Uniform Web-based learning environment for introductory programming course

Ohjelmoinnin massakursseilla käytetään usein erilaisia teknisiä työkaluja. Näitä ovat esimerkiksi oppimisenhallintajärjestelmät ja automaattista palautetta antavat työkalut. Nämä ovat kuitenkin monesti toisistaan irrallisia, mikä aiheuttaa oppilaille usein hämmennystä ja ylimääräistä työtä. Tässä diplomityössä vastaamme kysymyksiin: ''Miten pystymme rakentamaan yhtenäisen ohjelmoinnin oppimisympäristön? Mitä osia sen pitää sisältää ja miten näiden tulisi kommunikoida keskenään?''. Kysymyksiin vastataan tapaustutkimuksen kautta rakentamalla uusi oppimisympäristö Tampereen teknillisessä yliopistossa pidettävälle opintojaksolle Johdatus ohjelmointiin. Rakentamisen lähtökohtana on, että ympäristössä käytetään oppimisenhallintajärjestelmänä Aalto-yliopistossa kehitettyä A+:aa. Aluksi tutkimme vaatimuksia, joita opintojakso kohdistaa ympäristölle, ja määrittelemme komponentit, joista ympäristö rakentuu. Komponenttien tunnistamisen jälkeen hahmottelemme ympäristölle arkkitehtuurin käyttäen apuna sovellettua 4+1 -arkkitehtuurimallia ja tarkoitukseen sopivia tekniikoita, kuten REST. Tämän jälkeen tutustumme kirjallisuudesta löytyviin komponenttitoteutuksiin ja valitsemme niistä sopivimmat. Työn tuloksena on yhtenäinen oppimisympäristö, joka rakentuu A+-oppimisenhallintajärjestelmän ympärille. A+:aan on toteutettu REST-rajapinta, jonka kautta se kommunikoi oppilaan IDE:n ja ympäristön muiden komponenttien kanssa. Oppilaat pääsevät kaikkiin ominaisuuksiin käsiksi yhden kirjautumispisteen kautta ja mm. voivat palauttaa tehtävät suoraan IDE:stä. A+:aan tehdyt palautukset siirtyvät Mooc-grader--nimiselle komponentille, joka tarkistaa ne automatisoiduilla testeillä ja palauttaa tulokset A+:aan. Toteuttamamme oppimisympäristö helpottaa oppilaiden työskentelyä edelliseen kurssilla käytettyyn järjestelmään verrattuna. Enää opiskelijan ei tarvitse kirjautua järjestelmästä toiseen, eikä etsiä tehtävien palautuspaikkoja, vaan hän voi palauttaa tehtävän IDE:stä napin painalluksella

A+ -palvelu. Kohti prosessiorientoitunutta ja opiskelijakeskeistä ohjelmoinnin opetusta

Sähköisten opetusympäristöjen historia on lyhyt, mutta poukkoileva. Viime vuosien aikana suljetut opetusympäristöt ovat joutuneet antamaan tilaa täysin avoimille oppimisympäristöille. Verkko-oppiminen nähdään nyt tiedon rakentamisena yhteiselle, avoimelle alustalle sekä vapaana ja avoimena tiedonjakona. Tällaisessa tilanteessa opiskelijan kyky hallita omia opintojaan ja ottaa aktiivinen rooli omassa oppimisessaan on tullut entistäkin tärkeämmäksi. Tämä opinnäytetyö käsittelee ohjelmoinnin opettamista A+ -palvelulla, joka on suljettu, sähköinen oppimissovellus. Pohdin opinnäytyössäni sitä, miten ohjelmoinnin opiskelua voi tukea A+ -palvelussa prosessiorientoituneen opetuksen periaatteita hyväksi käyttäen, ja miten suunnittelussa säilytetään opiskelijakeskeisyys. Lähestyin haastetta tutkimuslähtöisen suunnitteluprosessin avulla, jossa tutustuin suunnittelumaisemaan, ohjasin osallistavaa suunnittelua ja vetäydyin suunnittelemaan mahdollisia ratkaisuja suunnitteluhaasteeseen. Prototyyppien rakentelu ei sisältynyt opinnäytetyöhöni. Design-ratkaisuni koostuu kahdesta osasta: Toimintatavasta ja käyttöliittymäratkaisuista. Toimintatapana esitän, että prosessiorientoituneen opetuksen piirteitä pohditaan luotujen persoonien näkökulmasta. Tällä tavalla pystytään tunnistamaan persoonille ominaiset oppimisen haasteet, joihin design-ratkaisulla pyritään vastaamaan. Käyttöliittymäratkaisuissa esittelen suunnittelemani käyttöliittymäelementin, dashboardin, jonka avulla opiskelija voi suunnitella, seurata ja arvioida omaa opiskeluaan. Elementin avulla opiskelijalle annetaan mahdollisuus pohtia opiskeluaan tasolla, joka kehittää hänen metakognitiivisia taitojaan. Tämän otaksun suuntaavan hänen prosessointistrategiaansa kohti syväsuuntautuneisuutta. Suunnittemaisema johon tutustuin, oli suljettu korkeakoulutasoista opetusta antava kurssi, sen opiskelijat ja henkilökunta. Tästä huolimatta katson design-ratkaisuni olevan pienin muutoksin käyttökelpoinen ja hyödyllinen myös avoimissa oppimisympäristöissä

Web-based system for adaptable rubrics: case study on CAD assessment

[EN] This paper describes the implementation and testing of our concept of adaptable rubrics, defined as analytical rubrics that arrange assessment criteria at multiple levels that can be expanded on demand. Because of its adaptable nature, these rubrics cannot be implemented in paper formats, neither are they supported by current Learning Management Systems (LMS). The main contribution of this work involves the adaptable capability of different levels of detail, which can be expanded for each rubric criterion as needed. Our rubrics platform provides specialized and intuitive tools to create and modify rubrics as well as managing metadata to support learning analytics. As an example of a practical assessment situation, a case study on Mechanical Computer Aided Design (MCAD) systems training is presented. The validation process in this scenario proved the effectiveness of our adaptable rubric platform for supporting formative assessment in a multifaceted and complex field such as MCAD. The system also showed the potential of collecting user interaction metadata, which can be used to analyze the evaluation process and guide further improvements in the teaching strategy.This work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the European Regional Development Fund, through the ANNOTA project (Ref. TIN2013-46036-C3-1-R).Company, P.; Contero, M.; Otey, J.; Camba, J.; Agost, M.; Pérez Lopez, DC. (2017). Web-based system for adaptable rubrics: case study on CAD assessment. Journal of Educational Technology and Society. 20(3):24-41. http://hdl.handle.net/10251/136958S244120

Stratumin ja A+:n toiminnallisuuksien integrointi Moodleen: arkkitehtuuri ja evaluointi

Automated assessment within electronic learning (e-learning) uses computers for the grading of students’ solutions to course assignments, which releases teachers from the burden of manually assessing the submissions and leaves them time for developing other course and teaching activities. The goal of this thesis was to modernize Stratum, an old platform for deploying arbitrary assignments that are automatically assessed and may also be randomly generated in order to provide personalized assignments for each student. The purpose of the modernization was to improve the maintainability and usability of the platform, while retaining its existing core functionality and in particular, its seamless integration in Moodle, a widely used e-learning platform that is also used as the official, university-wide platform at Aalto University, where it is known as MyCourses. This thesis presents alternative approaches for the modernization and identifies the most suitable one for implementation. The selected approach involves another platform, A+, that outsources the implementation of assignments to external exercise services. In this thesis project, a new Moodle plugin was implemented that replicates A+ functionality so that both A+ and Moodle may utilize the same exercise services and function as a front end to courses with automatically assessed assignments. Furthermore, the exercise service framework used with A+, known as the MOOC grader, was extended to support personalized assignments. The new Moodle plugin was named Astra. The new platform implemented in this thesis project realizes the requirements set for the modernization of Stratum. Assignments implemented for Stratum may be ported with feasible effort to the new platform as exercise services. In addition, the new platform replicates enough of the A+ functionality so that a typical course may freely select either Moodle or A+ as its front end without further modifications.Automaattinen harjoitustehtävien arviointi on sähköisen oppimisen (e-oppiminen) osa, jossa tietokoneohjelma arvostelee opiskelijan tekemän tehtävän ratkaisun. Tällöin opettajan ei tarvitse käyttää aikaa tehtävien arvosteluun käsin ja aikaa voi käyttää enemmän muun opetuksen kehittämiseen. Tämän diplomityön tavoitteena oli uudistaa vanha Stratum-järjestelmä, joka on alusta automaattisesti arvioitavien tehtävien toteuttamiseen. Lisäksi Stratumilla voi toteuttaa satunnaisesti luotavia tehtäviä, jolloin jokaiselle opiskelijalle tarjotaan henkilökohtainen tehtävä. Uudistustyön tarkoituksena oli parantaa Stratumin ylläpidettävyyttä ja käytettävyyttä kuitenkaan menettämättä aiempaa ydintoiminnallisuutta. Erityisesti Stratumin saumaton integraatio Moodlessa haluttiin säilyttää. Moodle on laajasti käytetty sähköisen oppimisen alusta, jota käytetään myös Aalto-yliopistossa: kyseinen alusta tunnetaan Aallossa nimellä MyCourses. Tämä diplomityö esittelee vaihtoehtoja uudistustyön toteuttamiseksi ja valitsee niistä parhaan vaihtoehdon. Valittu vaihtoehto viittaa myös erääseen toiseen alustaan, A+:aan, joka ulkoistaa automaattisesti arvioitavien tehtävien toteutuksen ulkopuolisiksi palveluiksi. Tässä diplomityössä toteutettiin uusi Moodle-liitännäinen, joka toistaa A+:n toiminnallisuutta siten, että Moodle voi käyttää samoja tehtäväpalveluja kuin A+ automaattista arviointia varten, jolloin opiskelijat näkevät ja palauttavat tehtävät Moodlessa. Lisäksi tässä työssä laajennettiin A+:n käyttämää tehtäväpalvelujen ohjelmistokehystä, “MOOC graderiä”, jotta se voi tukea henkilökohtaisia tehtäviä kuten Stratum. Uusi Moodle-liitännäinen nimettiin Astraksi. Tässä työssä toteutettu uusi alusta saavuttaa uudistustyölle asetetut tavoitteet. Stratumiin toteutetut vanhat tehtävät on mahdollista siirtää uudelle alustalle kohtuullisella vaivalla. Lisäksi uusi alusta muistuttaa riittävästi A+:aa, jotta tyypilliset kurssit voivat valita vapaasti, kumpaa alustaa ne käyttävät kurssialustana ja käyttöliittymänä, Moodlea vai A+:aa

Degree of the satisfaction, utility and validity of electronic rubrics evaluation during the practicum.

El propósito de este estudio es conocer las opiniones de los futuros docentes ante el empleo de las e-rúbricas durante el prácticum. Con el fin de conocer y comprender sus opiniones analizamos las variables de grado de satisfacción, utilidad y validez, así como el potencial grado de recomendación a otros tras el uso de dicho instrumento. Los datos se obtienen de un cuestionario ad hoc diseñado para este fin. La muestra está formada por 29 estudiantes del Prácticum I (2016/2017) de los Grados de Educación Infantil y Primaria de la Universidad de Granada (España). Se seleccionan dos grupos de prácticum: uno experimental y otro control, para comprobar las diferencias entre el grupo que empleó la e-rúbrica durante su período de prácticas y el que no. Tras los datos obtenidos, podemos concluir que los futuros docentes han valorado positivamente el uso de la e-rúbrica, pues consideran que les ha ayudado a reflexionar sobre sus habilidades adquiridas y el proceso desarrollado. Es necesario continuar investigando ya que se ha tratado de un estudio exploratorio. Las rúbricas electrónicas pueden considerarse de utilidad para mejorar los procesos de evaluación del período de prácticas

Computational Thinking as an Emergent Learning Trajectory of Mathematics

n the 21st century, the skills of computational thinking complement those of traditional math teaching. In order to gain the knowledge required to teach these skills, a cohort of math teachers participated in an in-service training scheme conducted as a massive open online course (MOOC). This paper analyses the success of this training scheme and uses the results of the study to focus on the skills of computational thinking, and to explore how math teachers expect to integrate computing into the K-12 math syllabus. The coursework and feedback from the MOOC course indicate that they readily associate computational thinking with problem solving in math. In addition, some of the teachers are inspired by the new opportunities to be creative in their teaching. However, the set of programming concepts they refer to in their essays is insubstantial and unfocused, so these concepts are consolidated here to form a hypothetical learning trajectory for computational thinking.Peer reviewe

From Legos and Logos to Lambda: A Hypothetical Learning Trajectory for Computational Thinking

This thesis utilizes design-based research to examine the integration of computational thinking and computer science into the Finnish elementary mathematics syllabus. Although its focus is on elementary mathematics, its scope includes the perspectives of students, teachers and curriculum planners at all levels of the Finnish school curriculum. The studied artifacts are the 2014 Finnish National Curriculum and respective learning solutions for computer science education. The design-based research (DBR) mandates educators, developers and researchers to be involved in the cyclic development of these learning solutions. Much of the work is based on an in-service training MOOC for Finnish mathematics teachers, which was developed in close operation with the instructors and researchers. During the study period, the MOOC has been through several iterative design cycles, while the enactment and analysis stages of the 2014 Finnish National Curriculum are still proceeding.The original contributions of this thesis lie in the proposed model for teaching computational thinking (CT), and the clarification of the most crucial concepts in computer science (CS) and their integration into a school mathematics syllabus. The CT model comprises the successive phases of abstraction, automation and analysis interleaved with the threads of algorithmic and logical thinking as well as creativity. Abstraction implies modeling and dividing the problem into smaller sub-problems, and automation making the actual implementation. Preferably, the process iterates in cycles, i.e., the analysis feeds back such data that assists in optimizing and evaluating the efficiency and elegance of the solution. Thus, the process largely resembles the DBR design cycles. Test-driven development is also recommended in order to instill good coding practices.The CS fundamentals are function, variable, and type. In addition, the control flow of execution necessitates control structures, such as selection and iteration. These structures are positioned in the learning trajectories of the corresponding mathematics syllabus areas of algebra, arithmetic, or geometry. During the transition phase to the new syllabus, in-service mathematics teachers can utilize their prior mathematical knowledge to reap the benefits of ‘near transfer’. Successful transfer requires close conceptual analogies, such as those that exist between algebra and the functional programming paradigm.However, the integration with mathematics and the utilization of the functional paradigm are far from being the only approaches to teaching computing, and it might turn out that they are perhaps too exclusive. Instead of the grounded mathematics metaphor, computing may be perceived as basic literacy for the 21st century, and as such it could be taught as a separate subject in its own right

Opettajan muuttuvat roolit – yhdessä yhteisölliseen opetuksen kehittämiseen

Opettajan muuttuvat roolit - yhdessä yhteisölliseen opetuksen kehittämiseen on julkaisu, joka kuvaa Aalto-yliopiston yliopistopedagogiselle kurssille osallistuneiden kehittymistä ja kehittämiskohteita vuoden 2012 aikana. Vuoden mittaisen prosessin aikana yksittäisistä opettajista ja tutkijoista tuli opetusta ja oppimista kehittävä ryhmä. Osallistujista kasvoi tutkijoita, jotka haluavat opettaa ja opettajia, jotka haluavat tutkivalla otteella kehittää opetusta. Julkaisussa Opettaja kehittäjänä -kurssin osallistujat kuvaavat kehittämishankkeitaan. Lisäksi kurssin suunnittelijat ja ohjaajat jäsentävät kurssin ensimmäistä toteutusta ja sen onnistumista. Mitä opittiin, kun kurssin sisällön tuottivat osallistujat ja ohjaajat yhdessä? Julkaisu tarjoaa näkökulmia opetuksen kehittämiseen ja tutustuttaa lukijan Aalto-yliopiston asiantuntijoiden opetustyön arkeen. Teos sopii kaikille yliopisto-opetuksesta kiinnostuneille