Sınıfiçi angajmanın oluşturulması, analizi ve yorumlaması: Ulaşılabilir bir programlama eğitimi için uygulamalar ve makine öğrenmesi modelleri

Öğrencilerin sınıf-içi angajmanlarını (ilgi ve motivasyon) sürdürmeleri eğitimlerinin başarısı için büyük önem taşımaktadır. Programlama eğitimindeki güncel örnekler, fiziksel etkileşim içeren aktiviteleri teşvik etmenin ve programlamanın gerçek hayattaki iyi örneklerini göstermenin, öğrencilerin angajmanını artırmak için etkili yöntemler olduğunu göstermiştir. Ancak, sosyo-ekonomik olarak dezavantajlı bölgelerde bulunan okullar genellikle bu tür etkileşimi destekleyecek yeterli dijital altyapıya sahip değildir. Buna karşın, akıllı telefon gibi mobil cihazların uygun maliyetleri ile yaygınlaşması, programlama eğitiminin erişilebilirliğini artırma potansiyeline sahiptir. Ek olarak, mobil cihazlar üzerinde çalışabilecek yapay zeka modelleri, işbirlikli programlama aktivitelerinde kullanılabilecek fiziksel objelerin tanınmasını ve kullanılmasını sağlayabilir. Bu bağlamda, araştırmamın ilk hedefi, öğrencilerin işbirliği içinde çalışmasını destekleyen mobil cihazlar kullanılarak uygun maliyetli bir fiziksel programlama eğitim ortamı geliştirmektir. Sınıf içi angajmanı destekleyecek bu araçları oluşturmanın yanı sıra, sınıf içindeki angajmanı analiz etmek ve yorumlamak da öğretim sürecinin önemli bir bileşenidir. Sınıf içi angajmanın analizi, duygusal, davranışsal ve bilişsel durumların çok bilesenli bir değerlendirmesini gerektirir. Ancak, çok kipli bir sınıf içi angajman veri seti ve analiz modeli oluşturmak için sınırlı sayıda araştırma yapılmıştır. Bu boşluğu doldurmak için ikinci hedefim, grup etkinliklerinde öğretmenlerin iş yükünü hafifletmek için tek bir kamera kullanarak çok kipli bir angajman değerlendirme aracı oluşturmaktır. Bu tez, İnsan-Bilgisayar Etkileşimi (HCI), Yapay Zeka (AI) ve eğitim teknolojisi araştırma alanlarına altı açıdan katkıda bulunmaktadır: 1. İteratif kullanıcı çalışmalarından elde edilen bilgilerle şekillenen, kullanıcı odaklı, uygun maliyetli bir akıllı fiziksel programlama ortamı geliştirilmiş ve tüm kaynakları açık-kaynak olarak sunulmuştur. 2. Geniş katılımlı kullanıcı deneyimi çalışmaları gerçekleştirilmiş ve geliştiriciler için akıllı fiziksel programlama ortamları geliştirmek için bir dizi tasarım önerisi sunulmuştur. 3. Öğretmenlerin programlama ortamımızı MEB Programlama müfredatı kapsamında kullanabilmeleri için bir dizi aktivite geliştirilmiştir. 4. Öğrencilerin kendi değerlendirme puanları kullanılarak sınıf içi angajman düzeylerini tahmin etmek için yaklaşık sekiz saatlik sesli ve görsel verilerden oluşan yeni bir çok kipli veri seti toplanmış ve açık kaynak olarak sunulmuştur. 5. Angajmanı çok bilesenli olarak ele alan çok kipli makine öğrenme modelleri geliştirilmiştir. Görüntü modelleri, kişiye dayalı ilgi düzeyi tahmininde %84'e kadar test doğruluk oranı elde etmiştir. Akış halindeki videolarda çalışabilen gerçek zamanlı video modeli ise %71 test doğruluk oranına ulaşmıştır. 6. Öğrencilerin angajmanlarını zaman içinde görüntülemelerine ve model çıktılarını yorumlamalarını destekleyecek, öğrenci odaklı etkileşimli bir kontrol paneli geliştirilmiştir.