Computational thinking and online learning: A systematic literature review

This paper introduces research concerned with investigating how Computational Thinking and online learning can be successfully married to help empower secondary teachers to teach this subject. To aid this research, a systematic literature review was undertaken to investigate what is currently known in the academic literature on where Computational Thinking and online learning intersect. This paper presents the findings of this systematic literature review. It outlines the methodology used and presents the current data available in the literature on how Computational Thinking is taught online. Using a systematic process eight hundred articles were initially identified and then subsequently narrowed down to forty papers. These papers were analysed to answer the following two questions: 1. What are the current pedagogical approaches to teaching Computational Thinking online? 2. What were the categories of online learning observed in the teaching of Computational Thinking? Our findings show that a wide range of pedagogical approaches are used to teach Computational Thinking online, with the constructivist theory of learning being the most popular. The tools used to teach Computational Thinking were also varied, video game design, playing video games, competitions, and unplugged activities, to name a few. A significant finding was the dependency between the tool used and the definition of the term Computational Thinking. Computational Thinking lacks consensus on a definition, and thus the definition stated in the literature changed depending on the tool. By considering a significant body of research up to the present, our findings contribute to teachers, researchers and policy makers understanding of how computational thinking may be taught online at second level

A Review of Tools and Techniques for Data-Enabled Formative Assessment

The purpose of this literature review is to understand the current state of research on tools that collect data for the purpose of formative assessment. We were interested in identifying the types of data collected by these tools, how these data were processed, and how the processed data were presented to the instructor or student for the purpose of formative assessment. We identified two categories of data: machine graded and activity stream data. The data were processed using three methods: unprocessed activity streams, descriptive data analysis, and data mining. Processed data were presented to students through reports and real-time feedback, and to instructors through reports and visual dashboards

Clickstream for learning analytics to assess students’ behavior with Scratch

The construction of knowledge through computational practice requires to teachers a substantial amount of time and effort to evaluate programming skills, to understand and to glimpse the evolution of the students and finally to state a quantitative judgment in learning assessment. The field of learning analytics has been a common practice in research since last years due to their great possibilities in terms of learning improvement. Both, Big and Small data techniques support the analysis cycle of learning analytics and risk of students’ failure prediction. Such possibilities can be a strong positive contribution to the field of computational practice such as programming. Our main objective was to help teachers in their assessments through to make those possibilities effective. Thus, we have developed a functional solution to categorize and understand students’ behavior in programming activities based in Scratch. Through collection and analysis of data generated by students’ clicks in Scratch, we proceed to execute both exploratory and predictive analytics to detect patterns in students’ behavior when developing solutions for assignments. We concluded that resultant taxonomy could help teachers to better support their students by giving real-time quality feedback and act before students deliver incorrectly or at least incomplete tasks.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Teaching Computational Thinking

Computational thinking is a fundamental skill for everyone, not just computer scientists. Computational thinking is the thought processes involved in formulating problems and their solutions so that the solutions are represented in a form that can be effectively carried out by an information processing agent. Teaching Computational Thinking introduces the fundamental principles of communicating computing to learners across all levels. The book delves into the philosophical and psychological foundations of computer science as a school subject as well as specific teaching methods, curriculum, tools, and research approaches in computing education. This book is intended as a guide and teaching companion for pre-service and in-service computer science teachers

Computational Thinking in Education: Where does it fit? A systematic literary review

Computational Thinking (CT) has been described as an essential skill which everyone should learn and can therefore include in their skill set. Seymour Papert is credited as concretising Computational Thinking in 1980 but since Wing popularised the term in 2006 and brought it to the international community's attention, more and more research has been conducted on CT in education. The aim of this systematic literary review is to give educators and education researchers an overview of what work has been carried out in the domain, as well as potential gaps and opportunities that still exist. Overall it was found in this review that, although there is a lot of work currently being done around the world in many different educational contexts, the work relating to CT is still in its infancy. Along with the need to create an agreed-upon definition of CT lots of countries are still in the process of, or have not yet started, introducing CT into curriculums in all levels of education. It was also found that Computer Science/Computing, which could be the most obvious place to teach CT, has yet to become a mainstream subject in some countries, although this is improving. Of encouragement to educators is the wealth of tools and resources being developed to help teach CT as well as more and more work relating to curriculum development. For those teachers looking to incorporate CT into their schools or classes then there are bountiful options which include programming, hands-on exercises and more. The need for more detailed lesson plans and curriculum structure however, is something that could be of benefit to teachers

Υπολογιστική σκέψη και δραστηριότητες Bebras σε συνεργατικό πλαίσιο

Ο χαρακτηρισμός της Υπολογιστικής σκέψης ως βασικής δεξιότητας του 21ου αιώνα και η σταδιακή της ενσωμάτωση στην υποχρεωτική εκπαίδευση προκαλεί έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον. Βασικός στόχος της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση του βαθμού και του τρόπου προώθησης δεξιοτήτων Υπολογιστικής Σκέψης μέσω της ομαδικής επίλυσης θεμάτων του Διαγωνισμού Πληροφορικής Bebras. Με γνώμονα την σύγκριση δύο διαφορετικών τρόπων σύνθεσης των ομάδων, την ομοιογένεια και ετερογένεια ως προς το γνωστικό επίπεδο των μαθητών στις δεξιότητες ΥΣ, διερευνάται ποιο είδος ομαδοποίησης μπορεί να αποδώσει καλύτερα γνωστικά αποτελέσματα. Προς αυτήν την κατεύθυνση υλοποιήθηκε μια μεικτή έρευνα (δράσης) τριών φάσεων με δείγμα 12 μαθητές Γ’ Γυμνασίου. Οι μαθητές στην Α’ Φάση συμμετείχαν στον Διαγωνισμό, στη Β΄ εργάστηκαν σε ομάδες και στην Γ΄ Φάση αξιολογήθηκαν ατομικά μέσω κουίζ. Προκειμένου να επιτευχθεί τριγωνοποίηση της έρευνας συλλέχθηκαν δεδομένα από τα αποτελέσματα των μαθητών στα κουίζ στην πλατφόρμα Moodle, την καταγραφή των συζητήσεων των ομάδων και του ερωτηματολογίου απόψεων των συμμετεχόντων. Σχετικά με τα συμπεράσματα προκύπτει πως οι μαθητές μέσω της ομαδικής επίλυσης των δραστηριοτήτων καλλιεργούν δεξιότητες ΥΣ είτε μέσω χρήσης λέξεων κλειδιών είτε μέσω ανάπτυξης νέων τεχνικών που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση με την ομάδα. Επίσης παρατηρείται αύξηση της ατομικής τους επίδοσης συγκριτικά με την αρχική τους επίδοση στον διαγωνισμό καταλήγοντας στο συμπέρασμα πως σε ειδικές συνθήκες τα θέματα Bebras μπορούν να χρησιμεύσουν ως τρόπος αξιολόγησης της ΥΣ. Τα συμπεράσματα επιβεβαιώνονται και από τις απαντήσεις των συμμετεχόντων στα ερωτηματολόγια.The characterization of Computational Thinking as a basic skill of the 21st century and its gradual integration into typical education has raised keen research interest. The main goal of this research is to investigate the degree and the way that CT skills can be promoted through group work while solving tasks of the Bebras Informatics Competition. Based on the comparison of two different ways of group formation, homogeneity and heterogeneity in terms of students' cognitive level in CT skills, it is investigated which type of grouping can lead to better cognitive results. A mixed three-phase action research was conducted in this direction with a sample of 12(twelve) 3rd Grade High School students. Students in Phase A participated in the Competition, in phase B they worked in groups and in Phase C they were evaluated individually through quizzes. In order to achieve triangulation of the research, data were collected from the results of the quizzes in Moodle platform, from the recording of group discussions as well as from the participants' opinion questionnaires. Regarding the conclusions, it appears that the student’s, through the group solution of the activities, cultivate CT skills either through the use of keywords or through the development of new techniques that result from the interaction with the group. Moreover, there is an increase in their individual performance compared to their original performance in the competition, concluding that in special circumstances Bebras tasks can function as a way of evaluating the CT skills. Last but not least, the conclusions of the researcher are confirmed by the participants’ answers in the questionnaires

Computer Science To Go (CS2Go): Developing a course to introduce and teach Computer Science and Computational Thinking to secondary school students

Computer Science To Go (CS2Go) is a course designed to teach Transition Year Students about Computer Science and Computational Thinking. This project has been conducted over two years and this thesis charts the development of the course from the initial research stage, through the lesson creation sections to the testing and evaluation of the course material. Over 80 hours of engaging, informative and challenging material has been developed for use in the classroom. Alongside the lesson plans, assessment and monitoring tools have been created, including a novel tool to assess students Computational Thinking skills. The content was tested in two major studies after an initial pilot study. This initial pilot study proved useful in constructing the full CS2Go course. Overall the course has been well received with teachers and students engaging well with the content. A web portal has also been created to allow for easy dissemination of all the CS2Go material. The further development of this web portal will turn CS2Go into a one-stop shop for teachers and educators hoping to find CS teaching material

Δημιουργία εκπαιδευτικού υλικού για την υπολογιστική σκέψη

Διπλωματική εργασία--Πανεπιστήμιο Μακεδονίας, Θεσσαλονίκη, 2019.Η Υπολογιστική Σκέψη, που αποτελεί βασική έννοια της Υπολογιστικής Επιστήμης, τα τελευταία χρόνια έχει προσελκύσει ξανά το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Μέσα από την εφαρμογή των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της διευκολύνεται, μεταξύ άλλων, η διαχείριση της πολυπλοκότητας και της επίλυσης προβλημάτων. Η δεξιότητα της Υπολογιστικής Σκέψης αποτελεί απαραίτητο εργαλείο της καθημερινής ζωής καθώς έχει εφαρμογή όχι μόνο στην Επιστήμη των Υπολογιστών και την ευρύτερη Ακαδημαϊκή Κοινότητα, αλλά και σε ποικίλους άλλους τομείς. Για τους λόγους αυτούς κρίνεται απαραίτητη η ενσωμάτωση της εκμάθησής της σε όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η δημιουργία εκπαιδευτικού υλικού που θα συνέβαλε στην ανάπτυξη των δεξιοτήτων της Υπολογιστικής Σκέψης. Προκειμένου να δημιουργηθεί το υλικό αυτό προηγήθηκε η μελέτη και διατύπωση των ορισμών και των χαρακτηριστικών της Υπολογιστικής Σκέψης, εξετάστηκαν οι τρόποι ενσωμάτωσής της σε προγράμματα σπουδών και αναζητήθηκαν τα διαθέσιμα εργαλεία και πλαίσια αξιολόγησής της. Στην παρούσα εργασία, η ενσωμάτωση της Υπολογιστικής Σκέψης στο προπτυχιακό μάθημα «Εισαγωγή στην Πληροφορική» του Τμήματος Πληροφορικής του Α.Π.Θ. πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού Python. Το εκπαιδευτικό υλικό που δημιουργήθηκε είχε τη μορφή υποθετικών σεναρίων και βασίστηκε στην διδακτέα ύλη του μαθήματος. Η συμμετοχή των εκπαιδευόμενων στις εργασίες ήταν προαιρετική. Από τη στατιστική ανάλυση των δεδομένων προέκυψε ότι οι φοιτητές που παρέδωσαν τις προαιρετικές εργασίες φάνηκε να ενίσχυσαν τις δεξιότητες της Υπολογιστικής τους Σκέψης, σε σύγκριση με τους φοιτητές που δεν τις παρέδωσαν, όπως αξιολογήθηκε από τη βαθμολογία που έλαβαν στην τελική γραπτή εξέταση. Το εύρημα αυτό φαίνεται να επιβεβαιώνει την εκπλήρωση του σκοπού για τον οποίο δημιουργήθηκε το εκπαιδευτικό υλικό. Η αξιολόγηση των δεξιοτήτων των φοιτητών πραγματοποιήθηκε και με τη χορήγηση ενός τεστ Υπολογιστικής Σκέψης, αλλά εξαιτίας της μικρής συμμετοχής των φοιτητών δεν κατέστη δυνατή η στατιστική τους επεξεργασία για την εξαγωγή συμπερασμάτων

Pensamiento computacional y resolución de problemas

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Psicología, Departamento de Psicología Básica. Fecha de lectura: 11-01-2018Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 11-07-2019El objetivo de esta tesis es contribuir al conocimiento del pensamiento computacional, profundizando en cómo este pensamiento mejora la resolución de problemas complejos. Para ello, se ha definido de forma operativa este pensamiento en términos de procesos cognitivos, basándonos en la literatura revisada sobre el tema. De esta forma, se ha creado un marco de evaluación de este pensamiento, de cara a poder comprobar las dos principales partes de la resolución de problemas en las que este pensamiento puede ser de mayor beneficio, es decir, cómo el pensamiento computacional facilita la representación, o adquisición de conocimiento sobre el problema, y cómo facilita el proceso de resolución, o aplicación del conocimiento, en la resolución de problemas complejos. Esta investigación emplea una metodología cuantitativa, empleando un estudio pre-post comparando los resultados entre un grupo que participa en una formación sobre programación y pensamiento computacional, y un grupo control que no participa en ninguna formación alternativa. De esta forma, podremos conocer el alcance del llamado pensamiento computacional, estudiando la relación entre el uso de las estrategias utilizadas por los científicos de la computación y la resolución de problemas complejos. Para medir la resolución de problemas complejos, se ha creado y validado un instrumento de evaluación consistente en unas pruebas interactivas basadas en el enfoque de sistemas complejos múltiples, adoptado por las pruebas PISA 2012. Estas pruebas se basan en dicho enfoque y establecen un marco para medir 4 fases de la resolución de problemas complejos en diferentes niveles. Entre las pruebas del instrumento se encuentran dos de utilizadas en PISA 2012, para comparar los resultados y asegurar dicho enfoque. Los resultados obtenidos en el estudio realizado para esta tesis, nos han permitido profundizar en el conocimiento sobre el pensamiento computacional, en cómo está relacionado con la resolución de problemas complejos. Por una parte, confirmamos que la relación entre pensamiento computacional y resolución de problemas complejos es cierta. Por otra parte, comprobamos que un desarrollo inicial de este pensamiento facilita el proceso de resolución de problemas, es decir, ayuda a la planificación y ejecución de este proceso, y a la observación y reflexión sobre si este proceso es adecuado; y en menor medida también facilita la representación del problema, aunque en este caso se sugiere que es necesario un mayor desarrollo de este pensamiento para facilitar la exploración y entendimiento del problema que nos lleva a su representación y formulación. Como conclusión obtenemos que el pensamiento computacional facilita el proceso de resolución de problemas, y en niveles superiores, facilita la representación del problema