Improving middle school students’ computational thinking skills and attitudes towards computer science through STEM-based robotics education

Abstract

In the future, computer technologies are expected to become an integral part of different professions and working fields. Therefore, it is very important for the students living in today to become competent in using computer technologies and solving computational problems. As a result, schools across different countries started to include computer science lessons in their educational programs to teach students how to use computer technologies efficiently and to make them gain computational thinking skills. However, students may develop a negative attitude towards computer science if computer science lessons are delivered without establishing a context related to real life. Consequently, students may not gain computational thinking skills. To overcome this attitude problem, some research suggests that integrating STEM approach to computer science lessons can help educators to establish a meaningful context. On the other hand, previous studies argue that educational robotics is an effective tool to integrate STEM into computer science lessons for the purpose of enhancing students’ computational thinking skills. However, there is not enough research in the literature that investigates this issue. Therefore, the purpose of this study is to develop a STEM-based robotics unit and to investigate its effects on students’ attitude towards computer science and computational thinking skills. The unit consisted of 6 lessons each of which includes a STEM-related real-life problem. In each lesson, students are expected to solve the problem that belongs to that lesson by preparing models with the robotics set. At the beginning and end of the study, students were given computational thinking levels scale and attitude towards computer programming scale. The analysis of the pretest and post-test scores showed that STEM-based robotics education resulted in a statistically significant difference in students’ computational thinking skills and their attitudes towards computer science. In this way, this study aims to contribute to the literature by providing a basis for further research that will propose other ways of integrating STEM approach to computer science.

Günümüz öğrencileri, bilgi iletişim araçlarının çeşitli iş dallarının ve çalışma disiplinlerinin ayrılmaz bir parçası olduğu bir geleceğe doğru büyümektedirler. Bilgi işlemsel problemleri çözebilmeleri ve bilgi işleme araçlarını kullanmak için gerekli becerileri kazanmaları oldukça önem kazanmıştır. Bu doğrultuda öğrencilerin bilgi iletişim araçlarını etkili bir şekilde kullanabilmeleri ve bilgi işlemsel düşünme becerilerini kazanmaları amacıyla okullarda bilgisayar bilimleri dersi verilmeye başlanmıştır. Ancak gerçek yaşamdan kopuk bir bağlamda verilen bilgisayar bilimleri dersleri öğrencilerin bu disipline karşı olumsuz bir tutum geliştirmesine sebep olabilmekte ve onların bilgi işlemsel düşünme becerilerinin gelişimine yeterince katkı sağlamayabilmektedir. Yapılan araştırmalar göstermiştir ki STEM ile ilişkili bir şekilde işlenen bilgisayar bilimleri dersleri öğrencilerin hem bu disipline karşı olan tutumlarını iyileştirmekte hem de onların bilgi işlemsel düşünme becerilerini kazanmalarına katkı sağlamaktadır. Öte yandan, STEM yaklaşımını bilgisayar bilimleri dersine entegre etmenin en iyi yolu olarak eğitsel robotik setlerinin kullanımı olduğu öne sürülmüştür. Bu sebeple 6 haftalık bir STEM tabanlı robotik ünitesi hazırlanmış ve robotik dersinde uygulanmıştır. Ünitedeki her bir aktivitede STEM ile ilişkili bir gerçek yaşam problemi bulunmakta ve öğrencilerin bu problemi robotikten faydalanarak çözmeleri istenmiştir. Ünitenin başında ve sonunda bilgi işlemsel düşünme ölçeği ve bilgisayar bilimlerine karşı tutum ölçeği uygulamıştır. Ön test ve son test sonuçları analiz edildiğinde öğrencilerin bilgi işlemsel düşünme becerileri ve bilgisayar bilimlerine karşı tutumları arasında anlamlı bir pozitif fark olduğu tespit edilmiştir. Bu araştırma, STEM yaklaşımını bilgisayar bilimleri dersine entegre etmenin yollarını önerecek çalışmalara bir temel teşkil etmesi yönüyle literatüre önemli bir katkı sunmayı hedeflemiştir.