Günümüz çağında öğrenme yaklaşımı, öğrencilerin sınıf ortamında edindikleri kavram, prosedür ve temel bilgileri yalnızca sınav veya benzeri yöntemlerle tekrar göstermeleri şeklinde algılanmamaktadır. Amerikan Ulusal Araştırma Konseyi (2012), 21. yüzyılın öğrenenleri için bilişsel, kişisel ve kişiler arası olmak üzere üç temel yeterlilik başlığı belirlemiştir. Öğrenciler, öğrendikleri bilgi, kavram ve süreçleri farklı bağlamlarda uygulayabilmeli ve bu bilgileri kendi amaçları doğrultusunda yeniden yapılandırabilmelidir. Bu doğrultuda, üst düzey düşünme becerileri kazandıran etkinlikler ile problem çözmeye dayalı yaklaşımlar benimsenmelidir.

Problem çözme, doğal, karmaşık ve anlamlı bir öğrenme/düşünme faaliyeti olarak tanımlanır. Problemlerin otantik olması, öğrencinin yaşantısıyla bağlantılı olması, derin öğrenmeyi teşvik eden öğeler içermesi ve içerdiği bilgi-becerilerin hiyerarşik düzende yapılandırılması gerekmektedir (Jonassen, 2007). Öğrencilerin gerçekçi ve bütüncül görevlere dahil edilmesinin onların uygun şema ve zihinsel modeller geliştirmelerine katkı sağladığı belirtilmektedir (Merrill, 2007). Problemler; yapısal özellikleri, karmaşıklığı, dinamikliği ve oluştuğu bağlam bakımından çeşitlilik gösterir. İyi oluşturulmuş içsel temsillerin, öğrenilen bilgi ve becerinin farklı durumlara transferini kolaylaştırdığı düşünülmektedir. Meslek yaşamlarında öğrenciler daha önce karşılaşmadıkları ve ileri düzeyde olan problemlere çözüm üretmek zorunda kalabilirler; bu da yaratıcı düşünmenin önemini artırmaktadır. Aynı zamanda öğrenciler, öğrenmeyi nasıl gerçekleştireceklerini ve kendilerine nasıl yön vereceklerini de bilmelidir. Ek olarak, iş birliğine dayalı çalışma ortamlarındaki iletişim ve iş birliği becerileri de kritik öneme sahiptir.

Bilgi teknolojilerindeki hızlı gelişmeler ve bunların topluma ve günlük yaşama etkisi, mesleklerdeki değişimler ve fen bilimleri ile matematik alanlarında teknoloji kullanımının artması, bireylerin bilişim teknolojileri okuryazarı olmasını gerektirmektedir. Ancak bilişim teknolojileri okuryazarlığı yalnızca araçları kullanmakla sınırlı değildir; bu araçların üretimini de kapsamaktadır. Wing (2006), bilgisayar biliminin temel kavramlarının herkes tarafından bilinmesi ve kullanılmasının gerekliliğini vurgulamıştır. Wing’e göre bilgi işlemsel düşünme, 21. yüzyılda tüm bireyler için temel bir beceridir. Cuny, Snider ve Wing (2010) bilgi işlemsel düşünmeyi, “Problemleri ve çözümleri bir bilgi işlem birimi tarafından etkili biçimde gerçekleştirilebilecek şekilde formülleştirme süreci” olarak tanımlamaktadır. Bilgi işlemsel düşünme; soyutlama, algoritmik düşünme, problemi bileşenlerine ayırma, çözümün verimliliğini analiz etme ve çözümü farklı bağlamlara genelleme olmak üzere beş temel bileşene sahiptir.

Bilgi işlemsel düşünme kavramını teorik çerçeveyle ilk olarak ortaya koyan ve programlamanın tüm öğrencilerce öğrenilmesini savunan kişi Seymour Papert’tır (Papert, 1991). Papert, Piaget’in yapılandırmacılık kuramından etkilenmiş olup, inşacılık (constructionism) yaklaşımını geliştirmiştir. Yapılandırmacılık pedagogik açıdan, öğrenciyi pasif bilgi alıcısı olmaktan çıkarıp aktif biçimde bilgi inşa eden konumuna taşır. Felsefi olarak ise dışsal objektif bilginin varlığını kabul etmemekte ve her öğrencinin kendi bilgisini yapılandırması gerektiğini öngörmektedir. Bu yaklaşımda öğretmen, bilgiyi doğrudan aktaran değil; buluş, keşif ve yeniden inşa süreçlerinde rehberlik eden ve destek sağlayan rolü üstlenir. Papert’ın inşacılık anlayışı, öğrenenin somut bir ürün üretme yoluyla soyut kavramsal bilgiye ulaşması gerektiğini savunur ve sosyal etkileşimle öğrenmenin pekişmesini destekler.

Bilgi işlemsel düşünmenin geliştirilmesi amacıyla çeşitli yaklaşımlar uygulanabilir. Bunlar arasında bilgisayarsız bilgisayar bilimi, görsel ve metin tabanlı programlama ile robotik programlama yer almaktadır. Bu ders kapsamında robotik programlama üzerinden bilgi işlemsel düşünme becerilerinin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Programlama, başlı başına karmaşık bir disiplin olup çeşitli zihinsel zorluklar barındırmaktadır (Çetin, 2013). Bu nedenle, programlama öğretiminde pedagojik yaklaşımlar dikkatle belirlenmelidir. Ders tasarımında, 21. yüzyıl yeterlilikleri ve ilgili alan yazını temel alınacaktır. Alan yazında iki ana eğilim göze çarpmaktadır: Birincisi, öğrenci merkezli, keşfetmeye dayalı yaklaşım; ikincisi ise öğretmen odaklı, açıklayıcı modeldir. Keşfe dayalı yaklaşımda öğrenciler, belirli bilgi işlemsel problemleri çözmede başarılı olsalar dahi, temel algoritmik kavramların farklı bağlamlara aktarılmasında güçlük yaşayabilmektedirler (Mayer, 2004). Buna karşın bilgi aktarımına dayalı yaklaşımlar ise günümüz öğrenenlerinin ihtiyaçlarını tam olarak karşılayamamaktadır (Papert, 1991). Literatürde önerildiği üzere (Brown & Campione, 1994; Grover, Pea & Cooper, 2015; Mayer, 2004), bu derste temel kavramların transferine öncelik verilmekle birlikte, öğrencilerin ileri seviye zihinsel faaliyetlerde bulunabilmeleri ve bilgiyi farklı bağlamlara aktarabilmeleri amacıyla keşfe dayalı yöntemler de kullanılacaktır. Bu hedef doğrultusunda, aşağıda ayrıntıları sunulan “gözle, uygula, tasarla, üret ve değerlendir” öğrenme döngüsü temel alınmıştır.