Robot programlama öğretiminde görsel ve metin arayüzlerin etkisi

Programlama, eğitim alanında popüler bir konudur ve uzmanlar çocuklara lisede ya da daha erken yaşta programlama öğretmenin önemini vurgulamaktalar. Bir çok Avrupa ülkesinde, eğitim bakanlıkları programlama eğitimini okul müfredatlarına eklemeye çalışmaktadır. Bazı ülkeler liselerde zaten bir programlama sınıfına sahipler ve daha genç öğrencilere programlama sınıfı sağlamayı düşünüyorlar. Bu açıdan, programlama eğitiminde kullanılacak yöntemler çok önemli bir konu olmaktadır ve daha başarılı bir yöntem belirlemek bu alanın en büyük problemlerinden biridir. Bu çalışma, bu soruna değinmekte ve farklı programlama arayüzlerini birbirleriyle karşılaştırmaktadır. Programlamayı öğretirken programlama ortamının anlaşılmasını arttırmak için ise bir eğitim robotu kullanılmıştır. Seçilen eğitim robotu Thymio, önceden herhangi bir elektronik bilgiye sahip olunmasına ihtiyaç duymamakta ve programlamadan önce donanımla ilgili bir yapılandırmaya ihtiyaç duymamaktadır. Bu nedenle, Thymio kullanırken öğrenciler yalnızca programlama kısmına odaklanarak robotun farklı işlevlerini kullanabilirler. Thymio basit yapılıdır, üzerinde yeterince sayıda sensör barındırır. Kendine özel bir programlama dili ve farklı işletim sistemleri için geliştirme ortamı bulunmaktadır ve daha önemlisi daha erişilebilir ve çocuklar için daha uygundur. çünkü basit ve sınırlı sayıda sensör ve çıkış aygıtı ile yapılmıştır. Ayrıca Thymio iki farklı programlama arabirimini destekler. Birincisi, Aseba Event Scripting Language (AESL) olarak adlandırılan metin tabanlı programlama dili ve diğeri Visual Programming Language (VPL) olarak adlandırılan ikon tabanlı programlama arabirimidir. Bu çalışma, programlama arayüzleri ve bunların programlama eğitiminin başarısı üzerindeki etkileri üzerine yoğunlaşmıştır. Bu nedenle, öğrencilere programlama öğretmek için AESL ve VPL arayüzleri kullanılmıştır. VPL tamamen simge tabanlı bir programlama arabirimidir ve anahtar kelimeler içermez. Robotlar, arayüzde gerekli simgeleri sürükleyip bırakarak programlanabilir. Öğrencilerin klavyeyi kullanmaları veya herhangi bir teknik ayrıntı bilmeleri gerekmez. Öte yandan, AESL, farklı anahtar kelimelerle sözdizimi kurallarına sahip kelime tabanlı bir metin programlama dilidir. Değişkenler, karar mekanizması, döngüler vb. temel programlama özelliklerini içerir. Robot olaylarıyla uyumlu olması için olay tabanlı bir dil olarak tasarlanmıştır. AESL arayüzünü kullanabilmek için öğrencilerin ˙Ingilizce anahtar kelimeleri anlayabilmesi ve temel seviyede ˙Ingilizce bilmeleri gerekmektedir. Bu gerekliliğin etkisini test etmek için, orijinal AESL arayüzlerine ek olarak, TAESL denilen eşdeğer bir Türkçe anahtar kelime tabanlı AESL arayüzü geliştirilmiştir. TAESL'de tüm anahtar kelimeler ve yerli işlevler, Türkçe anahtar kelimelerle yeniden adlandırılmıştır. Bunu yapabilmek için geliştirme ortamını ve robot gömülü yazılımı değiştirilmiştir. Robot ile programlamayı öğreterek arayüzleri öğrencilerle test edebilmek için bir müfredat oluşturuldu. AESL ve VPL arayüz yapılarına ve Thymio'nun özelliklerine göre üç ders hazırlandı. Birinci ders genellikle giriş konuları ile programlama ve geliştirme ortamına yönelik hazırlandı. ˙Ikinci derste, Thymio'nin basit sensörleri ve çıkış aygıtları ile karar mekanizmasına odaklandık. Üçüncü derste, robot bileşenlerinin ve programlama özelliklerinin tamamlayıcı unsurları incelendi. Yeni konulara ek olarak, algoritmaların ve yeni konuların daha iyi anlaşılmasını sağlamak için eski konular pekiştirildi. Öğretim stratejisi ve sonuçta yapılan değerlendirme deneyleri temel programlama konularına odaklandı. Öğrencilerin kişisel becerilerinin ve bilişsel düzeylerinin etkilerini göz ardı edebilmemiz için konuları oldukça basit tutuldu. Ayrıca, VPL ve AESL dilleri, robotu kontrol etmek için uzun kod parçasına ihtiyaç duymadığından, karmaşık algoritmalardan ve uzun kod parçalardan kaçınıldı. Bu nedenle örneklerin neredeyse tamamı birkaç satırlık koddan oluşmaktadır. Bu, öğretimin karmaşıklığını en aza indirdi ve böylece algoritma oluşturma, hata ayıklama ve değerlendirme üzerindeki etkileri göz ardı edilebildi. Eğitmenin etkilerini azaltmak için her ders için video dersi hazırlandı. Buna ek olarak dersler bire bir eğitim şeklinde organize edildi, böylece sınıf ortamlarının öğretmeyle olan etkileri en aza indirildi. Her dersin klasik tarzda 45 dakikalık bir oturum olması planlandı. Dersin ilk 20 dakikası ders bölümüne ayrılmıştır. Bu bölümde, öğrenciler ders videolarını izlediler ve sorularını sordular. Sonraki 10 dakika, robotla pratik yapmak için ayrılmıştır. Son 15 dakikalık bölüm sınav bölümüne ayrılmıştır. Değerlendirme aşamasında ise toplanan kodlar, gerekli yerlerde engeller ve boşluklar olan önceden tasarlanmış değerlendirme ortamında test edilmiştir. Her bir hedef, verilen sırayla değerlendirilmiş ve yalnızca, kodun beklenen sonuca ulaşması durumunda başarılı sayılmıştır. Testlerimize yaşları 7 ile 24 arasında ortalama 14.3 ve standart sapması 5.25 olan 32 öğrenci katılmıştır. Öğrencilerin çoğunluğu daha önce hiç programlama tecrübesine sahip değildiler ve geri kalanlarının programlama konusunda az seviyede ön bilgileri mevcuttu. Öğrencileri, görsel programlama (Grup 1), metin programlama (Grup 2) ve görsel programlamadan sonra metin programlama çalışan (Grup 3) öğrenciler şeklinde üç farklı gruba ayırdık. Deney sonucuna göre, görsel programlama ile eğitim gören öğrenciler yalnızca metin programlamayı okuyan öğrencilere göre daha başarılı olmuşlardır. Bu beklenen bir sonuçtur, çünkü görsel programlama çok daha hızlı ve basittir. Yani, görsel programlama dillerinin programlamayı öğrenmek için daha uygun olduğu söylenebilir. Yalnızca metin programlamayı öğrenen öğrencileri önce görsel programlama sonra metin programlama öğrenen öğrencilerle karşılaştırdığımızda önce görsel programlama sonra metin programlama öğrenen öğrencilerin yalnızca metin programlama öğrenenlerden daha başarılı olduklarını gördük. Bu karşılaştırmalar görsel dillerle kodlama öğrenmenin daha sonra metin tabanlı programlama dilleri öğrenmeye yardımcı olduğunu gösteriyor. Testlerimizde bir diğer değerlendirme kriteri, her arabirim için harcanan zamandı. görsel programlama arayüzü üzerinde harcanan zaman görsel programlamanın sadeliğinden ötürü daima diğerlerinden daha küçük olsa da, görsel programlama dillerinin etkileri, görsel programlamadan sonra metin programlama ile sadece metin programlama arayüzleri arasında programlama için harcanan zaman farkları kullanılarak görülebilir. Bu sonuçlara göre, görsel dillerle kodlama öğrenmenin metin tabanlı programlamayı daha hızlı öğretmeyi sağladığını söyleyebiliriz. Ayrıca orijinal AESL ile öğrenen öğrencilerin sonuçları ve Türkçe AESL ile çalışan öğrencilerin sonuçları karşılaştırılmıştır. Test sonuçlarımızda orijinal AESL ve Türkçe AESL başarı oranları arasında anlamlı bir fark bulunamamıştır. Orijinal AESL ve Türkçe AESL arasında ortalama başarı oranları neredeyse aynıdır. Sonuç olarak robotlarla programlama öğretmek için farklı programlama arabirimleri kullandık ve deneylerin sonuçlarını karşılaştırdık. Deney sonuçlarımıza göre, görsel programlama dillerinin daha kolay kullanılabilir olduklarını ve programlamanın daha çabuk öğrenildiğini doğruladık. Deneylerde, görsel programlama ile kodlama yapan öğrenciler genel olarak daha yüksek başarı oranına sahipti. Buna ek olarak, metin programlamayı öğrenirken, öğrencilerin daha önce görsel programlama geçmişlerine sahip olmaları durumunda, metin programlama kavramlarını öğrenmede daha başarılı sonuçlar elde ettiklerini gördük. Görsel programlama dilleri ilk kez programlama öğrenmek için kullanılıyorsa öğrenciler diğer programlama dillerine daha kolay uyum sağlarlar. Ayrıca, testimize göre, bir anadil tabanlı programlama dili kullanmak, programlama öğrenimine herhangi bir etki yapmamaktadır.