Bilgi İşlemsel
Düşünmeden
Programlamaya
Ed�tör: Prof. Dr. Yasem�n GÜLBAHAR
Editör: Prof. Dr. Yasemin GÜLBAHAR
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNMEDEN PROGRAMLAMAYA
ISBN 978-605-241-111-7
DOI 10.14527/9786052411117
Kitap içeriğinin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.
© 2017, PEGEM AKADEMİ
Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti.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 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, Ankara
Yayın-Proje: Özlem Sağlam
Dizgi-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)
(0535 292 34 31)
Yayıncı Sertifika No: 14749
Matbaa Sertifika No: 25931
İletişim
Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay / ANKARA
Yayınevi: 0312 430 67 50 - 430 67 51
Yayınevi Belgeç: 0312 435 44 60
Dağıtım: 0312 434 54 24 - 434 54 08
Dağıtım Belgeç: 0312 431 37 38
Hazırlık Kursları: 0312 419 05 60
İnternet: www.pegem.net
E-ileti: pegem@pegem.net
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, karşılaştığımı 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, öğrencilerin gelecek kariyerleri için önemli potansiyele sahip olduğundan bu kitap, düşünme 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 uygulamalara ışık tutması dileğiyle…
Prof. Dr. Yasemin GÜLBAHAR
Ankara, 2017
PREFACE
Many countries entered 21st century raising attention to skills young generation 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 online, 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 learning 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 computational 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 computational 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
Abant İzzet Baysal Üniversitesi
3. Bölüm: Bilgi İşlemsel Düşünme Tanımı ve Kapsamı
Doç. Dr. İbrahim ÇETİN
Abant İzzet Baysal Üniversitesi
Prof. Dr. Zülbiye TOLUK UÇAR
Abant İzzet Baysal Üniversitesi
4. Bölüm: Bilişsel Araçlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme
Yrd. Doç. Dr. Polat ŞENDURUR
Ondokuz Mayıs Üniversitesi
5. Bölüm: Bilgisayar Bilimi Eğitiminde Kavram ve Kuramlar
Doç. Dr. İbrahim ÇETİN
Abant İzzet Baysal Üniversitesi
Yrd. Doç. Dr. 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
Yrd. Doç. Dr. Fatma KESKİNKILIÇ
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
Arş. Gör. Mehmet Fatih ERKOÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi
10. Bölüm: Blok Tabanlı Programlama
Doç. Dr. Erman YÜKSELTÜRK
Kırıkkale Üniversitesi
Arş. Gör. Serhat ALTIOK
Kırıkkale Üniversitesi
11. Bölüm: Metin Tabanlı Programlama
Yrd. Doç. Dr. Celal Murat KANDEMİR
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
12. Bölüm: Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme
Yrd. Doç. Dr. Memet ÜÇGÜL
Kırıkkale Üniversitesi
13. Bölüm: Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımı: Bilgi İşlemsel Düşünme ve
FeTeMM
Yrd. Doç. Dr. 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
İÇİNDEKİLER
Editörden.............................................................................................................................. iii
Preface....................................................................................................................................iv
Bölümler ve Yazarları............................................................................................................v
1. BÖLÜM
BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİNE GİRİŞ
Amaçlar...................................................................................................................................1
Özet ........................................................................................................................................1
Giriş.........................................................................................................................................2
Bilgisayar Bilimi: Nedir? Ne Değildir?................................................................................3
Bilgi ve İletişim Teknolojileri ve Enformatik İlişkisi........................................................7
Bilgisayar Bilimleri Eğitiminde Yapılandırmacılık ve İnşacılık.......................................9
Neden Bilgi İşlemsel Düşünme?........................................................................................13
Bilgisayar Bilimleri Eğitiminde Vizyon Değişimi...........................................................16
Sonuç.....................................................................................................................................19
Kaynakça..............................................................................................................................20
2. BÖLÜM
DÜŞÜNME BECERİLERİNİN ÖNEMİ
Amaçlar.................................................................................................................................23
Özet ......................................................................................................................................23
Giriş.......................................................................................................................................24
Düşünme Nedir...................................................................................................................24
Düşünmeyle İlgili Çalışmalar............................................................................................24
Tarihsel Bakış Açısı.......................................................................................................25
Psikologların Düşünme Hakkındaki Çalışmaları.....................................................25
Bilgi-İşlem Yaklaşımı....................................................................................................26
Güncel Uygulamalar ve Yansımalar............................................................................27
Düşünme Becerileri............................................................................................................30
Bilgi İşleme.....................................................................................................................32
Sorgulama......................................................................................................................32
Yaratıcı Düşünme .........................................................................................................33
Değerlendirme...............................................................................................................33
viii
Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya
Düşünme Becerileri Neden Önemli.................................................................................34
Düşünme Becerilerinin Öğretimi.....................................................................................35
Öğretmenin Rolü..........................................................................................................36
Sonuç.....................................................................................................................................37
Kaynakça..............................................................................................................................38
3. BÖLÜM
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME TANIMI VE KAPSAMI
Amaçlar.................................................................................................................................41
Özet.......................................................................................................................................41
Giriş.......................................................................................................................................42
Eğitim Tarihinde Bilgi İşlemsel Düşünme.......................................................................44
Bilgi İşlemsel Düşünmenin Tanımı..................................................................................45
Bilgi İşlemsel Düşünmenin Eleştirisi................................................................................46
Operasyonel Tanımlar........................................................................................................50
İnşacılık Bakış Açısıyla Bilgi İşlemsel Düşünme.............................................................51
Bilgi İşlemsel Düşünmenin Temel Bileşenleri.................................................................54
Problem Çözme.............................................................................................................54
Problem Türleri.............................................................................................................57
Problemleri Bileşenlerine Ayırma ..............................................................................58
Soyutlama.......................................................................................................................60
Algoritmik Düşünme ...................................................................................................63
Algoritmanın Değerlendirilmesi.................................................................................67
Örüntü Tanıma ve Genelleme.....................................................................................69
Sonuç.....................................................................................................................................72
Kaynakça..............................................................................................................................74
4. BÖLÜM
BİLİŞSEL ARAÇLAR VE BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME
Amaçlar.................................................................................................................................79
Özet.......................................................................................................................................79
Giriş.......................................................................................................................................80
Bilişsel Araç Nedir?.............................................................................................................80
Bilişsel Modeller ve Bilişsel Araçlar..................................................................................83
Model Nedir ve Nasıl Tanımlanır?..............................................................................83
İçindekiler
ix
Bilgi İşlemsel Düşünme ve Bilişsel Araçlar Arasındaki İlişki..................................85
Programlama Bir Bilişsel Araç Mıdır?..............................................................................86
Programlama Bilişsel Araç Olarak Nasıl Kullanılır?.......................................................90
Uygun Programlama Dilini Belirleme.......................................................................91
Öğrenciye Destek Sağlama...........................................................................................93
Sonuç.....................................................................................................................................97
Kaynakça..............................................................................................................................98
5. BÖLÜM
BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİNDE KAVRAM VE KURAMLAR
Amaçlar...............................................................................................................................101
Özet.....................................................................................................................................101
Giriş.....................................................................................................................................102
Kavram Yanılgısı................................................................................................................102
Bütüncül Yaklaşımlar........................................................................................................106
Kavram İmajı...............................................................................................................106
Değişim Kuramı .........................................................................................................107
APOS Kuramı..............................................................................................................111
Görselleştirme....................................................................................................................113
Eşli Programlama..............................................................................................................118
İş Yaşamında Eşli Programlama................................................................................120
Eşli Programlamanın Pedagojisi...............................................................................120
Pratikte Eşli Programlama ........................................................................................123
Sonuç...................................................................................................................................125
Kaynakça............................................................................................................................127
6. BÖLÜM
BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİ KAPSAMI
Amaçlar...............................................................................................................................133
Özet.....................................................................................................................................133
Giriş.....................................................................................................................................134
A-12 Düzeyinde Bilgisayar Bilimi Eğitimi.....................................................................134
Dünyada Bilgisayar Bilimi Eğitimi .................................................................................137
Farklı Yaşlarda Bilgisayar Bilimi Eğitimi........................................................................145
Okul Öncesi Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri.................................................146
x
Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya
İlköğretim Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri....................................................147
Orta Öğretim Bilgisayar Bilimi Dersi Konu Bileşenleri...............................................149
Sonuç...................................................................................................................................151
Kaynakça............................................................................................................................153
7. BÖLÜM
BİLGİSAYAR BİLİMİ EĞİTİMİ İÇİN ÖĞRETİM YÖNTEMLERİ
Amaçlar...............................................................................................................................155
Özet.....................................................................................................................................155
Giriş.....................................................................................................................................156
Bilgisayarsız Bilgisayar Bilimi Öğretimi.........................................................................159
Blok Tabanlı Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi................161
Metin Tabanlı Ortamlar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi....................165
Robot Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi...........................167
Robot mu Robotik mi?...............................................................................................168
Eğitimde Neden Robotlara İhtiyaç Duyarız?...........................................................169
Disiplinlerarası Uygulamalar ile Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Öğretimi...........173
Sonuç...................................................................................................................................175
Kaynakça............................................................................................................................178
8. BÖLÜM
BİLGİSAYARSIZ BİLGİSAYAR BİLİMİ (B3) ÖĞRETİMİ
Amaçlar...............................................................................................................................183
Özet.....................................................................................................................................183
Giriş.....................................................................................................................................184
Bilgisayar Kullansak mı Kullanmasak mı?.....................................................................184
B3 Etkinliklerinin Olası Katkısı.......................................................................................185
B3 Öğretimi ile İlgili Projeler...........................................................................................187
Bilgisayarsız Bilgisayar Bilimi Projesi (CS Unplugged - Computer Science
Unplugged) ........................................................................................................................188
Bilgisayarsız Code.org Projesi..........................................................................................191
Eğlence için Bilgisayar Bilimi Projesi (CS4FN - Computer Science is For Fun) .....192
Keşf@ - Kodlamayı Keşfediyorum Projesi ....................................................................193
Bilge Kunduz Projesi.........................................................................................................195
B3 Etkinliklerinin Tasarlanması ve Uygulanması ........................................................199
İçindekiler
xi
B3 Etkinlikleri ile Yapılan Araştırmalar Ne Söylüyor?..................................................201
Sonuç...................................................................................................................................203
Kaynakça............................................................................................................................204
9. BÖLÜM
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE TEKNOLOJİK OYUNCAKLAR
Amaçlar...............................................................................................................................207
Özet ....................................................................................................................................207
Giriş.....................................................................................................................................208
Oyun ve Çocuk Gelişimindeki Rolü...............................................................................210
Oyunun Türleri .................................................................................................................214
Oyunun Ayrılmaz Parçası Oyuncaklar ve Gelişimdeki Rolü......................................216
Teknolojik Oyuncaklar ....................................................................................................218
TanPro-Kit....................................................................................................................220
Dash & Dot..................................................................................................................222
littleBits.........................................................................................................................222
BBC micro:Bit..............................................................................................................223
Osmo Coding..............................................................................................................225
Cubetto.........................................................................................................................225
Tern...............................................................................................................................226
KIBO.............................................................................................................................227
Makey Makey...............................................................................................................228
LEGO WeDo................................................................................................................230
PicoBoard / PicoCricket.............................................................................................231
Fisher Price Code-a-Pillar..........................................................................................232
Bee-Bot.........................................................................................................................233
Sonuç...................................................................................................................................234
Kaynakça............................................................................................................................236
10. BÖLÜM
BLOK TABANLI PROGRAMLAMA
Amaçlar...............................................................................................................................241
Özet.....................................................................................................................................241
Giriş.....................................................................................................................................242
Programlama Öğretimi ...................................................................................................242
xii
Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya
Programlama Araçları......................................................................................................245
Blok Tabanlı Programlama Araçları.........................................................................246
Scratch .........................................................................................................................248
Alice..............................................................................................................................248
App Inventor................................................................................................................249
Blok Tabanlı Programlama ile İlgili Akademik Çalışmalar...................................250
Blok Tabanlı Programlama ve Bilgi İşlemsel Düşünme ..............................................253
Blok Tabanlı Programlama ile İlgili Etkinlikler ve Organizasyonlar .........................260
Sonuç...................................................................................................................................261
Kaynakça............................................................................................................................263
11. BÖLÜM
METİN TABANLI PROGRAMLAMA
Amaçlar...............................................................................................................................267
Özet.....................................................................................................................................267
Giriş.....................................................................................................................................268
Programlama Paradigmaları............................................................................................269
Programlama Dili Öğretiminde Pedagojik Yaklaşımlar...............................................271
Mini Dil Yaklaşımı......................................................................................................271
Nesne Öncelikli Yaklaşım..........................................................................................272
Prosedürel Öncelikli Yaklaşım..................................................................................272
Nesne Önce Prosedürel Sonra Yaklaşımı.................................................................272
Prosedürel Önce Nesne Sonra Yaklaşımı.................................................................273
Fonksiyonel Öncelikli Yaklaşım................................................................................273
Sözde Dil Öncelikli Yaklaşım....................................................................................274
Eğitsel Metin Tabanlı Programlama Dilleri...................................................................275
Blok Tabanlı Programlamadan Metin Tabanlı Programlamaya Geçiş.......................281
Bilgi İşlemsel Düşünme ve Metin Tabanlı Programlama.............................................284
Sonuç...................................................................................................................................289
Kaynakça............................................................................................................................292
İçindekiler
xiii
12. BÖLÜM
EĞİTSEL ROBOTLAR VE BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME
Amaçlar...............................................................................................................................295
Özet.....................................................................................................................................295
Giriş.....................................................................................................................................296
Robotlar..............................................................................................................................296
Eğitsel Robotlar .................................................................................................................297
Eğitsel Robotların Tarihi..................................................................................................298
Eğitsel Robot Setleri....................................................................................................300
Lego Mindstorms EV3................................................................................................301
Bee-Bot.........................................................................................................................302
Robbo............................................................................................................................302
Cubelets........................................................................................................................303
Ozobot..........................................................................................................................303
Arduino Robot.............................................................................................................303
Raspberry Pi Kamera Robot......................................................................................304
Eğitimde Robotik Çalışmalar...........................................................................................304
Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme..................................................................306
Eğitsel Robotların Avantajları..........................................................................................309
Eğitsel Robotlar ve Bilgi İşlemsel Düşünme Konusunda Yapılan Araştırmalar.......311
Sonuç...................................................................................................................................313
Kaynakça............................................................................................................................314
13. BÖLÜM
DİSİPLİNLERARASI ÖĞRETİM YAKLAŞIMI:
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE FeTeMM
Amaçlar...............................................................................................................................319
Özet.....................................................................................................................................319
Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımı.................................................................................321
Disiplinlerarası Öğretim Yaklaşımının Günümüze Yansıması FeTeMM
(STEM) Yaklaşımı.............................................................................................................324
FeTeMM Eğitiminin Öğrenenlere Katkıları..................................................................326
Bilgi İşlemsel Düşünme....................................................................................................329
Bilgi İşlemsel Düşünme ve FeTeMM..............................................................................331
Sonuç...................................................................................................................................334
Kaynakça............................................................................................................................336
xiv
Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya
14. BÖLÜM
BİLİŞİM İÇİN ÖĞRETMEN EĞİTİMİ
Amaçlar...............................................................................................................................341
Özet.....................................................................................................................................341
Giriş.....................................................................................................................................342
Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Yeterlikler................................................................342
Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Başlangıç Eğitimi....................................................345
Bilgisayar Bilimi Eğitimcileri İçin Hizmet İçi Eğitim...................................................349
Sonuç...................................................................................................................................354
Kaynakça............................................................................................................................356
15. BÖLÜM
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME BECERİSİ NASIL DEĞERLENDİRİLİR?
Amaçlar...............................................................................................................................359
Özet.....................................................................................................................................359
Giriş.....................................................................................................................................362
Bilgisayar Bilimi Eğitiminde İnşacılık Yaklaşımı ve Otantik
(Performans Temelli) Değerlendirme ............................................................................363
Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisini Değerlendirme için Genel Çerçeve
Önerileri.............................................................................................................................367
Brennan ve Resnick’in Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri..................................368
Seiter ve Foreman’ın Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri ....................................373
Koh, Basawapatna, Bennett ve Repenning’in Değerlendirme Yaklaşımı
Önerileri.......................................................................................................................374
Gouws, Bradshaw ve Wentworth’ün Değerlendirme Yaklaşımı Önerileri..........376
Değerlendirme Türleri......................................................................................................377
BİD Becerisini Biçimlendirici Değerlendirme........................................................377
BİD Becersini Düzey Belirleyici Değerlendirme....................................................382
Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisini Değerlendirmede Olası Güçlükler ....................386
Bilgi İşlemsel Düşünme Becerisi Değerlendirme ile İlgili Öneriler ..........................388
Kaynakça ...........................................................................................................................391
İçindekiler
xv
16. BÖLÜM
BİLGİ İŞLEMSEL DÜŞÜNME VE PROGRAMLAMA KONUSUNDA
DEĞİŞİM VE DÖNÜŞÜMLER
Amaçlar...............................................................................................................................395
Özet.....................................................................................................................................395
Giriş.....................................................................................................................................396
Bilgisayar Bilimi Eğitimi Kavramsal Olarak Nasıl Farklılıklar Gösteriyor?..............396
Bilgisayar Bilimi Eğitiminde Hangi Yeterlikler Hedefleniyor?....................................398
Bilgi İşlemsel Düşünme ve Programlama Becerisi Neden Herkes için Gerekli?......402
Gelecek ve Teknolojinin Rolü..........................................................................................406
Sonuç...................................................................................................................................409
Kaynakça............................................................................................................................410
Yazarlar Hakkında.............................................................................................................411
1
BİLGİSAYAR BİLİMİ
EĞİTİMİNE GİRİŞ
Amaçlar
Özet
Bu bölümü bitirdiğinizde:
Bilgisayar bilimleri, sadece bir araç olarak bilgisayar kullanımı
temelinde ele alınamayacak kuramları ve uygulama süreçlerini içeren bir disiplindir. Özellikle, matematik alanından gelen araştırmacıların bilgisayar bilimlerine oldukça önemli katkıları olduğu ifade
edilebilmektedir. Alan yazında bilgisayar bilimleri ve enformatik
kavramlarının birbirlerinin yerine kullanıldığı görülmektedir. Enformatik içerisinde, enformasyonun organizasyonu ve dönüştürülmesi, temel çalışma alanı olarak tanımlanmakta ve bilgi ve iletişim
teknolojileri bu süreçler de kullanılan araçları tanımlayan bir kavram olarak göze çarpmaktadır. Bilgisayar bilimleri eğitiminde, inşacılık önemli bir pedagojik yaklaşım olarak ön plana çıkmaktadır.
Temel çerçevesi, Jean Piaget ile çalışarak onun yapılandırmacı kuramlarından 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 ortamlarındaki temel uygulama basamaklarını oluşturmaktadır. Bilgisayar bilimlerinin toplumsal hayatın bir parçası haline gelmesinde en
önemli faktörlerden birisi olarak, bilgi işlemsel düşünme gösterilebilir. Soyutlama başta olmak üzere, bilgisayar bilimciye ait düşünme
biçiminin toplumsal hayata uyarlanması, bilgi işlemsel düşünmenin
temelini oluşturmaktadır. Bu boyutuyla, bilgisayar bilimi eğitimine yeni bir vizyon kazandırmış olması bilgi işlemsel düşünmenin
önemini arttırmaktadır. Genel olarak ele alındığında, Seymour
Papert’in ilk çalışmalarından günümüze, ortaya konan vizyon değişiminin, tamamen bir teknoloji eğitimi olarak görülen bilgisayar
bilimleri eğitimi sürecini disiplinlerarası ve tüm toplumu etkileyecek biçime dönüştürdüğü görülmektedir.
hh Bilim ve teknoloji kavramlarının kullanımları arasındaki
farkı açıklayabilecek,
hh Bilgisayar biliminin tanımını
yapabilecek,
hh Bilgisayar biliminin neden bir
bilim olarak tanımlandığını
tartışabilecek,
hh Bilgisayar bilimi ve Enformatik arasındaki ilişkiyi
açıklayabilecek,
hh Enformasyon bilgi ve veri
arasında karşılaştırma yapabilecek,
hh Bilgisayar bilimlerinde
yapılandırmacılık ve inşacılık
arasındaki farkı tartışabilecek,
hh Bilgi işlemsel düşünme çalışmalarının önemini örneklerle
açıklayabilecek ve
hh Bilgisayar bilimleri eğitiminde
vizyon değişiminin kuramsal
temellerini açıklayabileceksiniz.
Anahtar Kavramlar: Bilgisayar bilimi, bilim ve teknoloji ilişkisi, bilgi ve iletişim teknolojileri, enformatik, yapılandırmacılık,
inşacılık.
2
Bilgi İşlemsel Düşünmeden Programlamaya
Giriş
Bir çocuğun, önündeki küçük metal parçaları birleştirerek hayalindeki robotu tasarlamaya
çalışmasından, bir heykeltıraşın, taşı biçimlendirerek şaheserler ortaya koyma uğraşına kadar
her meslek ve yaş düzeyinde, karşılaşılan problemler ve bu problemlere bulunan çözümler
benzer karakteristik özellikler göstermektedir.
Çünkü problemin karmaşıklık düzeyinden bağımsız olarak, birey, karşılaştığı her sorunda,
temel düşünme becerilerini kullanmakta ve
Resim 1. Metal parçalarla
çözüme ulaşmaya çalışmaktadır. Bu ortak nokrobot tasarımı
ta göz önüne alındığında, bilgi toplumunun
(Mustafa Kert-Yaş 7)
eğitim ihtiyaçları içerisinde, düşünme becerisinin 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; soyutlama, algoritmik düşünme, parçalara ayırarak çözümleme, otomasyon gibi alt beceri
kümelerini içermektedir. Bu beceri kümeleri, bilgisayar bilimleri eğitimi içerisinde 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 eğitimine yeni bir bakış açısıyla bakılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Mesleki bir
eğitim sürecinin, disiplinlerarası bir düşünme eğitimi sürecine dönüşmesi, bilgisayar teknolojisi başlığıyla ele alınan araç odaklı yaklaşımın, yerini, bilgisayar bilimleri 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 uygulamalar bütününü kapsamaktadır.
Bu bölümde, öncelikle, bilgisayar bilimleri eğitiminde her geçen gün belirginleşen 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
Bilgisayar Bilimi Eğitimine Giriş
3
arasındaki kesişim noktalarıyla birlikte sunulmuştur. Ek olarak, tüm değişen bilgisayar bilimleri eğitim anlayışının merkezinde yer alan, bilgi işlemsel düşünme kavramı; 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, kendi vizyonlarını ortaya koyan bilim insanlarının bakış açılarıyla ele alınmıştır.
Bilgisayar Bilimi: Nedir? Ne Değildir?
Son yüz yıl içerisinde, sık aralıklarla şekillenen toplumsal gelişim ve üretkenlik anlayışı, günümüzde, bilgisayar bilimlerinin anahtar rol oynadığı teknolojik
üretim süreçlerini merkezine alan bir bakış açısını beraberinde getirmiştir. Bireylerin 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 disiplinlerarası 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 alanlarında, 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, günümüzde, 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 süreçlerin dünya ile etkileşimlerini ele almaktadır. Newell, Perlis ve Simon (1967),
diğer disiplinlere ilişkin açıklamaları da kullanarak; bitkilerin incelendiği çalışmalar 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 görülebilmektedir (McGuffee, 2000). Bu bağlamda, bilgisayar biliminin alan yazında
geçen tanımları üzerinde ortak noktaları incelemek genel bir çerçevenin çizilebilmesi için önemli görülmektedir. Alan yazında, bilgisayarların kullanıldığı çalışmaların 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, programlama 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 günümüzde, 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 olarak 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 katkıları 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 bilimi ise bu iki sorunun birlikte sorulduğu bir bilim alanı olarak dikkat çekmektedir