Polya'nın problem çözme adımlarına göre hazırlanmış yapay zeka tabanlı öğretim ortamının öğrencilerin problem çözme süreçlerine etkisi
Artificial intelligence-based learning environments which preparing Polya's problem solving steps effect on students' problem solving processes
Yazar: ALİ KÜRŞAT ERÜMİT
Danışman: DOÇ. DR. HASAN KARAL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Eğitim Bilimleri Enstitüsü / İlköğretim Ana Bilim Dalı / Matematik Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training
Dizin: Elektronik öğrenme = Electronic learning ; Matematik eğitimi = Mathematics education ; Matematik öğretimi = Mathematics teaching ; Problem çözme = Problem solving ; Problem çözme becerisi = Problem solving ability ; Uzaktan eğitim = Distance education ; Uzman sistemler = Expert systems ; Yapay zeka = Artificial intelligence ; Öğretim oranları = Instruction rates

Özet:
Genel olarak dünya'da matematik programları, öğrencileri matematiksel düşünme gücü gelişmiş iyi birer problem çözücü olarak yetiştirmeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle problem çözme becerileri matematik becerileri arasında önemli yer tutmaktadır. Çünkü matematiksel bilgiyi anlama ve bu bilgiler arasındaki ilişkiyi oluşturma, problem çözme sürecinde meydana gelmektedir. Bu sürecin etkili bir şekilde gerçekleşebilmesi, öğrencilerin problem çözme becerilerinin geliştirilmesine bağlıdır. Matematik öğretimi alanında Türkiye'de ve yurtdışında yapılan çalışmalarda genel olarak problem çözme becerilerinin istenen düzeyde olmadığı belirtilmekte ve problem çözme öğretiminde genellikle güçlük çekildiği ifade edilmektedir. 
Hareket problemleri, farklı tipte sözel problemleri içermesi, farklı çözüm yollarının ve rutin olmayan problemlerin kullanılabilmesi sebebiyle çok önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle bu çalışmada hareket problemlerinin çözümüne yönelik yapay zeka tabanlı bir uzaktan eğitim ortamı tasarlamış, uygulanmış ve değerlendirilmiştir. 30 ay süren çalışma kapsamında ilk olarak öğrencilerin problem çözme sürecinde yaşadıkları güçlükler belirlenerek, bu güçlüklerin giderilmesine yönelik yapay zeka tabanlı uzaktan eğitim ortamı Polya'nın problem çözme basamaklarına göre tasarlanmıştır. Uzman sistem olarak tasarlanan ortama ARTIMAT (Artificial Intelligence and Math) adı verilmiştir. ARTIMAT'ın algoritmik yapısı graf teorisi kullanılarak hazırlanmıştır. Tasarımın ardından pilot uygulama yapılarak öğrenci ve uzman görüşleri doğrultusunda ARTIMAT üzerinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır. Asıl uygulamada ise yarı deneysel bir desenle, kontrol grubu öğrencileri geleneksel sınıf ortamında, deney grubu öğrencileri ise ARTIMAT üzerinde problem çözme eğitimini gerçekleştirmiştir. Veri toplama araçları olarak öntest-sontest sınavları, öğretmen ve öğrenci mülakatları ile gözlemci notları kullanılmıştır. 
Çalışma sonucunda, ARTIMAT'ın öğrencilerin problem çözme yöntemlerini geliştirdiği, akademik başarılarını arttırdığı ve ölçme değerlendirme faaliyetlerini başarıyla gerçekleştirerek öğretmenlere önemli bir fayda sağladığı sonuçlarına ulaşılmıştır.



Anahtar Kelimeler: Problem Çözme, Uzman Sistemler, Uzaktan Eğitim, Graf Teorisi, Polya, Hareket Problemleri, Yapay Zeka

Abstract:
All over the world, mathematics programs in to bring up students as good problem solvers who have a developed way of mathematical thinking power. Therefore, problem solving skills take an important place among the ones in Mathematics. Since comprehension of mathematical information and establishing an association between this information takes place in problem solving process. Realization of this process effectively depends on improving problem solving skills of the students.  The studies in Turkey and in the world on mathematic teaching generally report that problem solving skills are not at the desired level and that there are difficulties in teaching of problem solving skills. Motion problems are important because they contain different types of oral problems and you can use different ways of solution and out of routine problems. Therefore, an artificial intelligence-based distance education environment for the solution of motion problems has been designed, implemented and evaluated in this study. Within the concept of this 30-months-study, first of all, difficulties of the students in the process of the problem solving have been determined, and artificial intelligence-based distance education environment has been designed for eliminating those difficulties in accordance with Polya's problem solving steps. The designed environment has been called as ARTIMAT (Artificial Intelligence and Math). ARTIMAT's algorithmic structure is designed by the use of graph theory. After the design, the necessary arrangements have been made in the accordance with the opinions of students and experts in pilot implementation.
In actual practice; problem solving education has been carried out with a quasi-experimental pattern in traditional classroom environment by control group students and on ARTIMAT by experimental group students. As data collection tools; pretest-posttest exams, student-teacher interviews and observer notes have been used. As a result of the thesis; it has been concluded that ARTIMAT developed problem solving methods of the students, increased their academic successes and provided a significant benefit to teachers by performing measurement and evaluation activities successfully.



Keywords: Problem Solving, Expert Systems, Distance Education, Graph Theory, Polya, Motion Problems, Artificial Intelligence