Enseñanza, evaluación y análisis de habilidades de pensamiento computacional en etapas tempranas

El Pensamiento Computacional (PC) es una destreza cognitiva que debe adquirirse desde una edad temprana para poder así adaptarse a la sociedad informatizada actual. Muchas de las habilidades comúnmente asociadas al PC pueden desarrollarse al aprender a programar como, por ejemplo, la abstracción, la descomposición de problemas, la algoritmia y la depuración de programas. El aprendizaje y evaluación de habilidades que contribuyen al desarrollo del PC en la educación reglada está cobrando una gran importancia a nivel internacional, habiendo consenso en que este aprendizaje debe comenzar en edades tempranas. Para incluir la enseñanza de la programación y el desarrollo de habilidades de PC en el currículo escolar, es necesario determinar qué debe aprenderse a cada edad y cómo. Al ser una competencia tan reciente, la definición del concepto es aún difusa, así como los marcos de referencia operativos que permitan establecer métodos de enseñanza y de evaluación eficaces. Sin embargo, no existen instrumentos validados y consensuados para el aprendizaje y la evaluación del PC y, además, es necesario establecer cuáles son las habilidades alcanzables y si hay diferencias en la adquisición de estas habilidades según la edad y género de los niños.

En esta tesis, se realiza una revisión sistemática de la literatura en cuanto al PC teórico y operacional, para extraer una propuesta de definición y descomposición del PC, así como varias hipótesis sobre los sistemas que combinan varias estrategias para el aprendizaje y evaluación del PC. Del estado del arte se observa que en los últimos años han surgido nuevos instrumentos de evaluación, los cuales no suelen orientarse a etapas tempranas. En el momento de la realización del presente estudio, no existía, en la comunidad científica, ninguna prueba de evaluación independiente (no relacionada con un entorno de aprendizaje concreto) enfocada a alumnos de Educación Primaria.

Por este motivo, en primer lugar, se diseñó y se validó, a través de una experiencia en colegios, un test de estas características que permitiera una correcta evaluación del PC en etapas tempranas. Este test: Beginners Computational Thinking test (BCTt) fue validado mediante una experiencia con alumnos de Educación Primaria, con resultados muy satisfactorios en cuanto a fiabilidad y con gran acogida internacional, estableciéndose numerosos contactos e iniciando proyectos comunes para la mejora y desarrollo de nuevos instrumentos de evaluación del PC. Estas colaboraciones se orientan a un objetivo común para obtener instrumentos de evaluación que cubran el rango educativo desde etapas prescolares hasta la educación superior. Además, el BCTt se ha traducido a numerosos idiomas, y se han llevado a cabo varias experiencias en diferentes poblaciones y países (como Portugal, Bélgica o Singapur). También se han planteado líneas de actuación futuras, las cuales se encuentran en diferentes fases de desarrollo.

Dado que las primeras preguntas del BCTt resultaron demasiado fáciles para el último ciclo de Educación Primaria, se desarrolló, en una colaboración con la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza, una nueva adaptación del test para estos cursos, el competence Computational Thinking test (cCTt), a través de una experiencia en centros escolares suizos. También se realizó una experiencia, en colaboración con la EPFL de Suiza y la ONG Tree Tree 2 de Portugal, para establecer los límites de edad para utilizar el BCTt y el cCTt, en alumnos de 3º y 4º de Educación Primaria, que es donde existe duda en cuanto a la aplicación de uno u otro test.

Para establecer el límite inferior de edad para la administración del BCTt, se realizó una nueva experiencia en Educación Infantil, basada en la enseñanza de la programación a través de la robótica, en colaboración con la Fontys University of Applied Science y la Zuyd University of Applied Science, ambas en Países Bajos. Esta experiencia permitió validar el BCTt para niños de 4 y 5 años. De esta forma, el BCTt y el cCTt se confirman como instrumentos autónomos, independientes de cualquier entorno, y fiables para la evaluación del PC en Educación Primaria, pudiendo ser administrados como pre-test y post-test en las investigaciones que lo requieran.

También en el contexto de la tesis, y para explorar nuevas estrategias de aprendizaje y evaluación del PC, se ha desarrollado el videojuego colaborativo Blue Ant Code (BAC), así como diversos módulos para el análisis y filtrado de datos de juego. Esta herramienta se basa en el aprendizaje basado en juegos para la enseñanza y evaluación automática del PC mediante analíticas de aprendizaje. Se realizó una experiencia en tres colegios de Educación Primaria y se validó BAC utilizando el BCTt desarrollado previamente. Esta experiencia también permite validar un sistema que combina diferentes estrategias de aprendizaje y evaluación del PC. Los resultados muestran que este sistema es adecuado, especialmente en edades tempranas, cubriendo las tres dimensiones clave del PC (conceptos, prácticas y perspectivas computacionales). Los resultados de la experiencia fueron muy positivos, resultando en una mejora significativa del aprendizaje y de la retención en el tiempo de lo aprendido. BAC, además, pareció mejor adaptado a los alumnos más jóvenes y a aquellos con necesidades especiales o bajo percentil. Uno de los hallazgos más relevantes es que los alumnos de los primeros cursos de Educación Primaria fueron capaces de superar, en las habilidades de PC, a los alumnos de cursos superiores al final de la experiencia, con lo que en esta tesis se resalta la importancia de desarrollar el PC desde edades muy tempranas y se recomienda la incorporación de ciertos conceptos computacionales, como los bucles anidados o los condicionales, en el currículo ya en primer curso de Educación Primaria o incluso en el último curso de Educación Infantil.

Para poder evaluar, además de las habilidades estrictamente académicas, también aspectos relativos a la motivación intrínseca, intereses, persistencia y actitudes frente a las recompensas para la enseñanza de la programación y el PC, se realizó una versión de BAC, con nuevas funcionalidades, para el despliegue masivo en un entorno no escolar y voluntario. En esta experiencia masiva, se examinaron más de 28.000 partidas para analizar el comportamiento de usuarios que voluntariamente jugaron con BAC. A través de analíticas de aprendizaje basadas en juegos, se extrajeron también hallazgos relevantes como por ejemplo que, en un contexto no escolar de juego voluntario, los conceptos computacionales de bucles simples, anidados y condicionales pueden ser superados entre los 3 y los 6 años, lo que podría ser un aspecto a tener en cuenta para la elaboración de los programas escolares. Además, es destacable que todos estos conceptos pueden dominarse completamente a los 4 años si el niño persiste en un reto de forma voluntaria, intrínsecamente motivado.

Por otro lado, también se obtuvieron hallazgos que pueden ayudar a guiar el diseño de mejores herramientas para el aprendizaje de la programación y el desarrollo del PC. Dado que la edad y el género influyen en el rendimiento, es aconsejable adaptar las herramientas de aprendizaje en consecuencia, así como el currículo escolar. Además, los entornos de aprendizaje podrían adecuar la forma de proporcionar refuerzos y recompensas, especialmente para los niños en los retos más complejos y para las niñas a partir de los 5 años, ya que se detectaron diferencias significativas en estos comportamientos según la edad y el género de los niños.

En general, todos los trabajos llevados a cabo y presentados en la tesis, han enriquecido el estado del arte en el nuevo campo del Pensamiento Computacional y especialmente en lo relativo a instrumentos de enseñanza-evaluación y a la determinación de rangos de edad/género y comportamientos en el aprendizaje de esta competencia.