TÜRKİYE’DE KUANTUM PROGRAMLAMA ÖĞRETİMİ İÇİN LİSE ÖĞRENCİLERİNE YÖNELİK PROGRAM GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

Molekül, atom, atom altı parçacıklar ve foton davranışlarını inceleyen bilim dalı kuantum fiziğidir ve bu alan içerisindeki sayılan bu alt başlıkların bilgi iletişiminde kullanılabilmesi için kuantum bilgisayarlar kullanılmaktadır. Bu bilgisayarlarda, bilgi iletişimini gerçekleştirebilmek adına kuantum programlama dilleri ve bunlara ait arayüzler geliştirilmiştir. Kuantum programlama, klasik programlamaya göre üstün özellikleri olan ve uygulamaları çok geniş alanlara hitap edebilen bir yazılım geliştirme sistemidir. Türkiye’de bilgisayar programlama ile ilgili dillerin kullanımı ve yaygınlaştırılması düşüncesi Milli Eğitim Bakanlığı’na ait müfredatlarda ilköğretim 5. sınıftan itibaren yer almaktadır. Özellikle blok tabanlı programlama temel eğitimin tüm kademelerinde uygulanmaktadır. Ortaöğretim kademesinde ise mesleki ve teknik anadolu liselerinde bilişim teknolojileri alanı yer almakta ve bu alanda 9. sınıftan itibaren öğrencilere Python, C# gibi çeşitli programlama dilleri öğretilmektedir. Mesleki eğitim veren liseler haricindeki diğer tüm ortaöğretim kurumlarında ise bilgisayar bilimleri dersi adı altında öğrencilere programlama dilleri öğretilmekte ve böylece öğrenciler yazılım geliştirme alanında desteklenmektedir. Günümüzde teknolojinin hızla gelişmesi ve ikinci kuantum devrimi ile birlikte kuantum programlamanın hayatımıza girmesi, yazılım geliştirme alanına yeni bir boyut kazandırmıştır. Bu bağlamda, öğrencilerin erken yaşlarda kuantum programlama alanında etkin bir şekilde yer almalarının önemli olduğu öngörülmektedir. Bu çalışmanın amacı, yeni teknolojik gelişmeleri takip edebilen ve bu alanda yetkinlik kazanabilen topluluklar oluşturabilmek adına liseöğrencileri için kuantum programlama dersi tasarımı geliştirmektir. Bu ders tasarımında, etkili öğretim stratejilerini belirlemek için ADDIE öğretim tasarımı modeli kullanılmıştır. Söz konusu çalışmanın, Türkçe akademik alanyazına önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• ADDIE Öğretim Tasarım Modeli
• Kuantum Programlama
• Lise Müfredatı
• Program Geliştirme
• Yazılım Teknolojileri

DEVELOPING A PROGRAMFOR TEACHING QUANTUM PROGRAMMING TO HIGH SCHOOL STUDENTS IN TURKEY

Abstract

Quantum physics is the branch of science that studies the behaviorof molecules, atoms, subatomic particles and photons, and quantum computers are used to use these subheadings in information communication. In these computers, quantum programming languages and their interfaces have been developed to communicate information. Quantum programming is a software development system that has superior features compared to classical programming and its applications can address very wide areas. In Turkey, the use and dissemination of computer programming languages is included in the curricula of the Ministry of National Education from the 5th grade of primary education. Especially block-based programming is especially applied at all levels of basic education. At the secondary education level, vocational and technical Anatolian Anatolian high schools have an information technology field, where students are taught various programming languages such as Python and C# starting from the 9th grade. In all other secondary education institutions except vocational high schools, students are taught programming languages under the name of computer science courses and thus students are supported in the field of software development. Quantum programming, which entered our lives with the development of today's technology and the second quantum revolution, brings a completely different dimension to the field of software development. At this point, it is predicted that students should be involved in quantum programming at an early age. The aim of this study is to develop a course design for teaching quantum programming to high school students in order to create competent societies that follow new technological developments. ADDIE instructional design model was used in this course design and it is thought that this study will contribute to Turkish literature.

Keywords

• ADDIE Instructional Design Model
• High School Curriculum
• Program Development
• Quantum Programming
• Software Technologies

References

1. Aithal, P. S. (2023). Advances and New research opportunities in quantum computing technology by ıntegrating it with other ıcct underlying technologies. International Journal of Case Studies in Business, IT, and Education, 314.
2. Angara, P. P., Stege, U., & MacLean, A. (2020). Quantum computing for high-school students an experience report. Proceedings -IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering, QCE 2020, 323-329. https://doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00047
3. Angara, P. P., Stege, U., MacLean, A., Muller, H. A., & Markham, T. (2022). Teaching quantum computing to high-school-aged youth: a hands-on approach. IEEE Transactions on Quantum Engineering, 3. https://doi.org/10.1109/TQE.2021.3127503
4. Bates, T. (2014). Is the ADDIE model appropriate for teaching in a digital age? Online Learning and Distance Education Resources.
5. Bondani, M., Chiofalo, M. L., Ercolessi, E., Macchiavello, C., Malgieri, M., Michelini, M., Zuccarini, G. (2022). Introducing quantum technologies at secondary school level: challenges and potential ımpact of an online extracurricular course. Physics, 4(4), 1150-1167. https://doi.org/10.3390/PHYSICS4040075
6. Branch, R. M. (2010). Instructional design: The ADDIE approach. Springer.
7. Chiofalo, M. L., Foti, C., Michelini, M., Santi, L., & Stefanel, A. (2022). Games for teaching/learning quantum mechanics: a pilot study with high-school students. Education Sciences, 12(7), 446. https://doi.org/10.3390/EDUCSCI12070446
8. Chong, F.T., Franklin, D., & Martonosi, M. (2017). Programming languages and compiler design for realistic quantum hardware. Nature, 549, 180-187. https://doi.org/10.1038/nature23459

9. Clarke, J., & Wilhelm, F.K. (2008). Superconducting quantum bits. Nature, 453, 1031-1042. https://doi.org/10.1038/nature07128
10. Çepni, S. (2007). Araştırma ve proje çalışmalarına giriş (Genişletilmiş ikinci baskı). Üçyol Kültür Merkezi.
11. Didiş, N., Özcan, Ö., & Abak, M. (2008). Öğrencilerin bakış açısıyla kuantum fiziği: nitel çalışma quantum physıcs from students’ perspectıve: a qualıtatıve study. Journal of Education), 34, 86-94.
12. Galindo, A., & Martín-Delgado, M.A. (2002). Information and computation: classical and quantum aspects”. Reviews of Modern Physics, 74(2), 347. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.347
13. Göç, B. (2018). Özellikleri ve prensipleriyle: eğitim 4.0 nedir? https://www.mentalup.net/blog/egitim-4-0-nedir-ozellikleri-prensipleri
14. Göksu, İ., Özcan, K., Çakır, R., & Göktaş, Y. (2014). Türkiye’de öğretim tasarımı modelleriyle ilgili yapılmış çalışmalar. Ilkogretim Online, 13(2), 694.
15. Hancock, R.D. & Algozzine, B. (2006). Doing case study research. Teachers College Press.
16. Hongqin Li, by, & Cryan, J. (2003). An ınvestigation of a new ınstructional design procedure for web-based ınstruction (WBI). Delphi.
17. Ivory, M., Bettale, A., Boren, R., Burch, A. D., Douglass, J., Hackett, L., Sarovar, M. (2023). Quantum computing, math, and physics (qcamp): Introducing quantum computing in high schools. 2023 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), 1-9. https://doi.org/10.1109/QCE57702.2023.20318
18. Khodabandelou, R., & Samah, S. A. A. (2012). Instructional design models for online ınstruction: from the perspective of ıranian higher education. Procedia -Social and Behavioral Sciences, 67, 545-552. https://doi.org/10.1016/J.SBSPRO.2012.11.359
19. Liu, J., & Franklin, D. (2023). Introduction to quantum computing for everyone: experience report. SIGCSE 2023 -Proceedings of the 54th ACM Technical Symposium on Computer Science Education, 1, 1157-1163. https://doi.org/10.1145/3545945.3569836
20. MEB. (2018). Bilişim teknolojileri ve yazılım dersi öğretim programı (İlkokul 1, 2, 3 ve 4. Sınıflar). MEB Yayınları.
21. MEB. (2023). Ortaöğretim bilişim teknolojileri ve yazılım dersi öğretim programı. MEB Yayınları.
22. Royal, C. (2007). Exploring the use of ınstructional design models for web-based ınstruction in higher education: a modified delphi study. Proquest Information and Learning Company.
23. Satanassi, S. (2023). Investigating the learning potential of the secondquantum revolution: development of an approach for secondary school students. https://amsdottorato.unibo.it/10716/
24. Senemoğlu, N. (2005). Gelişim, öğrenme ve öğretim: kuramdan uygulamaya. Gazi Kitabevi.
25. Travkin, V. S., & N. N. Bolotina (2013). The classical and sub-atomic physics are the same physics. Hierarchical Scaled Physics and Technologies (HSPT), 1-14.
26. Ünlü Yavaş, P., & Şahin Kızılcık, H. (2018). Investigating the Causes of Students’ Having Difficulties in the Introductory Quantum Physics Topics. Gazi Education Faculty Journal, 38(1), 35-73.
27. https://www.acarindex.com/gazi-universitesi-gazi-egitim-fakultesi-dergisi/investigating-students-causes-of-difficulties-in-the-introductory-quantum-physics-topics-1243794
28. Walsh, J. A., Fenech, M., Tucker, D. L., Riegle-Crumb, C., & La Cour, B. R. (2021). Piloting a full-year, optics-based high school course on quantum computing. Physics Education, 57(2), 025010. https://doi.org/10.1088/1361-6552/AC3DC2
29. Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2013). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.