Exercício do pensamento computacional no ensino superior em computação : investigação de uma abordagem baseada em desafios

Orientador: Dr. Roberto PereiraTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa : Curitiba, 11/04/2023Inclui referências: p. 73-86Área de concentração: Ciência da ComputaçãoResumo: Diretrizes curriculares da graduação em Computação recomendam que estudantes desenvolvam o Pensamento Computacional, mas não especificam quando e como essas habilidades devem ser desenvolvidas. A literatura na área também reconhece a importância e relevância do Pensamento Computacional, entretanto, ainda existem poucas evidências em torno de como apoiar o exercício dessas habilidades no ensino superior em Computação. Diante do exposto, esta pesquisa teve como objetivo investigar uma abordagem para apoiar o exercício do Pensamento Computacional no ensino superior em Computação. A abordagem Pense Computacionalmente foi criada com o propósito de apoiar professores e pesquisadores durante a concepção e condução de práticas educacionais que promovam o Pensamento Computacional por meio do processo de solução dos desafios que considera os quatro pilares do Pensamento Computacional. A abordagem tem como premissa que o Pensamento Computacional deve ser explicitamente exercitado no primeiro semestre da graduação de forma significativa, colaborativa, contextualizada, desplugada e baseada em desafios. Desenvolvemos a abordagem para ser utilizada ou adaptada para diferentes contextos educacionais, sendo composta por: um conjunto de orientações sobre como preparar e conduzir o exercício do Pensamento Computacional; um conjunto de sete práticas (desafios) para serem utilizadas ou inspirar a criação de novas; um método para guiar a condução da prática e instruir estudantes a proporem uma solução; e um artefato para apoiar a análise das soluções para coletar evidências do exercício do Pensamento Computacional. Para experimentarmos a abordagem e investigar as potencialidades e fragilidades, realizamos seis estudos de caso. Os estudos de caso foram conduzidos em ofertas diferentes da disciplina de Introdução à Ciência da Computação, dos cursos de Bacharelado em Ciência da Computação e Informática Biomédica da UFPR. Os resultados revelam que os desafios foram bem avaliados tanto pelos docentes quanto discentes, e foram muito bons em provocar o raciocínio e promover o interesse. Além disso, os resultados demonstram que estudantes exercitaram o Pensamento Computacional e desenvolveram a percepção do exercício dessas habilidades. Desse modo, atingimos o objetivo específico de investigar uma abordagem para apoiar o exercício do Pensamento Computacional no ensino superior em Computação. Como resultados desta pesquisa também podemos citar: contribuições conceituais: definição do Pensamento Computacional e suas habilidades no contexto do ensino superior em Computação; relação dos passos realizados durante a resolução de um desafio com as habilidades do Pensamento Computacional; e definição de como coletar evidências do exercício do Pensamento Computacional; contribuição metodológica: como conduzir atividades que foquem no exercício do Pensamento Computacional no ensino superior em Computação; e contribuição técnica: abordagem formatada em material didático.Abstract: The curriculum guidelines for Computing undergraduate courses point out that computational thinking should be a skill exercised by all students in those courses. However, they do not reveal when and how these skills should be developed. The literature in the area also recognizes the importance and relevance of Computational Thinking. There is still little evidence around how to support the exercise of these skills in higher education in Computing. Given the above, this research aimed to investigate an approach to support the exercise of Computational Thinking in higher education in Computing. The Pense Computacionalmente approach was created to support teachers and researchers during the design and conduct of educational practices that promote the exercise of computational thinking through the process of solving challenges considering the four pillars of computational thinking. The approach is based on the premise that Computational Thinking should be explicitly exercised in the first semester of undergraduate courses in a meaningful, collaborative, contextualized, unplugged, and challenge-based way. We developed the approach to be used or adapted for different educational contexts, comprising: a set of guidelines on how to prepare and conduct the exercise of Computational Thinking; a set of seven practices (challenges) to be used or to inspire the creation of new ones; a method to guide the conduct of the practice and instruct the students to propose a solution; and an artifact to support the analysis of solutions to collect evidence from the exercise of Computational Thinking. In order to try out the approach and investigate its strengths and weaknesses, we carried out six case studies. The case studies were conducted in different offerings of the subject Introduction to Computer Science, of the Bachelor's Degree in Computer Science and Biomedical Informatics at UFPR. The studies' results reveal that the challenges were well evaluated by both teachers and students, and were very good at provoking reasoning and promoting students' interest. In addition, the results demonstrate that students exercised Computational Thinking and developed the perception of exercising these skills. In this way, we achieved the specific objective of investigating an approach to support the exercise of Computational Thinking in higher education in Computing. As results of this research, we can also mention: conceptual contributions: the definition of Computational Thinking and its abilities in the context of higher education in Computing; the relationship of the steps taken during the challenge resolution with Computational Thinking skills; and the characterization of how to collect evidence of the exercise of the Computational Thinking; methodological contribution: how to conduct activities that focus on the exercise of Computational Thinking in higher education in Computing; and technical contribution: approach formatted in didactic material

Computational science for undergraduate biologists via QUT.Bio.Excel

Molecular biology is a scientific discipline which has changed fundamentally in character over the past decade to rely on large scale datasets – public and locally generated - and their computational analysis and annotation. Undergraduate education of biologists must increasingly couple this domain context with a data-driven computational scientific method. Yet modern programming and scripting languages and rich computational environments such as R and MATLAB present significant barriers to those with limited exposure to computer science, and may require substantial tutorial assistance over an extended period if progress is to be made. In this paper we report our experience of undergraduate bioinformatics education using the familiar, ubiquitous spreadsheet environment of Microsoft Excel. We describe a configurable extension called QUT.Bio.Excel, a custom ribbon, supporting a rich set of data sources, external tools and interactive processing within the spreadsheet, and a range of problems to demonstrate its utility and success in addressing the needs of students over their studies