Considering How to Use First Principles of Instruction and Video Technologies to Support Teachers’ Professional Learning in Mathematics Education

Los principales principios de instrucción de Merrill proporcionan un marco para el diseño de instrucción centrada en el alumno. En este artículo examinamos cómo esos Principios de Instrucción proporcionan un marco para examinar formas efectivas de aprovechar el uso de tecnologías de video para mejorar el diseño e implementar el aprendizaje profesional para los profesores de matemáticas. Sintetizamos los Primeros Principios de la Instrucción, el ciclo de lecciones Launch-Explore-Discuss en matemáticas (Polly, 2017b; Tools4NCTeachers, s.f.), y los principios del aprendizaje profesional centrado en el alumno (Polly y Hannafin, 2010). Luego describimos viñetas sobre cómo las tecnologías de video pueden mejorar las experiencias de aprendizaje profesional que se alinean con los Primeros Principios de Instrucción y el aprendizaje profesional centrado en el alumno. Cerramos con implicaciones y recomendaciones para la investigación y la práctica para futuros esfuerzos. Merrill’s First Principles of Instruction provide a framework for the design of learner-centered instruction. In this article we examine how those Principles of Instruction provide a framework to examine effective ways to leverage the use of video technologies to enhance the design and implement professional learning for mathematics teachers. We synthesize the First Principles of Instruction, the Launch-Explore-Discuss lesson cycle in mathematics (Polly, 2017b; Tools4NCTeachers, n.d.), and principles of learner-centered professional learning (Polly & Hannafin, 2010). We then describe vignettes about how video technologies can enhance professional learning experiences that align to the First Principles of Instruction and learner-centered professional learning. We close with implications and recommendations for research and practice for future endeavors.

Programar para aprender Matemáticas en 5º de Educación Primaria: implementación del proyecto ScratchMaths en España

Este artículo presenta los resultados de la investigación que ha medido el impacto causal de la intervención realizada en el marco del proyecto Escuela de Pensamiento Computacional, que el Ministerio de Educación y Formación Profesional de España puso en marcha en el curso académico 2018-2019. En concreto, el trabajo estudia si es posible mejorar el desarrollo de la competencia matemática del alumnado a través de actividades de programación usando el lenguaje Scratch en 5º de Educación Primaria. El diseño de la investigación consiste en un estudio empírico de intervención basado en las lecciones aprendidas del proyecto ScratchMaths, desarrollado por la University College London en Reino Unido. Se han usado dos grupos de estudiantes no equivalentes, grupo experimental y grupo de control, sin asignación aleatoria, con medición pre-test y post-test sobre la variable competencia matemática. Para ello, se ha contado con la participación de más de 3.700 estudiantes, que fueron asignados bien al grupo experimental -que trabajó la competencia matemática a través de actividades de programación informática- o al grupo de control -que lo hizo con otras actividades y recursos habituales en el área de Matemáticas. Los resultados muestran que el alumnado del grupo experimental desarrolló en mayor medida esta competencia que el alumnado del grupo de control, apreciándose un impacto significativo y positivo sobre la misma. Con un tamaño del efecto de la intervención d=0,449 puede afirmarse que el proyecto logró el efecto pretendido sobre la competencia matemática de los estudiantes. La generalización de experiencias de pensamiento computacional en el currículum podrá garantizar la mejora de la calidad de los procesos de enseñanza y aprendizaje. This article presents the results of an investigation that has measured the causal impact of the intervention carried out within the framework of the School of Computational Thinking project, launched by the Ministry of Education and Vocational Training of Spain in the 2018-2019 academic year. Specifically, the work studies whether it is possible to improve the development of students’ mathematical competence through programming activities using the Scratch language in 5th grade of Primary Education. The research design consists of an empirical intervention study based on the lessons learned from the ScratchMaths project, developed by University College London in the United Kingdom. Two groups of non-equivalent students have been used, the experimental group and the control group, without random assignment, with pre-test and post-test measurement on the mathematical competence variable. More than 3,700 students participated in the investigation, who were assigned either to the experimental group -which worked on the mathematical competence through computer programming activities- or to the control group -which did so with other common activities and resources in the area of ​​Mathematics. The results show that the students in the experimental group developed this competence to a greater extent than the students in the control group, with a significant and positive impact on it. Being the intervention effect size d=0.449, it can be stated that the project achieved the intended effect on the students’ mathematical competence. The generalization of computational thinking experiences in the curriculum can guarantee the improvement of the quality of the teaching and learning processes.

El Principio de Activación en el Pensamiento Computacional, las Matemáticas y el STEM

El presente número monográfico de RED se convocó con el título La educación en Matemáticas, Pensamiento Computacional y STEM apoyada por la tecnología digital. Su diseño instruccional. El principio de activación. En este artículo los autores queremos hacer la presentación del número haciendo énfasis en el principio de activación como fundamento teórico del pensamiento computacional y de la educación matemática y de STEM Hay numerosas destrezas y conceptos, propios de Pensamiento Computacional, Matemáticas y STEM, que son necesarios como base para los estudios de grado. Frecuentemente estos conceptos y procedimientos no constan de forma explícita en el currículo de los niveles anteriores a la universidad o, constando, no se garantizado su dominio. En estos casos no podemos esperar que aparezcan de forma espontánea, en el mismo momento en que se necesitan para los contenidos de grado o de secundaria superior. Es necesaria una sólida base cognitiva para que puedan ser evocados. El presente número monográfico está convocado con el objetivo de dar oportunidad de difundir investigaciones y casos que parcial o totalmente tengan como referencia esas ideas. E investiguen si efectivamente el uso del principio de activación (Merrill, 2002; 2020 revised edition) convenientemente utilizado en un diseño instruccional adecuado, con métodos, actividades y recursos, consigue una mejora en la calidad de los resultados de aprendizaje cuando lo aprendido en las etapas anteriores es evocado y reactivado convenientemente en los estudios de grado. La conclusión de todo él es que debe potenciarse una pedagogía que establezca valores en estas ideas y principios para las primeras etapas educativas. El principio de activación es pues clave para tenerlo en cuenta cuando se diseña la educación infantil y el primer ciclo de primaria, teniendo en el horizonte los aprendizajes futuros, incluidos los de STEM. This monographic issue of RED was convened with the title Education in Mathematics, Computational Thinking and STEM supported by digital technology. Its instructional design focus is the activation principle. In this article, the authors present the current issue, describe the activation principle as an important theoretical foundation of instructional design for computational thinking and mathematics and STEM Education, and introduce subsequent papers. There are numerous skills and concepts, specific to Computational Thinking, Mathematics and STEM, that are necessary as a basis for undergraduate studies. Often these concepts and procedures do not appear explicitly in the primary and secondary school curriuclum. Or, if they do appear, there is no guarantee students will have mastered them by graduation. We cannot expect these skills to appear spontaneously, at the very moment they are needed. A solid cognitive foundation is necessary for them to be activated. This special issue is presented with the aim of disseminating investigations and cases that partially or totally engage with these ideas. This can aid investigation of whether the effective use of the activation principle (Merrill, 2002; revised edition 2020), when used in an adequate instructional design, with methods, activites and resources, contributes to an improvement in the quality of learning results when what is learned in the previous stages is activated and reactivated sufficiently in undergraduate studies, and whether a pedagogy that establishes the value of these ideas and principles from the earliest educational stages should be promoted in order to prepare students for learning on the horizon, including STEM.

Habilidades del siglo XXI y entornos de aprendizaje STEAM: una revisión

El desarrollo de las habilidades del siglo XXI se menciona actualmente como uno de los objetivos clave que deben alcanzar los sistemas educativos en todo el mundo, para que los ciudadanos en su conjunto puedan adaptarse adecuadamente al mercado laboral y en general, a la sociedad del futuro. El propósito de esta revisión es, dado el explosivo y creciente interés en este tema, identificar las diversas definiciones de las llamadas habilidades del siglo XXI para luego reconocer las relaciones que se puedan encontrar entre estas habilidades y los entornos de aprendizaje STEAM, los cuales recientemente han sido propuestos como escenarios capaces de desarrollarlas. El estudio se desarrolló como una revisión sistemática de literatura a partir de procesos de abstracting y lectura en profundidad de 153 artículos científicos publicados en revistas indexadas en Scopus y Scielo. Los resultados del estudio sugieren que, para conducir el desarrollo de las habilidades del siglo XXI, conviene tener en cuenta al momento de diseñar entornos de aprendizaje STEAM, asuntos como el cambio en la evaluación hacia una experiencia más formativa, la inclusión de ambientes colaborativos y sociales, la aplicación de estrategias de aprendizaje basadas en la investigación y la gamificación y el juego, entre otras. The development of the so-called 21st century skills is currently mentioned as one of the key objectives that education systems must achieve throughout the world, so that citizens as a whole can adapt adequately to the labor market and in general, to the future society. The purpose of this review is, given the explosive and growing interest in this topic, to identify the various definitions of the skills of the 21st century and then to recognize the relationships that can be found between these skills and STEAM learning environments, which recently have been proposed as suitable scenarios for developing them. The study was developed as a systematic literature review based on abstracting and in-depth reading of 153 scientific articles published in journals indexed in Scopus and Scielo. The results of the study suggest that, in order to guide the development of 21st century skills, it is convenient to consider when designing STEAM learning environments, issues such as the change in the assessment towards a more formative experience, the inclusion of collaborative and social environments, the use of research-based learning strategies and gamification and games, among others.

Implicaciones de la gamificación en educación matemática, un estudio exploratorio

Las aplicaciones tecnológicas ofrecidas para la educación son variadas, brindando nuevas posibilidades de aprendizaje. Se debe estar en constante vigilancia de las propuestas de gamificación para el aula, dado que su desarrollo y uso no asegura un éxito en la enseñanza. Estudiamos el impacto de la gamificación en la enseñanza de la matemática, analizando su papel en el tratamiento de las figuras geométricas cono y cilindro con estudiantes de 13 y 14 años. Desde un enfoque cuantitativo descriptivo de tipo cuasi-experimental, con grupo control y piloto y aplicación de test, se realiza un análisis estadístico clásico e implicativo, evidenciando un mayor porcentaje de respuestas correctas del grupo piloto, en el ítem sobre la relación entre el volumen del cono y el cilindro, con un 96,3%, en contraste un 73,08% que obtuvo el grupo control. Además, se muestra un comportamiento con alto nivel de similaridad (84,4%) entre el uso del videojuego y responder satisfactoriamente los ítems. Esto nos sugiere que este medio educativo puede provocar mejoras en los aprendizajes del alumnado, quien parece ser proclive a su uso. The technological applications offered for education are varied, providing new learning possibilities. Gamification proposals for the classroom must be constantly monitored, since their development and use does not ensure success in teaching. We study the impact of gamification in the teaching of mathematics, analyzing its role in the treatment of geometric cone and cylinder figures with 13 and 14 years old students. From a descriptive quantitative approach of quasi-experimental type, with a control and pilot group and test application, a classical and implicative statistical analysis is carried out, showing a higher percentage of correct answers from the pilot group, in the item on the relationship between the volume of the cone and the cylinder, with 96.3%, in contrast to 73.08% obtained by the control group. In addition, a behavior with a high level of similarity (84.4%) is shown between the use of virtual games and satisfactorily answering the items. This suggests that this educational medium can cause improvements in the learning of students who seem to be prone to its use.

Socioeducational gaps derived from the impact of digitization in Spain 2020

La pandemia de COVID-19 visualizó cómo los activos digitales influyen en la sociedad contemporánea y juegan un papel decisivo en la recuperación económica. El objetivo de este trabajo es identificar las brechas sociales y educativas derivadas del impacto del nivel de digitalización en España 2020. Esta investigación se basa en la educación comparada como metodológica, relacional y crítica con implementación tecnológica; que intenta vincular la educación con los cambios en su entorno social; con el fin de contribuir a la mejora del sistema educativo. En este sentido, a partir del informe DESI de los últimos tres años, se analiza el caso de España en relación con lapuntuación media del resto de países miembros de la UE. Las brechas sociales apuntaban a perfiles de población vulnerable por tener pocas competencias digitales o por estar prácticamente excluida de los servicios y recursos digitales, lograr una nueva perspectiva centrada en el ser humano significa lograr el desarrollo económico. Las brechas educativas apuntaban al Capital Humano y sus bajas competencias en software, pocos especialistas en especialidades TIC y baja representación femenina en especialidadesTIC. Estos resultados mostraron la importancia de la educación STEM sensible al género, que parece ser la clave para el crecimiento económico y la competitividad nacional. The COVID-19 pandemic visualized how digital assets influence contemporary society and play a decisive role in economic recovery. The objective of this work is to identify the social and educational gaps derived from the impact of the level of digitization in Spain 2020. This research is based on comparative education as methodological, relational and critical with the technological implementation; who tries to link education with changes in their social environment; in order to contribute to the improvement of the educational system. In this sense, based on the DESI report for the last three years, the case of Spain is analyzed in relation to the average score of the rest of the EU member countries. The social gaps pointed to profiles of vulnerable populations for having few digital skills or for being practically excluded from digital services and resources, achieving a new perspective centered on the human being will mean achieving economic development. The educational gaps pointed to human capital and its low skills in software, few specialists in ICT specialties and low female representation in ICT specialties. These results showed the importance of STEM and gender-sensitive education, which appears to be the key to economic growth and national competitiveness.

Integración del Pensamiento Computacional en la educación primaria y secundaria en Latinoamérica: una revisión sistemática de literatura

El Pensamiento Computacional (PC) se ha consolidado como una línea de investigación internacional, sin embargo, en Latinoamérica son limitados los estudios que examinan su desarrollo e integración en la educación primaria y secundaria. El objetivo de este estudio fue analizar la integración del PC en la educación primaria y secundaria en Latinoamérica, a partir de una revisión sistemática de literatura de los estudios publicados entre 2006 y 2020. Los resultados se agruparon en dos categorías principales: las conceptualizaciones del PC y las estrategias usadas para la integración del PC. Se encontró que las conceptualizaciones se dividen en dos grupos: unas ligadas a las ciencias de la computación y otras en las que se entiende el PC como un recurso metodológico. Frente a las estrategias, se encontró que las más usadas en la región son la robótica educativa y la programación en lenguajes con bloques.

Análisis del “pensamiento computacional” desde una perspectiva educativa

Desde la aparición del término “pensamiento computacional” hace aproximadamente quince años, se ha consolidado internacionalmente como una tendencia en el mundo educativo preuniversitario. Su imprecisión dificulta la celebración de un debate sobre su papel curricular, algo que se echa especialmente de menos en España. El artículo pretende contribuir a aclarar el significado de “pensamiento computacional” y sus implicaciones educativas. Se ha realizado un análisis cualitativo de contenido, utilizando como materiales primarios las definiciones realizadas por una selección de autores e instituciones destacados. Se han analizado tres aspectos: definición, características y elementos, y ámbito de conocimiento. Se han encontrado dos componentes comunes a las definiciones analizadas: la referencia a una “actividad mental” y la inclusión de habilidades de programación. Sin embargo, difieren en la inclusión de otros elementos, que pueden clasificarse como conocimientos, actitudes o competencias. El artículo debate las consecuencias de una definición basada en una “actividad mental” en lugar de constructos educativos. Se concluye que el debate sobre la educación preuniversitaria de la informática debería basarse en un lenguaje educativo más preciso, así como en los actuales conocimientos de los campos de conocimiento de la pedagogía, la informática y la didáctica de la informática. The term “computational thinking” emerged fifteen years ago and has world-wide become popular as a tendency in the pre-university educational scope. Its looseness makes difficult to hold a debate on its curricular role, a lack which is especially severe in Spain. The article aims at contributing to clarifying the meaning of “computational thinking” and its educational implications. We conducted a qualitative content analysis, using the definitions provided by a selection of outstanding authors and institutions as primary materials. Three aspects were analyzed: definition, features and elements, and scope of knowledge. We have found two common components: the reference to a “mental activity” and the inclusion of programming skills. However, the definitions differ in the inclusion of other elements, which can be classified as knowledge, attitudes or competences. The article discusses the consequences of a definition based on a “mental activity” rather than educational constructs. We conclude that the debate on pre-university computing education should be based on a more precise terminology, as well as current body of knowledge in pedagogy, computing and didactics of computing.

Análisis observacional del desarrollo del pensamiento computacional en Educación Infantil-3 años mediante una propuesta de resolución de problemas con un robot de suelo de direccionalidad programada

Se presenta una secuencia de problemas de dificultad creciente para desarrollar el pensamiento computacional en el primer nivel del segundo ciclo de Educación Infantil -3 años- mediante un robot de suelo de direccionalidad programada. En el seno de la metodología observacional se ha conseguido caracterizar la capacidad de pensamiento computacional de los escolares de Educación Infantil-3años, en los diferentes problemas que conforman la propuesta de intervención diseñada. La fiabilidad de los datos, en forma de concordancia inter-observadores, ha sido garantizada mediante el coeficiente Kappa. Un análisis de generalizabilidad avala el muestreo observacional realizado. El desarrollo de las capacidades de organización espacial y autoevaluación del alumno, así como la intervención de la maestra, se han relevado como aspectos claves en la resolución de problemas matemáticos por medio del pensamiento computacional en Educación Infantil-3años. A sequence of problems of increasing difficulty is presented to develop computational thinking in the first level of the second cycle of Early Childhood Education -3 years- by means of a programmed directionality ground robot. With the use the observational methodology, it has been possible to characterize the computational thinking capacity of Early Childhood Education -3 years old- schoolchildren, in the different problems that make up the intervention proposal designed. The reliability of the data has been guaranteed, in the form of inter-observer agreement, by means of the Cohen's Kappa coefficient. A generalizability analysis supports the observational sampling carried out. The development of the capacities of spatial organization and self-evaluation of the student, as well as the intervention of the teacher, have been revealed as key aspects in the resolution of mathematical problems through computational thinking in Early Childhood Education -3 years old-.

El pensamiento bayesiano, un pensamiento computacional omnipresente

En su acepción más sencilla se considera el pensamiento computacional como una serie de habilidades específicas que sirven a los programadores para hacer su tarea, pero que también son útiles a la gente en su vida profesional y en su vida personal como una forma de organizar la resolución de sus problemas, y de representar la realidad que hay en torno a ellos. En un esquema más elaborado este complejo de habilidades constituye una nueva alfabetización ---o la parte más sustancial de ella--- y una inculturación para manejarse en una nueva cultura, la cultura digital en la sociedad del conocimiento. Hemos visto cómo se usa la probabilidad bayesiana, en modelos de epidemiología, para determinar modelos de evolución de datos sobre contagio y fallecimientos en el COVID y en el procesamiento del lenguaje natural. Igualmente podríamos verlo en multitud de casos en los más variados campos científicos y de análisis de procesos. De esta forma, con la automatización de los métodos bayesianos y el uso de modelos gráficos probabilísticos es posible identificar patrones y anomalías en voluminosos conjuntos de datos en campos tan diversos como son los corpus lingüísticos, los mapas astronómicos, añadir funcionalidades a la práctica de la resonancia magnética, o a los hábitos de compra con tarjeta, online o smartphones. En esta nueva forma de proceder, se asocian el análisis de grandes datos y la teoría bayesiana. Si consideramos que el pensamiento bayesiano, esta forma de proceder, como un elemento más y relevante del pensamiento computacional, entonces a lo dicho en anteriores ocasiones hay que añadir ahora la idea de pensamiento computacional generalizado , que va más allá de la educación Ya no se trata de aspectos puramente asociados a la práctica profesional o vital ordinaria para manejarse por la vida y el mundo del trabajo, como ha sido lo que hemos llamado pensamiento computacional hasta ahora, sino como una preparación para la investigación básica y para metodología investigadora en casi todas las disciplinas. Porque, así definido, el pensamiento computacional está influyendo en la investigación en casi todas las áreas, tanto en las ciencias como en las humanidades. Una instrucción centrada en esta componente de pensamiento computacional, el pensamiento bayesiano, o que lo incluyese en una fase temprana, en Secundaria (K-12), incluyendo la fórmula de la probabilidad inversa, permitiría, basándonos en los First principles of learning de Merrill, y en particular en el principio de activación, activar estos aprendizajes como componentes muy valiosos y muy complejos en una etapa posterior de la actividad profesional o investigadora, o en la fase de formación, grados y postgrados, de estas profesiones o que capacitan para estas actividades y profesiones. In its simplest sense, computational thinking is considered as a series of specific skills that programmers use to do their homework. They are also useful to people in their professional and personal lives, as a way of organizing the resolution of their problems, and of representing the reality that surrounds them. In a more elaborate scheme, this complex of skills constitutes a new literacy --- or the most substantial part of it --- and an inculturation to deal with a new culture: digital culture in the knowledge society. We have seen how Bayesian Probability is used in epidemiology models to determine models of data evolution on contagion and deaths in COVID. We have also seen it in natural language processing. We could also see it in many cases in the most varied scientific and process analysis fields. In this way, with the automation of Bayesian methods and the use of probabilistic graphical models, it is possible to identify patterns and anomalies in voluminous data sets in fields. Fields as diverse as linguistic corpus, astronomical maps, adding functionalities to the practice of magnetic resonance imaging, or to the habits of buying with cards, online or smartphones. In this new way of proceeding, big data analysis and Bayesian theory are associated.. If we consider that Bayesian thinking (this way of proceeding) as one more element of computational thinking, then, to what has been said on previous occasions, we must now add the idea of ​​generalized computational thinking, which goes beyond education It is no longer about aspects purely associated with professional or vital practice to deal with life and the world of work, but as a preparation for basic research and for a research methodology in almost all disciplines. Thus defined, computational thinking is influencing research in almost all areas, both in the sciences and the humanities. An instruction focused on this component of computational thinking, or including it, at an early stage, in Secondary, would allow to activate these learnings as very valuable and very complex components at a later stage. In professional or research activity, in the training phase, undergraduate and postgraduate degrees, of these professions. Those that train for these activities and professions.