Çalışmanın amacı, sınıf öğretmenliği üçüncü sınıf adaylarının problem çözme becerileri ve matematiksel düşünme düzeylerini araştırmaktır. Çalışma, 2013-2014 eğitim öğretim yılının ilk döneminde, Samsun Ondokuz Mayıs Üniversitesinin sınıf öğretmenliği programının 3. sınıfında okuyan toplam 46 öğrenci ile gerçekleştirilmiştir. Çalışma, nicel araştırma yöntemlerinden durum çalışmasına yöneliktir. 13 hafta (26 saat) boyunca yürütülen çalışmada öğrencilere problem çözme becerilerini geliştirmek için Polya’nın (2004) dört adımdan oluşan problem çözme aşamaları anlatılmış, problem çözme stratejileri tanıtılmıştır. Araştırmada veri toplama aracı olarak Posamentier ve Krulik (1998) tarafından geliştirilen iki problem ve problem çözme dersinin matematiksel düşünmeye etkisi olup olmadığını belirlemek içinse Ersoy (2012) tarafından geliştirilen “Matematiksel Düşünme Ölçeği” kullanılmıştır. Araştırmanın verileri, iki araştırma probleminin ve matematiksel düşünme ölçeğinin uygulanmasıyla elde edilmiştir. Verilerin analizinde, uygulanan problemlerin çözümleri Polya (1945)’nın problem çözme adımları göz ününde bulundurularak incelenmiştir. Elde edilen bulgular, öğretmen adaylarının problem çözme becerilerinin geliştiği ve uygun stratejiyi seçebilme, uygulayabilme becerilerinde olumlu yönde artış olduğunu ortaya çıkarmıştır. Matematiksel düşünme ölçeğinin analizinde öğrencilerin problem çözme becerilerinin matematiksel düşünme üzerinde etkili olduğu sonucuna varılmıştır.