Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 1 Sesión 1: Enseñanza de la Informática e investigación en enseñanza de la Informática Ángel.

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1 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 1 Sesión 1: Enseñanza de la Informática e investigación en enseñanza de la Informática Ángel Velázquez Universidad Rey Juan Carlos España

2 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 2 Objetivos de la sesión 1 Dar una visión panorámica de la informática y la programación: –Ampliar horizontes: Nuevas ideas o formas de pensar Un contexto para la enseñanza de la programación –Dar puntos de referencia: “Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo” (Pitágoras) Dar una visión panorámica de investigación en enseñanza de la Informática: –Énfasis en programación Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

3 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 3 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Índice Recomendaciones curriculares Reflexiones sobre la Informática Campos de investigación en enseñanza de la Informática

4 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 4 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Recomendaciones curriculares

5 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 5 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Recomendaciones curriculares Recomendaciones curriculares: –Reflejan una concepción de una disciplina –No nos interesan ahora por la elaboración de planes de estudios sino por sus “grandes ideas” Recomendaciones internacionales: –Association for Computing Machinery (ACM) –Computer Society of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE-CS) –IFIP-UNESCO –Carnegie-Mellon University –…

6 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 6 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Recomendaciones curriculares ACM: –ACM’68 –ACM’78: Modelo basado en un núcleo básico de asignaturas, que ha tenido una gran influencia posterior Terminología de asignaturas, principalmente CS1 y CS2 Revisión de CS1 y CS2 IEEE-CS: –IEEE’77, IEEE’83: Dan importancia a los laboratorios

7 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 7 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Recomendaciones curriculares Actividad individual: –Explorar el sitio web de ACM (http://www.acm.org/)http://www.acm.org/ Biblioteca digital (http://dl.acm.org/)http://dl.acm.org/ Actividades educativas (http://www.acm.org/education/)http://www.acm.org/education/ Recomendaciones curriculares (http://www.acm.org/education/curricula- recomendations/)http://www.acm.org/education/curricula- recomendations/ –Explorar el sitio web de IEEE-CS (http://www.computer.org/)http://www.computer.org/

8 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 8 Informe Denning Grupo de trabajo conjunto de ACM e IEEE- CS, formado por 7 miembros y coordinado por Peter J. Denning 3 objetivos: –Definir la Informática (computing) –Proponer un paradigma de enseñanza acorde a estándares científicos tradicionales –Ofrecer un ejemplo de una asignatura de introducción a la Informática Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

9 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 9 Informe Denning Definición de Informática: –Consta de: Requisitos Definición: –El estudio sistemático de los procesos que describen y transforman información –¿Qué puede automatizarse (eficientemente)? División en 9 áreas Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

10 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 10 Informe Denning Definición de Informática: –Consta de: División en 9 áreas: –Algoritmos y estructuras de datos –Lenguajes de programación –Arquitectura –Computación numérica y simbólica –Sistemas operativos –Metodología e ingeniería del software –Bases de datos y recuperación de la información –Inteligencia artificial y robótica –Comunicación persona-computador Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

11 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 11 Informe Denning La Informática no es sólo programación: –Propone que CS1 dé una visión panorámica de la Informática –Reconoce su gran importancia y su gran potencial formativo Gran importancia de los laboratorios Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

12 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 12 Informe Denning Reflexión individual o en pareja: Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 ¿Qué tipo de disciplina es la Informática (ciencia, ingeniería, rama de otra disciplina, etc)?

13 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 13 Informe Denning La Informática es una “disciplina” que se inspira en tres culturas: –Matemáticas –Ciencias naturales –Ingeniería Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

14 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 14 Informe Denning Cultura teórica: –Basado en la matemáticas –Pasos de desarrollo de una teoría coherente y válida: 1.Definición: caracterizar los objetos de estudio 2.Teorema: conjeturar posibles relaciones entre los objetos 3.Demostración: determinar si las relaciones se cumplen 4.Interpretar los resultados Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

15 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 15 Informe Denning Cultura de modelado (o abstracción o experimentación): –Basado en el método científico experimental –Pasos de investigación de un fenómeno: 1.Formular una hipótesis 2.Construir un modelo y hacer una predicción 3.Planificar un experimento y recoger datos 4.Analizar los resultados Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

16 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 16 Informe Denning Cultura de diseño: –Basado en la ingeniería –Pasos de construcción de un sistema que resuelva un problema: 1.Formular requisitos 2.Formular especificaciones 3.Diseñar e implementar el sistema 4.Probar el sistema Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

17 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 17 Computing Curricula 1991 Elementos básicos para formar un plan de estudios: –La definición de Informática del Informe Denning, incluyendo las 9 áreas: Se describen “unidades de conocimiento”, no asignaturas –Un área optativa de introducción a la programación –Un área de cuestiones sociales, éticas y profesionales –Un conjunto de 12 conceptos recurrentes en la Informática Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

18 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 18 Computing Curricula 1991 Organización de un plan de estudios: –Materias de Informática (básicas, avanzadas y suplementarias) –Materias matemáticas y científicas –Trabajo de laboratorio, sobre todo de programación –Otras materias y experiencias educativas Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

19 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 19 Computing Curricula 2001 Diversificación: –Computer Science (CS 2001) –Computer Engineering (CE) –Information Systems (IS) –Software Engineering (SE) Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

20 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 20 Computing Curricula 2001 CS 2001 contempla: –Cuerpo de conocimiento y su organización en asignaturas: 14 áreas –Proyecto de fin de carrera –Prácticas profesionales –Habilidades personales –Cuestiones institucionales –La Informática para no informáticos Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

21 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 21 Computing Curricula 2001 Las 14 áreas: –Estructuras discretas –Fundamentos de programación –Algoritmos y complejidad –Lenguajes de programación –Arquitectura y organización –Sistemas operativos –Computación en la red –Interacción persona-computador –Gráficos y computación visual –Sistemas inteligentes –Gestión de la información –Ingeniería del software –Cuestiones sociales y profesionales –Ciencia computacional Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

22 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 22 Computing Curricula 2001 Propone formas destacadas de organizar las asignaturas básicas e intermedias: Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

23 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 23 Computing Curricula 2001 Reflexión en grupos de profesores que dan la misma asignatura: Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Tras examinar las áreas de conocimiento de CS: ¿Estáis de acuerdo con la selección de unidades de conocimiento básicas de vuestras materias? ¿Están todas las unidades de conocimiento propuestas en el plan de estudios de la ESPOCH?

24 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 24 Otros CC Computing Curricula 2005 –Diversificación y actualización: Computer Science (CS 2001) Computer Engineering (CE 2004) Information Systems (IS 2002) Information Technologies (IT 2006) Software Engineering (SE 2004) Revisión en el CS 2008 IS 2010 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

25 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 25 CC 2013 18 áreas: –Las 14 anteriores más… –Aseguramiento y seguridad de la información –Desarrollo basado en plataforma –Computación paralela y distribuida –Fundamentos de sistemas Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1

26 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 26 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Reflexiones sobre la Informática

27 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 27 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Paradigmas de programación Significado de paradigma: –Ejemplo representativo –Un modelo Paradigma de programación: –Evolución en el tiempo: R. Floyd daba este nombre en 1979 a técnicas de programación de bajo nivel, métodos de diseño de algoritmos y enfoques de alto nivel en la programación –Actualmente se utiliza para referirse al modelo de cómputo

28 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 28 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Paradigmas de programación Paradigmas más frecuentemente aceptados: –Imperativo –Orientado a objetos –Funcional –Lógico –Paralelo o concurrente

29 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 29 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Paradigmas de programación Programación funcional: –Elemento básico de información: Expresión –Elemento básico de cómputo: Función –Estructuración de cálculos: Distintas clases de expresión: –Composición de funciones –Expresión condicional –...

30 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 30 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Paradigmas de programación Programación imperativa: –Elemento básico de información: Valor almacenado –Elemento básico de cómputo: Asignación –Estructuración de cálculos: Distintas clases de instrucción: –Secuencia –Instrucción condicional –Instrucción repetitiva –Llamada a subprograma

31 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 31 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Paradigmas de programación Paradigmas más frecuentemente aceptados: –Imperativo –Orientado a objetos –Funcional –Lógico –Paralelo o concurrente Reflexión individual o en pareja: ¿Pueden agruparse o descomponerse los paradigmas en una clasificación?

32 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 32 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Pensamiento computacional El mundo y nuestra actitud ha cambiado Forma de pensar específica de la Informática, que no específica de los informáticos: –Debería ser una de las habilidades básicas, igual que leer, escribir u operar El pensamiento computacional ya ha influido en muchas otras disciplinas: –Estadística –Biología –…

33 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 33 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Pensamiento computacional No hay una definición clara del pensamiento computacional, pero éste contempla: –Formas de resolver problemas –Formas (o paradigmas) de modelar –Abstracción y descomposición –Manejo de errores y de la seguridad –Manejo de la incertidumbre, grandes volúmenes de datos y compromisos entre objetivos diferentes

34 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 34 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Pensamiento computacional Propuesta con éxito mediático, pero: –Falta de rigor –Ya había propuestas parecidas en Informática (pensamiento algorítmico, etc.) –Se han hecho estudios posteriores para una mejor definición, p.ej. en el contexto de bachillerato

35 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 35 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Conceptos recurrentes Ideas, preocupaciones, principios y procesos que ayudan a unificar una disciplina Propuesta de CC1991: –Ligadura: El proceso de que una abstracción se haga concreta al asociarle propiedades adicionales –Complejidad de los problemas grandes: El incremento no lineal de la complejidad en función del tamaño del problema –Modelos conceptuales y formales: Diversas formas de formalizar, caracterizar, visualizar y pensar sobre una idea o problema

36 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 36 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Conceptos recurrentes Propuesta de CC1991: –Coherencia y completitud: Manifestaciones concretas en la informática de los conceptos de coherencia y completitud –Eficiencia: Medida del coste en recursos –Evolución: El cambio y sus implicaciones –Niveles de abstracción: El uso de la abstracción para manejar la complejidad y estructurar sistemas –Ordenación en el espacio: Concepto de localidad y proximidad

37 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 37 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Conceptos recurrentes Propuesta de CC1991: –Ordenación en el tiempo: Concepto de tiempo en la ordenación de sucesos –Reutilización: La capacidad de reutilizar en un nuevo contexto o situación una técnica, concepto o componente de sistema concreto –Seguridad: La capacidad de los sistemas de responder adecuadamente y defenderse de peticiones inadecuadas o imprevistas –Compromisos y consecuencias: Los compromisos y sus consecuencias, así como los efectos de elegir una alternativa en lugar de otras

38 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 38 Seminario “Enseñanza de la Programación” – Sesión 1 Conceptos recurrentes Reflexión individual o en pareja: –Ligadura –Complejidad de los problemas grandes –Modelos conceptuales y formales –Coherencia y completitud –Eficiencia –Evolución –Niveles de abstracción –Ordenación en el espacio –Ordenación en el tiempo –Reutilización –Seguridad –Compromisos y consecuencias ¿Echas de menos o de más algún concepto recurrente?

39 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 39 Seminario “Enseñanza de la Programación” Introducción a la investigación en enseñanza de la Informática

40 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 40 Seminario “Enseñanza de la Programación” Investigación en enseñanza de la Informática Disciplinas “añejas”: –Philosophical Transactions, Royal Society, Inglaterra, 1665 –Didáctica de otras disciplinas: matemáticas, química, idiomas, etc. Enseñanza de la informática, más reciente: –ACM Special Interest Group in Computer Science Education (SIGCSE), 1970 –Revista Computer Science Education, 1988

41 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 41 Seminario “Enseñanza de la Programación” Investigación en enseñanza de la Informática Investigación en enseñanza de la Informática (computer science education research, CSER) Confluencia de diversos investigadores: –Pedagogos –Psicólogos –Informáticos y otros ingenieros Diferentes: –Tradiciones intelectuales –Marcos conceptuales –Métodos de investigación

42 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 42 Seminario “Enseñanza de la Programación” Investigación en enseñanza de la Informática Recursos: –ACM Special Interest Group in Computer Science Education (SIGCSE): ACM Transactions on Computing Education (TOCE) ACM Inroads Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE) Annual Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education (ITiCSE) International Workshop on Computer Science Education Research (ICER)

43 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 43 Seminario “Enseñanza de la Programación” Investigación en enseñanza de la Informática Recursos: –IEEE Computer Society y Education Society: IEEE Transactions on Education IEEE Transactions on Learning Technologies IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT) IEEE Frontiers in Education Conference (FIE) –Otros: Computer Science Education Computers & Education …

44 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 44 alta argumentación/teoría baja alta evidencia baja argumentación/teoría Investigación en enseñanza de la Informática propuestas investigación en enseñanza de la informática experiencias prácticas Seminario “Enseñanza de la Programación”

45 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 45 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Áreas destacadas: –Contenidos innovadores –Métodos de enseñanza –Evaluación de los alumnos –Comprensión de los alumnos –Tecnología (informática) educativa –Atracción y retención de alumnos –Otras

46 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 46 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Contenidos innovadores: –Investigación en cómo mejorar los contenidos a transmitir a los alumnos: ¿Cómo puede organizarse una asignatura? ¿Pueden diseñarse nuevos ejemplos, ejercicios, prácticas…? ¿Qué teoría puede desarrollarse, mejorarse o integrarse en una asignatura?

47 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 47 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Métodos de enseñanza: –Investigación en métodos didácticos que aumenten el aprendizaje: ¿Qué ayudas pueden concebirse para ayudar a los alumnos a comprender una materia? ¿Cómo puede organizarse la didáctica de una materia? –Transferencia de otras disciplinas (pedagogía, psicología) a CSER: Aprendizaje activo Estilos de aprendizaje

48 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 48 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Evaluación de los alumnos: –Investigación en formas de medir el aprendizaje ¿Qué formas de evaluación son más adecuadas con ciertos objetivos y en ciertos contextos? ¿Son válidas ciertas formas de evaluación? –Evaluación automática: Cuestiones técnicas: sistemas, etc. Cuestiones didácticas: políticas de reenvío, plagios, etc. –Estudios multi-institucionales

49 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 49 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Comprensión de los alumnos: –Investigación de las percepciones y construcciones mentales de los alumnos: ¿Qué dificultades tienen los alumnos y porqué? ¿Qué diferencias de aprendizaje hay entre unos y otros alumnos? ¿Qué diferencias de comprensión hay entre alumnos y expertos? –El campo de estudio puede oscilar entre muy amplio o muy específico: ¿Qué dificultades tienen los alumnos para comprender la herencia en POO?

50 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 50 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Tecnología (informática) educativa: –Investigación en la aplicación de la informática a la educación: Tecnología de propósito general: plataformas de e- learning, sistemas colaborativos, etc. Tecnología específica de la programación: entornos, tutores, etc. –Visualización, animación y simulación: Uso de representaciones gráficas, quizá dinámicas ¿Resulta un aprendizaje más eficaz? ¿Exigen un esfuerzo añadido al profesor o al alumno?

51 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 51 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Atracción y retención de alumnos: –Atracción a los estudios universitarios de Informática –En la educación secundaria e incluso primaria: Nuevas formas de enseñar la informática –Mayor representación de mujeres y minorías étnicas o culturales

52 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 52 Seminario “Enseñanza de la Programación” Áreas de investigación Otras áreas: –Transferencia de prácticas profesionales a la universidad: Programación extrema y en pareja –Transferencia técnica –Proyectos útiles a la sociedad –Proyectos de grado –…

53 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 53 Seminario “Enseñanza de la Programación” Mi experiencia e interés Contenidos innovadores: –Enseñanza de la recursividad –Metodología para programación concurrente –Un primer curso de lenguajes de programación  Aprendizaje de la optimalidad en algoritmia  ¿Estructuración y didáctica de conceptos de algoritmos? Métodos de enseñanza: Algoritmos voraces por descubrimiento  Aprendizaje de la optimalidad en algoritmia

54 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 54 Seminario “Enseñanza de la Programación” Mi experiencia e interés Informática educativa: –El entorno de programación funcional WinHIPE  El sistema de animación de la recursividad SRec  ¿Visualización de técnicas de diseño de algoritmos?  Los sistemas de experimentación con algoritmos de optimización GreedEx y OptimEx Comprensión de los alumnos:  Malentendidos de conceptos de optimización

55 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 55 Seminario “Enseñanza de la Programación” Mi experiencia e interés Evaluación de los alumnos:  ¿Portar OptimEx a un corrector automático en la web? Atracción y retención de los alumnos:  ¿Programación en secundaria: Scratch…?

56 Programa Prometeo – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo 56 Seminario “Enseñanza de la Programación” Mi experiencia e interés Si a alguien le interesa investigar en alguno de estos temas… me tienen a su disposición, aunque sólo sea para hablar