Ders 5: Yöntem ve Deney Tasarımı: Kontrol, Tekrar, Ölçüm

Bir prototip yapmak tek başına araştırma değildir; onu adil bir şekilde test etmek araştırmadır. Bu derste karşılaştırma grubu, tekrar sayısı ve ölçüm aracıyla, başka bir takımın da aynen uygulayabileceği yazılı bir test protokolü hazırlayacağız.

Bu Derste Öğrenecekleriniz

• Projenizin bilimsel yöntemi mi, mühendislik tasarım sürecini mi (ya da ikisini birden) izleyeceğine karar vermeyi,
• kontrol veya karşılaştırma grubu içeren adil bir test tasarlamayı,
• tekrar sayısını, ölçüm aracını ve hassasiyetini belirlemeyi,
• yazılım projelerinde doğruluk, hız ve kullanılabilirlik testlerini planlamayı,
• adım adım, tekrarlanabilir bir test protokolü yazmayı.

Adım Adım: Adil Bir Test Tasarlamak

1. Hangi süreci izleyeceksiniz?

Proje rehberi iki süreci karşılaştırır (Tablo 4):

Rehbere göre amacınız yeni bir ürün veya program geliştirmekse mühendislik tasarım sürecini izlemek mantıklıdır. Deney ve gözlem yapıyorsanız bilimsel yöntemi izlemelisiniz. Rehber, mühendislikle ilgili birçok projenin de bilimsel yöntemi kullanabileceğini ve kullanması gerektiğini söyler. Teknoloji projelerinin çoğu ikisini birleştirir: Ürünü mühendislik süreciyle geliştirir, ürünün etkisini bilimsel yöntemle test eder.

2. Karşılaştırma grubu kurun

Ölçütlerden biri, ürününüzün “güncel/standart prosedürlere göre çalışırlık düzeyi ve karşılaştırılması”dır. Yani jüri “Neye göre daha iyi?” diye sorar. Karşılaştırma grubunuz şunlardan biri olabilir:

• Mevcut yöntem: İnsanların bugün yaptığı şey (örneğin elle sulama, olağan havalandırma).
• Mevcut ürün: Ders 3’te bulduğunuz benzer ürün.
• Hiçbir şey yapmamak: Sistem yokken ne oluyor?
• Önceki sürüm: Prototipinizin 1. sürümü ile 2. sürümü.

3. Testi adil yapın

• Tek seferde tek şeyi değiştirin. Deney ve karşılaştırma grubunda yalnızca bağımsız değişken farklı olsun.
• Sırayı rastgele belirleyin. Hangi gün hangi koşulun uygulanacağını yazı-tura veya zarla seçin. Böylece “hep pazartesi denedik” gibi gizli etkileri azaltırsınız.
• Koşulları dönüşümlü uygulayın. Aynı sınıfı veya aynı cihazı iki koşulda da kullanmak, farklı yerleri karşılaştırmaktan daha adildir.
• Sabitleri yazın. Ders 4’teki kontrol değişkenlerinin listesini protokole ekleyin.

4. Yeterince tekrar yapın

Tek ölçüm kanıt değildir. Bir sonucun şans eseri olmadığını göstermek için ölçümü tekrarlamalısınız.

• Kurs önerisi: Basit fiziksel testlerde her koşulda en az 3–5 tekrar yapın.
• Günlük yaşamda yapılan testlerde (sınıf, ev, sera) daha çok tekrar gerekir; çünkü koşullar her gün değişir.
• Proje rehberi, canlılarla yapılan çalışmalarda denek sayısının literatürden veya istatistik desteğiyle belirlenmesini ister. Az örnekle yapılan çalışmaların güvenilirliği sorgulanır.

Tekrar sayısını önceden belirleyin ve yazın. “Sonuç iyi çıkana kadar denedik” yaklaşımı veri bütünlüğüne aykırıdır (Ders 8).

5. Ölçüm aracınızı tanıyın

Rehber, Yöntem bölümünde ölçüm cihazlarının ne olduğunun, ölçüm aralığının ve duyarlılığının yazılmasını ister. Rehberdeki örnek: “ölçüm aralığı 5–30 Volt olan bir voltmetre”. Her ölçüm aracı için şunları öğrenin:

Ucuz sensörlerde bu değerler her zaman güvenilir olmayabilir. Mümkünse sensörünüzü güvenilir bir referans cihazla yan yana çalıştırın ve farkı ölçün. Referans cihazı okulunuzdan, bir üniversite laboratuvarından veya bir bilim merkezinden ödünç bulabilirsiniz. Kimden yardım aldığınızı raporda belirtin.

6. Yazılım projelerinde test

Yazılım ve yapay zekâ projelerinde de ölçüm yapılır. Sık kullanılan ölçütler:

• Doğruluk: Doğru tahmin sayısı / toplam tahmin sayısı.
• Kesinlik ve duyarlılık (lise): Modelin “var” dediklerinin kaçı gerçekten var? Gerçekte olanların kaçını yakaladı? Bunları bir karışıklık matrisiyle gösterin.
• İşlem süresi: Bir işlem kaç milisaniye sürüyor?
• Kaynak kullanımı: Bellek, işlemci, pil tüketimi.
• Kullanılabilirlik: Görev esaslı test (kullanıcı bir görevi kaç saniyede, kaç hatayla tamamladı?) ve memnuniyet anketi.

Modeli test ederken eğitimde kullanmadığınız verilerle test edin. Aksi hâlde sonuç olduğundan iyi görünür. Kullanıcılarla test veya anket yapacaksanız Ders 6’daki izinler gerekir.

7. Test protokolünü yazın

Test protokolü, testi adım adım anlatan yazılı bir belgedir. Ölçütlerden biri sonuçların “tekrarlanabilirliği”dir. İyi bir protokolü okuyan başka bir takım, aynı testi sizin yardımınız olmadan yapabilmelidir. Protokolde şunlar olsun:

• Testin amacı ve hangi hipotezi test ettiği,
• düzeneğin çizimi ve malzeme listesi,
• gruplar, sabitler ve rastgele sıralama yöntemi,
• ölçülecek her şey, ölçüm aracı ve birimi,
• kimin, nerede, ne zaman, kaç kez ölçeceği,
• verinin nereye ve hangi biçimde kaydedileceği,
• bir şey ters giderse ne yapılacağı (örneğin elektrik kesilirse o ders geçersiz sayılır).

Protokol bitince proje fikri formundaki “Laboratuvar testi” ve “Saha testi” alanlarını (her biri en çok 40 kelime) protokolün özetiyle güncelleyin: ne ölçülecek, kaç deneme, başarı sınırı ne; saha testi nerede ve kimle yapılacak.

8. Raporun Yöntem bölümüne neler girecek?

Proje rehberine göre Yöntem bölümünde şunlar yer alır: çalışmanın metodu veya araştırma deseni; kişilerden veri topladıysanız çalışma grubu ve örneklem; veri toplama araçları; deney düzenekleri, malzemeler ve ölçüm cihazlarının özellikleri; araştırmanın nerede, kimler tarafından, ne kadar sürede, kaç kez ve hangi koşullarda yapıldığı; kullanılan analiz ve hesaplamalar. Protokolünüz bu bölümün ham hâlidir. Ders 9’da onu rapor diline çevireceğiz.

9. Güvenlik ve maliyet

• 220 V şebeke elektriğiyle doğrudan çalışmayın. Pil, USB veya hazır adaptör kullanın.
• Laboratuvar kullanacaksanız güvenlik kurallarını okuyun.
• Bir malzeme ve maliyet tablosu tutun. Düşük maliyet, “Yaratıcılık ve Etki” ile “yaygınlaştırılabilirlik” ölçütlerine katkı sağlar.

Örnek Projemiz: Nefes Asistanı’nın Test Planı

Hatırlatma: Bu bir öğretim örneğidir. Süreler ve tekrar sayıları örnek olarak seçilmiştir; kendi takviminize göre uyarlayın.

Projemiz iki süreci birleştiriyor: Cihazı mühendislik süreciyle geliştiriyoruz (sürüm 1 → 2 → 3), etkisini bilimsel yöntemle test ediyoruz. Üç test planladık:

Test 3’ün adil tasarımı: Cihaz her gün sınıfta çalışır ve ölçüm kaydeder. “Olağan” günlerde uyarı ışıkları ve buzzer, kutudaki koşul anahtarıyla kapatılır; yazılım yine ölçer, tahmin eder ve her kayda o günün koşulunu yazar; öğretmen ve öğrenciler her zamanki gibi davranır. “Asistanlı” günlerde uyarılar açıktır. Hangi günün hangi koşul olacağını her hafta başında yazı-turayla belirleriz. Böylece aynı sınıf, aynı cihaz ve aynı ders saatleri iki koşulda da kullanılır.

Ölçüm araçları:

Protokolün ilk adımları (özet):

1. Cihazı sınıfın orta duvarına, öğrencilerin baş hizasına yakın, pencere ve kapıdan uzak bir noktaya sabitleyin. Konumu fotoğraflayın ve ölçün.
2. Pencere sensörünü en çok kullanılan pencereye takın.
3. Her hafta başında yazı-turayla günlerin koşulunu belirleyip proje günlüğüne yazın. Her sabah ilk dersten önce koşul anahtarını o günün koşuluna getirin.
4. Her ders başında öğrenci sayısını ve dış sıcaklığı kaydedin.
5. Kapının ders boyunca kapalı kalmasını öğretmenden rica edin; açıldıysa not edin.
6. Ders sonunda ışığın mor yanıp sönmediğini kontrol edin (mor ışık, SD karta yazılamadığını gösterir). Gün sonunda önce USB adaptörü çekin, sonra SD kartı çıkarıp dosyayı okul bilgisayarına kopyalayın; son satırın saatinin doğru olduğuna bakın.
7. Elektrik kesintisi veya cihaz arızası olan dersleri “geçersiz” olarak işaretleyin, silmeyin.
8. Her gün sonunda veriyi iki ayrı yere yedekleyin.

Ortaokul (2204-B) takımları için: Test 3’ü 5 + 5 güne indirebilirsiniz. Rastgele sıra için zar atmak yeterlidir.

Takım Uygulaması (40 dk)

Test Protokolü kâğıdı

1. Düzenek çizimi (8 dk): Etiketli bir çizim yapın. Her parçanın adını yazın.
2. Gruplar tablosu (7 dk):

3. Ölçüm planı (10 dk):

4. Adım adım protokol (10 dk): En az 8 adım yazın.
5. Takas testi (5 dk): Protokolünüzü başka bir takıma verin. Onlar okuyup “Bu testi yapabilirim” derse onay alın. Anlamadıkları her adımı düzeltin.

Teslim kontrol listesi

• ☐ Karşılaştırma grubu var
• ☐ Her koşul için tekrar sayısı önceden belirlendi
• ☐ Ölçüm araçlarının aralığı ve duyarlılığı yazılı
• ☐ Protokol başka bir takımdan “anlaşılır” onayı aldı
• ☐ Malzeme listesi ve tahmini maliyet (TL) hazır

Kendini Dene

⚠️ Resmî kuralı kontrol edin: Değerlendirme ölçütlerindeki “Yöntem” ve “Sonuçlar ve Tartışma” maddeleri ile rehberin Yöntem bölümü açıklaması için: Ön Değerlendirme Formu · Bölge/Final Değerlendirme Formu · 2204-A Proje Rehberi · 2204-B Proje Rehberi.