A review of Australasian investigations into problem solving and the novice programmer

This Australasian focused review compares a number of recent studies that have identified difficulties encountered by novices while learning programming and problem solving. These studies have shown that novices are not performing at expected levels and many novices have only a fragile knowledge of programming, which may prevent them from learning and applying problem solving strategies. The review goes on to explore proposals for explicitly incorporating problem solving strategy instruction into introductory programming curricula and assessment, in an attempt to produce improved learning outcomes for novices. Finally, directions suggested by the reviewed studies are gathered and some unanswered questions are raised

Comment encourager plus de femmes vers l’Informatique?

Abstract : Only a small minority of women are drawn to the field of Computer Science (CS). For many years, the ratio of female students at all the Cegeps/colleges in the province of Quebec attending and completing Computer Science programs has been much lower than the number of males. Women experience various challenges during the process of becoming computer scientists. Therefore, greater attention needs to be allocated to research that investigates the gender inequality phenomenon in the CS environment. This study looks at both female and male students who are currently attending a Computer Science program at the Cegep level at LaSalle College in Montreal. The purpose was to identify whether similarities or patterns exist at the social and/or affective levels that lead some female students to choose Computer Science as an academic program. The study also aims to identify the possible social and affective factors that are discouraging female students from registering in Computer Science. Such factors may be influencing their levels of confidence and interest, and consequently steering female students away from pursuing CS as an academic and career choice. Finally, we identify learning strategies that help those who pursue it to succeed in the program. A mixed research method was implemented. A quantitative study used the admissions records of all Cegeps in the province of Quebec, both English and French, in order to analyze and compare the number of applicants who have attended and completed a Computer Science specialization between 2005 and 2016. An exploratory qualitative study was carried out in the form of interviews with a participating sample of twenty-four students (F=12, M=12) currently attending LaSalle College in the field of Computer Science.Seule une petite minorité de femmes est attirée par le domaine de l’informatique. Les facteurs étudiés pourraient affecter leur niveau de confiance et d’intérêt et par conséquent les éloigner de choisir cette discipline en tant que cursus académique ou d’entreprendre une carrière professionnelle en informatique. Cette étude examine les facteurs sociaux et affectifs qui amènent les étudiantes à choisir l'informatique comme option académique au Collège LaSalle au niveau du Cégep. Une méthode de recherche mixte utilisant des approches quantitatives et qualitatives a été mise en oeuvre dans cette étude. Cinq pistes de réflexions ou questions ont été explorées pour mesurer si l'un des facteurs sociaux ou affectifs étudiés pouvait avoir influencé le choix des étudiantes à choisir l’informatique en tant qu'option académique ou contribué à augmenter leur confiance en soi pour mieux réussir dans le programme. Dans la première piste, nous avons analysé l’influence de l'exposition préalable des étudiantes au cours de leurs vies ou au cours de leurs études actuelles à des modèles féminins, de leaders ou de mentors sur le choix de l’informatique comme option. La seconde piste portait sur l'effet des préjugés et les idées préconçues sur la place de la femme dans ce secteur d’activité qui est l’informatique. En troisième lieu, nous avons examiné l’impact que pouvait avoir l'exposition précoce aux ordinateurs lors de la croissance alors que la quatrième piste consistait à examiner l’effet des encouragements et du soutien de l’environnement immédiat des femmes concernées. Enfin, une cinquième question a porté sur le fait de savoir si l'intérêt et l’attitude positive que portaient les femmes à l’égard de l’informatique avaient mené au choix de ce domaine et par conséquent, augmenté la confiance en soi pour mener à bien leur programme d'études. Une méthode quantitative a été utilisée pour analyser les dossiers d'admission des programmes de l’informatique de tous les cégeps de la province de Québec, en comparant le nombre de candidats de sexe masculin qui ont suivi et complété leurs programmes pour les dix années s’étalant de 2005 à 2016. Les résultats montrent qu’une très petite minorité d'étudiantes ont fréquenté les programmes informatiques dans les collèges de la province comparativement à un milieu fortement dominés par les hommes. Une approche exploratoire qualitative a été mise en oeuvre dans le cadre d'une entrevue individuelle menée auprès de 24 participants (N = 24, M = 12, F = 12) participant aux programmes informatiques du Collège LaSalle au niveau du DEC qu’au niveau de l’AEC. Les réponses collectées et analysées à partir de ces entrevues ont permis de répondre à toutes les questions de recherche posées. En ce qui concerne la première question, la compilation des résultats a montré que la majorité des participantes n'ont pas eu dans leur milieu de vie des modèles féminins ayant étudié ou oeuvré dans le domaine de l’informatique alors que deux participantes ont connu des modèles masculins. Cependant, cela ne les a pas empêchés de choisir l’informatique comme choix académique ou professionnel. Par ailleurs, l’étude a montré qu’une fois engagées dans le programme et lorsqu’elles reçoivent du soutien et des conseils de la part d’un mentor ou d'un pair, cela devenait un facteur de motivation très important qui les poussait à poursuivre le cursus dans lequel elles étaient engagées. Les participants masculins quant à eux ont surtout été influencé par des modèles masculins dans leur entourage immédiat famille et amis ainsi que par des icônes du monde industriel et médiatique. Le point commun entre les deux populations est que les participants sont d'accord sur le fait que la présence d’un mentor est nécessaire surtout pendant le premier semestre du parcours scolaire. Ils insistent aussi sur le fait que le soutien par les pairs est très utile pour bâtir des connaissances et partager des expériences. Cependant, les participant masculins différaient de leurs homologues féminins qui ont dit préférer des femmes comme mentors parce qu'elles se sentaient plus soutenues et comprises et donc plus en confiance. Ces mentors étaient nécessaires pour un soutien technique et émotionnel. Beaucoup d'hommes comptaient encore plus sur leurs collègues masculins que sur leurs collègues féminins pour le soutien scolaire. En ce qui concerne la seconde question, l’étude a révélé que plus de la moitié des participants hommes et femmes, avaient des idées fausses ou préconçues sur l’implication des femmes dans le mode de l’informatique, idées qui ont été rapidement effacées une fois qu'ils ont commencé le programme. Par conséquent, il est évident que ces notions préconçues n'ont pas affecté la décision des participantes de poursuivre dans le domaine de l’informatique. La troisième question portait sur leur exposition antérieure et leur expérience avec les ordinateurs. Encore une fois, les résultats de l’étude ont montré que l'exposition des hommes aux ordinateurs et au matériel informatique était plus élevée que celle des femmes. Cependant, cela n’a pas dissuadés les femmes de choisir d'étudier en informatique. L'obstacle principal que les femmes ont souligné était le manque de connaissances techniques et de pratique qui se traduisent par un processus d'apprentissage plus ardu afin de se familiariser avec les nombreuses technologies et dont elles croient que leurs collègues masculins sont déjà à l'aise avec. Ce manque d'expérience a affecté leur confiance en soi et les a souvent démotivés, alors que ce n'était pas un problème majeur pour la majorité des hommes qui se référaient très souvent vers les ressources en ligne et le soutien par les pairs pour progresser dans leur apprentissage. La quatrième question portait sur l’effet de l'encouragement et le soutien de leur entourage immédiat. L’analyse des résultats a montré que tous les étudiants semblent avoir décidé de rejoindre un des programmes informatiques de leur plein gré, avec ou sans le soutien familial. Pourtant, une fois inscrits dans le programme, ils ont révélé qu’ils avaient besoin de la compréhension, des conseils et du soutien des membres de la famille, des camarades de classe, des enseignants et des gens de l'industrie. De plus, ils avaient besoin de plus de temps pour explorer, expérimenter et travailler sur des tâches répétitives. Par ailleurs, trouver un équilibre entre la vie familiale et l'école représentait un très grand défi pour les femmes alors qu’il semblait en être un pour quelques hommes seulement principalement ceux qui avaient des familles ou qui travaillaient de longues heures. Les participantes estiment qu'il existe toujours une attente sociale et culturelle pour qu'elles continuent à accomplir leurs tâches en dehors du travail scolaire, ce qui représente un désavantage certain pour elles. En ce qui concerne la cinquième question de la recherche, presque tous les participants ont révélé que l’informatique n'était pas leur première option avant de poursuivre dans ce programme. La majorité des étudiants possédaient un intérêt de base pour les mathématiques et pour les sciences ce qui les a aidés à développer leur amour pour les défis et la résolution de problèmes. Les hommes et les femmes sont d'accord sur le fait que la pratique auto-initiée et la curiosité d'apprendre sont la clé de la réussite. Dans la description de leur passion pour l'informatique, les mots «passion» et «intérêt de persévérer» n'ont jamais été soulevés par les participantes au cours de notre conversation, alors que cela représentait un thème récurrent pour les hommes. Les femmes ont révélé qu’elles manquaient toujours de confiance en elles- mêmes et dans leurs capacités et cela même lorsqu'elles réussissaient bien. Ce qui n'était pas un problème pour la plupart des homes. Cette recherche démontre que le manque de confiance en soi, l’absence de connaissances préalables, le nombres de modèles féminins insuffisant, l’absence de mentors en plus du manque de soutien de la famille, des enseignants et des camarades pendant leurs études sont des facteurs qui jouent tous un rôle clé dans le choix de l’informatique pour les étudiantes. En outre, l'intérêt pour les mathématiques et pour les sciences, l'amour de la résolution de problèmes et la persévérance pour gérer les défis ont peut-être également influencé les décisions des étudiants de poursuivre dans le domaine de l’informatique. Un ensemble de stratégies d'apprentissage éprouvées et réussies ont été partagées, incluant la patience, l'application de soi par la pratique répétitive, la débrouillardise et le travail sur un projet collaboratif pratique, tous combinés semblaient paver la voie à leur succès. L'étude comprend un ensemble de recommandations pour aider à encourager plus de femmes à s’impliquer davantage dans le domaine de l’informatique

Improving Introductory Computer Science Education with DRaCO

Today, many introductory computer science courses rely heavily on a specific programming language to convey fundamental programming concepts. For beginning students, the cognitive capacity required to operate with the syntactic forms of this language may overwhelm their ability to formulate a solution to a program. We recognize that the introductory computer science courses can be more effective if they convey fundamental concepts without requiring the students to focus on the syntax of a programming language. To achieve this, we propose a new teaching method based on the Design Recipe and Code Outlining (DRaCO) processes. Our new pedagogy capitalizes on the algorithmic intuitions of novice students and provides a tool for students to externalize their intuitions using techniques they are already familiar with, rather than with the syntax of a specific programming language. We validate the effectiveness of our new pedagogy by integrating it into an existing CS1 course at California Polytechnic State University, San Luis Obispo. We find that the our newly proposed pedagogy shows strong potential to improve students’ ability to program

A model for systematically investigating relationships between variables that affect the performance of novice programmers

This research was motivated by an interest in novices learning to program and a desire to understand the factors that affect their learning. The traditional approach to performing such an investigation has been to select factors which may be important and then perform statistical tests on a few potential relationships. A new research model is proposed and tested to ensure that a thorough and systematic investigation of the data is performed. This thesis describes the data, defines the model and explains the application and validation of the model. The research process is managed by a control algorithm that is the heart of the model. This algorithm is seeded by a hypothesis that connects two variables of interest and dictates the testing of a series of hypotheses; as it does this, it also delves deeper into the data to identify additional relationships. In this research the model was applied to investigate the relationships between: learning style and achievement; programming behaviour and achievement; and learning style and programming behaviour. Learning style was assessed using Kolb’s Learning Style Inventory, achievement was based on exam score and programming behaviour was extracted from a log of student activities using a programming tool. The largest number of significant relationships was found between aspects of behaviour and achievement. The model was validated by classifying the significant hypotheses based on the research model’s tree structure, the section of the programming tool in use and the literature. These three classification schemes provided a structure to explore their similarities and differences. The model was thus demonstrated to be robust and repeatable by comparing the results with those from both using a programming tool, and expert opinion. This research has revealed several attributes of the learning behaviour that affected the students’ results within this group, including aspects of timeliness and overall volume of activity. These are suitable targets for future investigations. The research model could be applied to other data sets where an in-depth investigation into pairwise data is required.

Women in Computer Science: How Can We Bring More on Board?

Essai présenté à la Faculté d’éducation en vue de l’obtention du grade de Maître en enseignement (M.Éd.) Maîtrise en enseignement au collégialComprend des références bibliographique

Providing Metacognitive Support Using Learning by Teaching Paradigm

This item is only available electronically.Learning by teaching technique is a powerful approach that enhances students to think deeply, orally and repeatedly. However, there are some obstacles to use this technique in school settings such as time-consuming, the anxiety of failing in front of the classmates and finding matching peers. In order to take advantage of this method for the student, there are several computer-based systems have been implemented to apply this approach where students teach the virtual agents to play the tutee role. All of these existing systems focus on various domains, and none of them have considered programming problem solving. In addition to that, the majority of the exiting systems did not provided meta-cognitive support. They only the focus on providing feedback about the content such as providing correct answers. This type of feedback called Knowledge of Correct Response: KCR). In our work, we build a computer-based learning environment that enables the novice programmers to teach problem solving to an animated agent. It combines learning by teaching technique and meta-cognitive support. That will help novice programmers to acquire deep learning on how to solve problems and prepare those programmers for future learning tasks. This project could provide a solution to novice programmers who usually tend to focus on writing the code rather than understanding the problem properly because that would lead them to be frustrated when they do not know how to deal with unfamiliar programming problems. We conducted an experiment in order to compare the e↵ect of providing guided meta-cognitive feedback and KCR feedback on the novice programmers’ skills in learning by teaching paradigm. We implemented two versions of our system. The first version which provides meta-cognitive feedback and the other version which provides KCR feedback. We analysed data from novice programmers, 18-25 years old, who at least studied and passed at least one programming course. They are from College of Computer at Al-lieth in Umm Al-Qura University. The place of the conducted experiment was in the college’s lab. We found that the meta-cognitive feedback e↵ect positively on the novice programmers’ skills comparing among the pre-test, post-test and delayed test. The performance of 82% of the participants in the experimental group (who received guided meta-cognitive feedback) has been improved after the post-test whereas the performance of only 30% of participants in the control group (who received KCR feedback) has been improved. Although the difficulty of the delayed test compared to the pre-test and the post-test, the performance of 70% of the participants in the experimental group has been improved whereas the performance of only 50% of the participants in the control group has been improved. We are not surprised about the improvement of the control group because learning by teaching technique can encourage ( but not to induce) the practice of meta-cognitive skills implicitly whereas the experimental group use learning teaching technique with meta-cognitive support in an explicit way.Thesis (MCompSc) -- University of Adelaide, School of Computer Science, 201

Contribuição para o estudo da aprendizagem da matemática e da programação em comunidades virtuais de prática com foco no uso de robots como mediadores da aprendizagem

Contribuição para o Estudo da Aprendizagem da Matemática e da Programação em Comunidades Virtuais de Prática com Foco no Uso de Robots como Mediadores da Aprendizagem O propósito deste estudo, desenvolvido no âmbito de um projeto de investigação que envolveu a utilização de robots na aprendizagem colaborativa da Matemática e da Informática através da Web, é analisar e discutir a noção de participação e o processo de construção do conhecimento em comunidades virtuais de prática. O referido projeto foi desenvolvido em três etapas principais. Na primeira, foram selecionadas as ferramentas de comunicação a serem utilizadas. A segunda etapa envolveu a elaboração e contextualização dos problemas-desafio a serem resolvidos pelos grupos virtuais. A terceira e última etapa do projeto compreendeu o registo e a recolha dos dados e informações obtidos nas reuniões virtuais com grupos de alunos do Ensino Secundário e sua posterior análise, utilizando uma abordagem qualitativa de natureza interpretativa, tendo como referencial teórico a teoria da aprendizagem situada de Lave e Wenger e os conceitos subjacentes às comunidades de prática, objetivando com isto melhor compreender os efeitos das tecnologias sobre tais comunidades, bem como as características da aprendizagem realizada em espaços virtuais. A utilização de robots como mediadores da aprendizagem facilitou a exploração de conceitos abstratos fundamentais relativos às áreas da Matemática e da Informática, permitindo com isto que as tarefas de programação necessárias à resolução dos problemas propostos fizessem mais sentido, pelo facto dos resultados obtidos poderem ser concretizados no mundo real

An influence model of the experience of learning programming

Learning to program is difficult for many students all over the world with programming courses often experiencing high failure and attrition rates. The teaching of programming is still considered a major challenge by educators. At the same time, programming is becoming a key skill required not only of IT graduates but also of students in other disciplines and is becoming more important to a wider range of people. Today’s university students also practice their learning in an extended learning environment that extends well beyond the classroom. There has been considerable research into the teaching of programming in the computing education field, with many studies focussing on content and delivery. More recently, researchers have recognised the need for a greater understanding of how students experience learning to program, from the student’s perspective. This study contributes to this growing body of knowledge by exploring, in depth, the wide range of influences on the student learning experience of programming. A qualitative study was conducted that interviewed 31 Information Systems students about their experiences in learning programming. The interview transcripts were analysed using a Grounded Theory methodology. A new theory of the Influences on the Student Learning Experience of Programming was developed from the analysis, which is more holistic and comprehensive than previous theories. The learning experience of programming involves a complex interaction of a wide range of influences. A major influence is the student’s Perceived Personal Relevance towards programming. Students who perceive that programming is relevant to their future career goals are far more motivated to learn it. Perceived Personal Relevance, together with Learning Trait and Skill Level describe the Learner Nature of the student, which influences their Learning Behaviours. The influences within Learning Behaviours include Core Learning Perspectives (Ownership of learning, Learning Task Intent and Problem solving Behaviours), Patterns of Collaboration and Patterns of Information Use. Patterns of Collaboration describe how students interact with and use their Personal Networks, and include four levels of dependency: One Way Dependent, Two Way Co-Dependent, Collaborative Independent and Solitary Independent. Patterns of Information Use describe the different ways students interact with and use their information sources. The theory includes Programming Learner Profiles, which encapsulate the relationships and influences between Learner Nature and Learning Behaviours. Each profile describes, in essence, the nature and behaviour of different types of students. Seven distinct Programming Learner Profiles were identified in the study: Reluctant Beginner, Willing Beginner, Keen Beginner, Budding Manager, Budding Practitioner, Budding Developer and Advanced Developer. This new theory gives educators a greater insight into what students are thinking and doing when learning to program and potential strategies that can improve learning outcomes

Training strategic problem solvers

Making the leap from a problem statement to a solution program is a difficult task for novice programmers, even when they may have a sound knowledge of a particular programming language. To bridge this gap students are expected to implicitly build their own strategies through practice exercises. In this paper we argue that a more explicit approach to teaching problem solving strategies may lead to better problem solvers. We suggest a framework that can be used in instruction and assessment of problem solving strategies