62 3.1.1.2. Eylem planının oluşturulması ............................................................. 65 3.1.1.3. Eylem planı 1 ve uygulaması.............................................................. 65 3.1.1.4. Eylem planı 2 ve uygulaması.............................................................. 66 3.1.1.5. Eylem planı 3 ve uygulaması.............................................................. 67 3.1.2. Nicel Çalışma Grubu - Örneklem.................................................................... 68 3.1.3. Nitel Çalışma Grubu........................................................................................ 70 3.1.4. Uygulayıcı Öğretmenler.................................................................................. 72 3.1.5. Araştırma Ortamı............................................................................................. 73 3.1.6. Geçerlik Komitesi............................................................................................ 76 3.1.7. Araştırmacının Rolü ve Özellikleri ................................................................. 77 3.1.8. Nitel Veriler İçin Geçerlik ve Güvenirlik........................................................ 78 3.2. Verilerin Toplanması................................................................................................. 79 3.3. Veri Toplama Araçları............................................................................................... 80 3.3.1. Bilgi İşlemsel Düşünme Öz Değerlendirme Ölçeği........................................ 81 3.3.2. Bilişim Teknolojileri Dersi Problem Çözme ve Programlama Ünitesi Akademik Başarı Testi (Ön-test, Son-test, Kalıcılık Testi)............................. 90 3.3.3. Dereceli Puanlama Anahtarı............................................................................ 94 3.3.4. Gözlem ............................................................................................................ 96 3.3.5. Görüşme .......................................................................................................... 98 3.3.6. Doküman Analizi ............................................................................................ 99 3.4. Nitel Verilerin Çözümü ve Yorumlanması................................................................ 99 3.5. Deneysel Uygulama Süreci ..................................................................................... 100 xv 4. BÖLÜM..........................................................................................................................102 4. BULGULAR ...................................................................................................................102 4.1. Senaryo Temelli Öğretim Programının Öğrencilerin ABT puanlarına ilişkin Bulguları................................................................................................................102 4.1.1. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu Öğrencilerinin ve MEB Programının Uygulandığı Kontrol Grubu Öğrencilerinin ABT Ön Test Toplam Puanları Kontrol Altına Alındığında, Son Test ve Kalıcılık Testi Puanları Arasında Cinsiyet Açısından Analiz Bulguları.........................................................................................................108 4.1.2. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu Öğrencilerinin ve MEB Programının Uygulandığı Kontrol Grubu Öğrencilerinin ABT Ön Test Toplam Puanları Kontrol Altına Alındığında, Son Test ve Kalıcılık Testi Puanları Arasında Okul Türü Açısından Analiz Bulguları.........................................................................................................113 4.1.3. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu Öğrencilerinin ve MEB Programının Uygulandığı Kontrol Grubu Öğrencilerinin ABT Ön Test Toplam Puanları Kontrol Altına Alındığında, Son Test ve Kalıcılık Testi Puanları Arasında Ekran Kullanımı Açısından Analiz Bulguları .............................................................................................119 4.2. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubu Öğrencilerinin BİDÖD Ölçeği Puanlarına İlişkin Bulgular.......................124 4.2.1. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Ölçeği Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır? ................................................................................125 4.2.2. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Ölçeği Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanlarının Bulguları........................................................................126 4.2.3. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Gurubunun BİDÖD Alt Ölçeği Algoritmik Düşünme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır? ..................................................127 4.2.4. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Algoritmik Düşünme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Deney Grubu Lehine Anlamlı Fark Var mıdır?....................................................................128 4.2.5. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Paralelleştirme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır?.................................................................129 xvi 4.2.6. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Ölçeğinin Alt Ölçeği Olan Paralelleştirme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Deney Grubu Lehine Anlamlı Fark Var mıdır?............................................. 130 4.2.7. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Ayrıştırma Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır? ................................................................ 131 4.2.8. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Ayrıştırma Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Deney Grubu Lehine Anlamlı Fark Var mıdır?................................................................................ 132 4.2.9. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Gurubunun BİDÖD Alt Ölçeği Soyutlama Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır? ................................................................ 133 4.2.10. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Soyutlama Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Deney Grubu Lehine Anlamlı Fark Var mıdır?................................................................................ 134 4.2.11. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu ve Kontrol Grubunun BİDÖD Alt Ölçeği Otomatikleştirme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Gruplarda Test Puanları Arasında Anlamlı Fark Var mıdır? ................................................................ 135 4.2.12. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı Uygulanan Deney Grubu Öğrencilerinin ve Bu Eğitimi Almayan Kontrol Grubu Öğrencilerinin BİDÖD Alt Ölçeği Otomatikleştirme Ön Test, Son Test ve Kalıcılık Testi Toplam Puanları Karşılaştırıldığında Deney Grubu Lehine Anlamlı Fark Var mıdır? ...................................................................................................... 136 4.3. Proje Değerlendirme Dereceli Puanlama Anahtarına İlişkin Bulgular........................ 137 4.4. BT Öğretmenleri Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programı’nı Nasıl Değerlendirmektedir?............................................................................................ 143 4.4.1. Bt Öğretmenlerinin Programlama Öğretimi ve BİD ile İlgili Hazırbulunuşluk Durumu............................................................................... 143 4.4.1.1. Programlama eğitimi......................................................................... 144 4.4.1.2. BİD becerilerinin tanımı ve önemi ................................................... 148 4.4.2. BT Öğretmenlerinin BİD Becerilerinin Öğretiminde Karşılaştıkları Engeller Nelerdir ve Bu Engelleri Nasıl Aşmaktadırlar? .............................. 150 4.4.2.1. Öğretmenlerin teknik anlamda yaşadıkları zorluklar........................ 150 xvii 4.4.2.2. Öğretmenlerin eğitim durumları ile ilgili yaşadıkları zorluklar........152 4.4.2.3. Öğretmenlerin öğrenenlerle ilgili yaşadıkları zorluklar....................153 4.4.3. BT Öğretmenleri ve Öğrenciler Deneysel Müdahale Programını Nasıl Değerlendirmektedir?.....................................................................................154 4.4.3.1. Öğretmenlerin geliştirilen öğretim programıyla ilgili deneyimleri ve yaklaşımları...........................................................................................155 4.4.3.2. Öğretim sürecine ilişkin durumlar.....................................................158 4.4.3.3. Öğrenenlerin durumu ........................................................................164 4.4.3.4. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programının Uygulamasına Yönelik Öğrenci Görüşlerine İlişkin Bulgular......................................166 4.4.3.5. Senaryoların değerlendirilmesi .........................................................167 4.4.3.6. Senaryo temelli öğrenmenin uygulanması ........................................169 4.4.3.7. Scratch aracı ve BİD kavramları .......................................................175 5. TARTIŞMA VE SONUÇ ..............................................................................................181 5.1. Tartışma ve Sonuçlar ...............................................................................................181 5.1.1. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programının Öğrencilerin Akademik Başarı Puanlarına Etkisi ile İlgili Sonuç ve Tartışma ....................................181 5.1.2. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programının Öğrencilerin BİDÖDÖ Puanlarına Etkisi ile İlgili Sonuç ve Tartışma................................................189 5.1.3. Proje Değerlendirme Puanlarına Yönelik Bulguların Sonuç ve Tartışması ..192 5.1.4. Senaryo Temelli Scratch Öğretim Programının Öğretmen ve Öğrenci Görüşlerine Göre Değerlendirilmesinin Sonuç ve Tartışması .......................193 5.2. Öneriler....................................................................................................................201 6. KAYNAKLAR...............................................................................................................203 7. EKLER ...........................................................................................................................232 ÖZGEÇMİŞ .......................................................................................................................26