Peer Instruction in Computing Higher Education: A Case Study of a Logic in Computer Science Course in Brazilian Context

One of the challenges of Computing Education Research is the proposition of new learning methods. Researches indicate active learning methods are more effective than traditional ones. Peer Instruction is one of these learning methods that promotes a student-centered class, enabling (s)he constructs his/her comprehension through a structured approach with questions and peer discussions, used in Computing in the last years. Nevertheless, researches about the use of this method are very scarce in South America. Accordingly, this research aims to discuss the impact of Peer Instruction use on higher education from a Logic in Brazilian Computer Science course. The research context is an undergraduate course in Computer Science in the first term of 2018 at the Federal University of Jataí. Sufficient evidence was found for the veracity of two propositions related to this study: (i) Peer Instruction use guarantees a learning gain of students, and (ii) Peer Instruction is well accepted by students. Therefore, it concluded that Peer Instruction use is suitable for Logic courses in Computing Higher Education in Brazil, with good acceptance from students.

Design of Socioenactive Systems Based on Physiological Sensors and Robot Behavior in Educational Environments

Computational systems based on ubiquitous and pervasive technology present several challenges related to the interaction of people with scenarios constituted by sensors and actuators, changing the mindset of what we used to understand as interaction with a computer. This also has influence in the ways of considering the design of systems based on contemporary technology for the educational context. To cope with the challenges of ubiquitous computing, the concept of socioenactive system is being constructed as a system in which human and technological aspects are coupled together in a cycle of perceptually guided actions of people interacting with elements of the physical environment and with other people in the same scenario. In this work we address the design of a socioenactive system as an evolution of two previous systems designed and experimented with 5-year-old children in an educational context. The contribution of this paper is twofold: 1. We present an analysis of two different systems tested in educational scenarios, pointing out the lack of elements that should be present in a complete cycle of socioenactive systems, suggesting requirements for a third system; 2. We present an architecture for the third system and a simulation of its usage. Results of the third system and its simulation inform the next activities of bringing it to real life in a practice proposed for the same audience and context as the previous systems.

A Detailed Item Response Theory Analysis of Algorithms and Programming Concepts in App Inventor Projects

Teaching computing in K-12 is often introduced focusing on algorithms and programming concepts using block-based programming environments, such as App Inventor. Yet, learning programming is a complex process and novices struggle with several difficulties. Thus, to be effective, instructional units need to be designed regarding not only the content but also its sequencing taking into consideration difficulties related to the concepts and the idiosyncrasies of programming environments. Such systematic sequencing can be based on large-scale project analyses by regarding the volition, incentive, and opportunity of students to apply the relevant program constructs as latent psychometric constructs using Item Response Theory to obtain quantitative ‘difficulty’ estimates for each concept. Therefore, this article presents the results of a large-scale data-driven analysis of the demonstrated use in practice of algorithms and programming concepts in App Inventor. Based on a dataset of more than 88,000 App Inventor projects assessed automatically with the CodeMaster rubric, we perform an analysis using Item Response Theory. The results demonstrate that the easiness of some concepts can be explained by their inherent characteristics, but also due to the characteristics of App Inventor as a programming environment. These results can help teachers, instructional and curriculum designers in the sequencing, scaffolding, and assessment design of programming education in K-12.

Analyzing novices' fun and programming behaviours while playing a serious blocks-based game

Blocks-based environments have been used to promote programming learning mostly in elementary and middle schools. In many countries, isolated initiatives have been launched to promote programming learning among children, but until now there is no evidence of widespread use of this type of environment in Brazil and Portugal. Consequently, it is common that many students reach higher education with little or no programming knowledge and skills. NoBug’s SnackBar is a game designed to help promote programming learning. This study examined students' behavior and attitudes when playing the game on their initiative. It used a sample of 33 undergraduate students enrolled in an introductory programming course. The variables studied were students' performance and engagement, satisfaction, and problem-solving strategies. The main findings were (1) better performing students had a high level of perceived learning, (2) all the students had similar perceptions about their fun while playing, (3) the leader board was the most used game element not directly related to learning and (4) the top-ranked students access previous solutions to help them solve a new mission, while the others often use a trial-and-error approach.

Mídias imersivas no reforço e mudança comportamental: uma revisão sistemática

Atingir determinado nível de letramento muitas vezes exige não só obter conhecimento, mas também desenvolver ou aprimorar comportamentos necessários para aplicar o conhecimento com competência. Intervenções normalmente adotadas na conscientização sobre necessidades de mudanças comportamentais, como por exemplo na educação financeira ou alimentar, têm se mostrado pouco eficientes, provavelmente por não simularem comportamentos próximos às situações do mundo real. As mídias imersivas surgem como uma opção que, aliadas a métodos ativos de ensino, seriam capazes de impactar comportamentos. Visando contribuir com as pesquisas no desenvolvimento de soluções educacionais imersivas que envolvam mudanças comportamentais, foi realizada uma revisão sistemática da literatura sobre a aplicação de mídias imersivas, em contexto educacional, para gerar reforço ou mudanças no comportamento dos alunos. O objetivo desta revisão foi identificar se essas mídias colaboram com o processo de aprendizagem de comportamentos. Verificou-se que estas mídias, principalmente as relacionadas a realidade virtual e o uso de avatares em simuladores e jogos tridimensionais, são opções eficientes para aprender e ensinar comportamentos, graças ao aumento de engajamento, predisposição ao aprendizado social e criação de hábitos, com alguns requisitos a serem aplicados e uma agenda de pesquisa a ser explorada.

Computational Thinking for Youth and Adults Education: model, principles, activities and lessons learned

Computational Thinking (CT) is considered one of the most needed abilities of the 21st Century as the usage of digital resources has become more and more frequent. Research on CT teaching has been growing over the last decade and Brazilian initiatives have focused on Elementary and High School students while less privileged audiences, such as non-literate citizens, are rarely addressed. The lack of literacy affects more than communication, but autonomy for economic, cultural and educational development, social interaction, and also the experience with information and communication technology. Non-literate citizens represent more than 11 million people in Brazil, and Youth and Adults Education (YAE) is an educational modality offered to these citizens. In this article, we present the main results from a Master's research that investigated CT as a means to reduce YAE's students' rejection and fear of technology, aware of their characteristics, contexts, and particularities. In our research, we consider that through the practice of CT people can comprehend how technology works and how it can be used, favoring familiarity, and reducing rejection and fear of technology. Grounded on Computing and Education literature, we conceived a model to plan and conduct initiatives for YAE, applying and studying our model in a case study conducted inside a Brazilian public school during 8 workshops with 17 participants. For the case study, 9 principles to support the practice with YAE students were identified and used to inform 12 activities created/adapted for practicing CT throughout the workshops. A research overview is presented, along with its theoretical grounds to the main results from the case study and lessons learned. Results show the model as promising to inform practices to exercise CT abilities, sensitive to the audience's context.

Análise de Ferramentas de Compiladores em Ambientes Virtualizados

O uso de ferramentas de ensino tornou-se uma alternativa para complementar a aprendizagem do conteúdo escolar. Este artigo faz uma panorâmica de aspectos da Compilação e análise de desempenho das ferramentas computacionais GALS, Grammophone, The Context Grammar Free Checker, Verto e Parsing Simulator que foram desenvolvidas para suporte ao processo de compilação e têm como objetivo o apoio ao aprendizado da disciplina de Compiladores. Há várias ferramentas conhecidas, porém só algumas foram construídas para fins acadêmicos e serão apresentadas neste trabalho, bem como foram testadas com alunos na disciplina de Compiladores do curso de Graduação e também no Mestrado em Ciência da Computação de uma Universidade Pública Brasileira no Paraná para analisar hipóteses, auxiliar na verificação de exemplos de parsing e trocar experiências sobre essas ferramentas de Compilação. As fases de análise léxica e principalmente sintática tornaram-se mais didáticas e atraentes aos alunos, ficando fácil de entender suas funcionalidades e implementação de um compilador como um todo. GALS se mostrou ser uma boa opção com uma simples interface, trabalhando análise léxica e sintática para mais de uma linguagem (Java, C++ e Delphi). Estudos de Gramáticas Livres de Contexto no formato LL(1), LR(0) e LR(1) podem ser favorecidos não só com GALS, mas também com as ferramentas Grammophone e The Context Grammar Free Checker. Já o Verto trabalha de forma didática não só as etapas de análise léxica e sintática (essa também com Parser LR(1)), mas também a geração de códigos. Parsing Simulator se mostrou uma ferramenta intuitiva e também apresenta um acervo extenso de opções de análise sintática exibindo o passo a passo das tabelas de análise LL(1) e LR(K) promovendo o ensino-aprendizagem em Compiladores.

Desenvolvimento e Avaliação de uma Ferramenta Interativa Baseada em Exemplos para o Aprendizado de Modelagem de Sistemas Usando Redes de Petri

Os sistemas computacionais têm se tornado cada vez mais complexos e isso tem demandado o desenvolvimento de técnicas que garantam certas características, como alta disponibilidade e baixo custo. Assim, o interesse pela utilização de modelos computacionais tem aumentado nos últimos anos, visto que eles podem ser usados em situações em que é muito caro e até mesmo impossível testar ou medir as diversas características dos sistemas computacionais (ex.: disponibilidade ou confiança). No entanto, um grande desafio no uso de tais modelos é o seu entendimento, visto que não são intuitivos e requerem um considerável esforço de aprendizado da notação utilizada. Muitas vezes, abordagem de ensino expositivo em sala de aula, nos cursos da área de computação, é insuficiente para garantir a aprendizagem de modelagem computacional. Ferramentas educativas interativas baseadas em exemplos podem auxiliar a aprendizagem por meio de exercício e prática. Este trabalho aborda o desenvolvimento e avaliação da TryRdP, uma ferramenta web gratuita, interativa e baseada em exemplos para auxiliar na aprendizagem de modelagem computacional usando Redes de Petri (RdP), um conteúdo que integra currículos de cursos de ciência da computação, engenharia da computação e afins. As RdP são formalismos matemáticos largamente usados para modelar, analisar e projetar sistemas diversos, entre eles, sistemas computacionais. Para avaliar a eficácia da ferramenta, foram realizados experimentos com alunos e professores de cursos superiores de computação, investigando a usabilidade e a utilidade da ferramenta no apoio ao aprendizado de modelagem computacional. De forma geral, os resultados indicam que a ferramenta atende aos principais requisitos de usabilidade e foi bem avaliada em termos de sua aplicação didático-pedagógica.

Coletânea de uma Década de Ensino de Programação para Estudantes da Rede Pública no Projeto Introcomp

Este artigo apresenta os 10 anos de trajetória do projeto de extensão universitária Introcomp. O projeto visa introduzir a programação de computadores para estudantes de ensino médio da rede pública. O artigo apresenta uma reflexão sobre a experiência da equipe do Introcomp na aplicação de diferentes abordagens para facilitar a aprendizagem de programação para seu público-alvo no decorrer desses anos - passando da linguagem C para Python, de aulas tradicionais a aulas totalmente interativas, chegando em 2020 ao modelo totalmente remoto devido à pandemia de Covid-19. Com isso, o artigo mostra como as lições aprendidas têm ajudado a equipe a repensar o uso de metodologias, tecnologias e plataformas digitais no ensino de programação para jovens do ensino médio em tempos de pandemia. A contribuição deste trabalho traz um avanço para o estado da arte e tem o potencial de ampliar o entendimento da comunidade sobre intervenções de educação em computação direcionadas principalmente ao público jovem.

Capacitando Professores no Programa Norte-rio-grandense de Pensamento Computacional

A sociedade contemporânea tem experimentado mudanças e transformações provocadas pelos avanços científicos e tecnológicos que afetam e modificam o mundo do trabalho, as relações sociais, a cultura, a ciência e a educação. Entretanto, chama atenção o fato da Educação Básica brasileira ainda não estar alinhada a esta tendência mundial e apenas ensaiar experiências de integração das tecnologias digitais na rotina das escolas públicas. Isso se deve, em parte, à formação inicial dos professores que pouco contempla o uso pedagógico das tecnologias digitais no processo de ensino e de aprendizagem. Além disso, também torna-se cada vez mais necessário incentivar práticas educativas que estimulem habilidades relacionadas à capacidade de resolver problemas, lidar com frustrações e criar soluções como condições essenciais para que as pessoas possam se desenvolver integralmente e profissionalmente, permitindo o ingresso e a manutenção em um mundo do trabalho que está em constante evolução. Neste sentido, uma direção que vem se popularizando e tem incentivado o aparecimento de um grande número de iniciativas relacionadas ao uso das tecnologias digitais na educação é a do Pensamento Computacional. É nesta direção que se insere o presente artigo, que tem como objetivo relatar a experiência de um curso de formação continuada em Pensamento Computacional do Programa Norte-rio-grandense de Pensamento Computacional (Pensa RN), realizado com professores dos anos finais do Ensino Fundamental. Esse curso une as metodologias da aprendizagem baseada em resolução de problemas, computação desplugada, jogos digitais e programação visual, a fim de estimular o desenvolvimento do Pensamento Computacional como um instrumento de aumento do poder cognitivo e operacional humano, integrando-o nas práticas pedagógicas dos professores. Como resultados da experiência, os professores adotaram novas estratégias no seu ambiente de trabalho, elaborando e aplicando práticas educativas integradas ao Pensamento Computacional em escolas públicas da rede de ensino.