Bringing Computational Thinking to STEM Education

AbstractToday, as advanced technologies and cloud computing tools emerge, it is imperative that such innovations are sustained with knowledge and skill set among STEM educators and practitioners. In this paper, the author reports on a project, HBCU-UP II, that works on bringing Computational Thinking to Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) disciplines. A Computational-Thinking based strategy is adopted to enforce thinking computationally in STEM gate-keeping courses. The paper presents framework, implementation and outcomes. This on-going project contributes to efforts to establish computational thinking as a universally applicable attitude that is meshed within STEM conversations, education, and curricula. This paper will be particularly useful for researchers interested in Computational Thinking and its applications in STEM education, in particular and higher education in genera

Linking communities of practice with learning communities in computer science education

MoKEx (Mobile Knowledge Experience) is an international project in cooperation with universities and industrial partners. The project focuses on didactical, organizational and technical problems with regard to blended learning and knowledge management scenarios. In a project-based learning approach students of two different universities are being prepared for their future work. They are working on real-world problems in an interdisciplinary team and are collaborating within a geographically and temporally separated team. Therefore means for communication and collaboration over the Internet must be provided. From the didactical perspective the aspects of autodidactic education and team learning are playing an important role, while teachers are acting primarily as coaches. In the meantime the results of the first execution of the project have been enhanced and put into operation by the companies and a second execution has been started.Education for the 21 st century - impact of ICT and Digital Resources ConferenceRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Linking communities of practice with learning communities in computer science education

MoKEx (Mobile Knowledge Experience) is an international project in cooperation with universities and industrial partners. The project focuses on didactical, organizational and technical problems with regard to blended learning and knowledge management scenarios. In a project-based learning approach students of two different universities are being prepared for their future work. They are working on real-world problems in an interdisciplinary team and are collaborating within a geographically and temporally separated team. Therefore means for communication and collaboration over the Internet must be provided. From the didactical perspective the aspects of autodidactic education and team learning are playing an important role, while teachers are acting primarily as coaches. In the meantime the results of the first execution of the project have been enhanced and put into operation by the companies and a second execution has been started.Education for the 21 st century - impact of ICT and Digital Resources ConferenceRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Senior Computer Science Students’ Task and Revised Task Interpretation While Engaged in Programming Endeavor

Developing a computer program is not an easy task. Studies reported that a large number of computer science students decided to change their major due to the extreme challenge in learning programming. Fortunately, studies also reported that learning various self-regulation strategies may help students to continue studying computer science. This study is interested in assessing students’ self-regulation, in specific their task understanding and its revision during programming endeavors. Task understanding is specifically selected because it affects the entire programming endeavor. In this qualitative case study, two female and two male senior computer science students were voluntarily recruited as research participants. They were asked to think aloud while answering five programming problems. Before solving the problem, they had to explain their understanding of the task and after that answer some questions related to their problem-solving process. The participants’ problem-solving process were video and audio-recorded, transcribed, and analyzed. This study found that the participants’ were capable of tailoring their problem-solving approach to the task types, including when understanding the tasks. Given enough time, the participants can understand the problem correctly. When the task is complicated, the participants will gradually update their understanding during the problem-solving endeavor. Some situations may have prevented the participants from understanding the task correctly, including overconfidence, being overwhelmed, utilizing an inappropriate presentation technique, or drawing knowledge from irrelevant experience. Last, the participants tended to be inexperienced in managing unfavorable outcomes

Ajan vuorovedet vaihtuvat : tieteenalan kehittäminen käsitteen-, mallin- ja teorianmuodostuksen avulla

Tutkimukseni alkoi jo syksyllä 2001 Lapin yliopiston IT-maisteriohjelmien suunnitteluun ja toteutukseen liittyvänä tutkimuksena. Vuoden 2004 alussa tapahtui tutkimussuunnitelman radikaali laajeneminen. Pohdittavaksi tuli IT:n asema ja identiteetti tieteenä; esitin keskeisen tutkimuskysymyksen muodossa ”Onko IT tiede? Jos on, millainen tiede IT on tai voisi olla?”. Tällainen tutkimusasetelma johtaa 1) olemassa olevan tieteenalan rekonstruointiin tai 2) kokonaan uuden tieteenalan määrittelyyn. Kumpikin tapaus vaatii tieteenteoreettista, ei-empiiristä tutkimusta, jonka metodiikka on käsitteen-, mallin- ja teorianmuodostus. Koska tällaisessa tutkimuksessa esiintyy käsitteitä ja teorioita ”jatkuvana virtana”, tutkijan on jaettava tutkimuskokonaisuutta vaiheisiin ja nimettävä nämä aiheet. Tutkimukseni sisältää seuraavassa luettelossa mainitut analyysit: 1) tieteen ja tieteellisyyden määrittely ja analyysi; 2) tutkittavan tieteenalan, sen lähitieteiden ja yhteistyötieteiden analyysit; 3) tieteenteoreettinen, tieteenfilosofinen analyysi; 4) tieteellisen tutkimuksen analysointi ja 5) tutkimuksen oikeutus. Työni sivumäärä alkoi ylittää sietokykyrajoja; vuonna 2010 arvioin työnilopulliseksi laajuudeksi 550–600 sivua. Jaoin työni noin karkeasti ottaenkahtia; 1. osasta muotoutui varsinainen väitöskirjatyö. Väitöskirjatyön ulkopuolelle jäivät sellaiset suuret ja tärkeät kokonaisuudet kuin 1) organisaatiot ja organisaatioteoriat (tutkittavan tieteenalan tuleva yhteistyötiede), 2) informaatiohallinta ja 3) tutkimuskäytännöt ja erilaisten tiedemallien analysointi. Nämä edellä mainitut kokonaisuudet tulkintani mukaan ovat löydettävissä luvuista 6 ja 7; 1) Burrellin ja Morganin yhteiskuntatieteiden metateoreettinen ja tieteenfilosofinen analyysi luon perustan organisaatioille ja organisaatioteorioiden syväanalyyseille, 2) epistemologian ja tiedekäsitysten analyysit antavat perustan informaatiohallinnalle ja 3) tutkimuksen luonne ja tutkimusympäristö. Tutkimuksen kontribuutiot muodostuvat 1) perinteisten analyysi-synteesivaiheidenkautta ja 2) eri työvaiheissa tapahtuneiden oivallusten kautta; nämä oivallukset saattavat realisoitua esimerkiksi uudeksi tieteentyypitykseksi tai rakenteelliseksi ratkaisuksi. Tärkeimmät tutkimustulokset ja tutkimuksen kontribuutiot ovat seuraavia: • Luvun 5 lopussa tehdään kohteena olevalle IT:lle erityistiedetasonanalyysi ja synteesi. (Tekstissä esitettään sekä menettely että tulokset.) • Luvun 6 tieteenfilosofiset ja tieteenteoreettiset analyysit antavat tutkijalle oikeutuksen puhua yhtenäistämistieteestä ja nimetä tiede uudelleen (MID = multi-dimensional information-base discipline).Lisäksi siellä kuvataan oivalluksen kautta syntyneitä rakenteellisia ratkaisuja, joissa tutkivan tieteen ja reaalisen maailman väliin sijoittuva elementti toimii ontologisten ja epistemologisten asioiden välittäjänä.Tämä elementti voi olla tieteenfilosofinen suuntaus tai tiedekäsitys. • Luvussa 7 kuvataan perinteinen tutkimusongelma-tutkimustuloskombinaatio sekä uuden yhtenäistämistieteen MID:n muotoutuminen ja rakenne. Yhtenäistämistieteellä on tieteenfilosofisia ja tieteenteoreettisia elementtejä muiden tieteiden käyttöön, nämä elementit mahdollistavat tieteidenrakenteen ja potentiaalien sekä tieteiden välisen kommunikaation ja toiminnan yhtenäistämistä. Viitekehys on tärkeä elementti, sillä sen avulla kootaan, jäsennetään ja hallitaan väitöskirjan tuottamaa kontribuutiota ja teoreettista tietämystä. Tavallisissa kehyksissä esitetään tutkimuksen lukuihin kirjoitettu, kontekstissaan sijaitseva teoreettinen kontribuutio; se on esimerkiksi käsitteen tai käsitejärjestelmän määrittely. Kehysluettelo pystyy informoimaan lukijaa suoraan tutkimuksen sisällöstäkin

Ação, Computação, Representação: Uma Investigação Psicogenética sobre o Desenvolvimento do Pensamento Computacional

A tese partiu de uma triangulação entre a Teoria das Representações Sociais na abordagem estrutural, a Psicologia Sócio-Histórica e a Perspectiva funcional da Epistemologia Genética, visando elaborar uma proposta pedagógica construcionista para o desenvolvimento do Pensamento Computacional ou Computational Thinking (CT) entre os estudantes de Design do ensino superior

Von Datenmanagement zu Data Literacy: Informatikdidaktische Aufarbeitung des Gegenstandsbereichs Daten für den allgemeinbildenden Schulunterricht

Die Thematisierung von Daten in der Informatik befindet sich seit über einem Jahrzehnt in einem Wandel, der nicht nur technische Neuerungen nach sich zieht, sondern auch eine umfassende Neubetrachtung der Erfassung, Speicherung und Nutzung von Daten verursachte und zur Bildung eines neuen umfassenden Fachgebiets Datenmanagement führte. Die Ausmaße dieser Entwicklung zeigen sich an der zunehmenden Verarbeitung komplexer Daten (Big Data), neuen Möglichkeiten zur Datenverarbeitung und -analyse (z. B. Datenstromsysteme, Data Mining) und nicht zuletzt an der Entstehung einer eigenen Data Science. Neben fachlichen Veränderungen unterliegt aber auch die gesellschaftliche Bedeutung von Daten einem Wandel: Daten stellen nicht mehr nur ein wichtiges und innovatives Thema der Informatik, sondern das zentrale Fundament der digitalen Gesellschaft dar. Auch der Informatikunterricht konzentriert sich seit Jahren eher auf tradierte Aspekte des Fachgebiets, wie Datenbanken und Datenmodellierung, während neuere Themen allenfalls als Unterrichtskontext aufgegriffen werden. Um eine aqäquate Grundlage für den Unterricht zu diesen Themen zu schaffen, die langlebigen Aspekte der fachlichen Entwicklungen zu identifizieren und somit einen zukunftssicheren Informatikunterricht zu ermöglichen, ist eine umfassende informatikdidaktische Aufarbeitung essenziell. Somit eröffnet sich durch diese Veränderungen deutliches Potenzial, nicht nur für die Informatikdidaktik, sondern auch für die Unterrichtspraxis. In dieser Arbeit wird daher der Gegenstandsbereich Daten und insbesondere das Fachgebiet Datenmanagement aus informatikdidaktischer Sicht umfassend aufgearbeitet, mit dem Ziel ein Fundament für die weitere Forschung und die Unterrichtspraxis zu schaffen. Dazu wird das Modell der Didaktischen Rekonstruktion als Forschungsrahmen eingesetzt und das Fachgebiet aus den Perspektiven Fach, Lehrer, Schüler und Gesellschaft untersucht. Als eines der zentralen Ergebnisse wird, basierend auf einem empirisch geprägten Ansatz, ein Modell der Schlüsselkonzepte des Datenmanagements entwickelt. Um den Bogen zu allgemeinbildenden Datenkompetenzen im Sinne einer Data Literacy zu spannen, entsteht außerdem ein Data-Literacy-Kompetenzmodell, das auf Grundlagen des Datenmanagements und der Data Science fundiert wird. Um die praktische Relevanz der Ergebnisse der Arbeit zu unterstreichen, wird auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse die Umsetzung von Datenmanagement im Informatikunterricht skizziert. Dazu werden zwei Unterrichtswerkzeuge sowie eine Unterrichtssequenz entwickelt und erprobt. Diese Arbeit schafft somit nicht nur eine Orientierung und Basis für die weitere Forschung im Kontext Daten, sondern sorgt durch die fachliche Klärung des Fachgebiets Datenmanagement auch dafür, dass dessen Kernaspekte greifbarer und klarer erkennbar werden. Sie zeigt exemplarisch, dass auch moderne und komplex erscheinende Themen des Datenmanagements unter Berücksichtigung der zugrundeliegenden Konzepte für den Unterricht geeignet aufbereitet werden können und betont die Relevanz dieser Themen, die in einer digitalen Gesellschaft und im Sinne der Schaffung einer Data Literacy zukünftig einen größeren Stellenwert im Informatikunterricht erlangen müssen