DuinoBlocks4Kids: Using Free Technology and Low-Cost Materials for the Exercise of Computational Thinking in Primary School via Programming and Educational Robotics

Authors

  • Rubens Lacerda Queiroz UFRJ
  • Fábio Ferrentini Sampaio UFRJ
  • Mônica Pereira Santos UFRJ

DOI:

https://doi.org/10.5753/rbie.2019.27.02.167

Keywords:

Computational Thinking, Teaching computer programming, Educational Robotics, Cognitive maturity

Abstract

This paper presents a case study about the development of Computational Thinking in primary school children (3st to 4th grade) via the teaching of programming abilities with the use of educational robotics, free technology and recyclable, low cost materials. We aimed at raising some hypotheses on whether there is a straight relationship between some cognitive aspects of children aged 8-10 (such as the ability to put events and ideas in sequence, the ability to execute mental operations on the basis of concrete experience, among others) and the ability to execute activities that may be linked to the learning of computer programming. The observed results indicated (from the use of a didactic kit developed for the accomplishment of this study) the possibility to develop the following computational thinking skills: abstract thinking ability, understanding of flows of control, Debugging and systematic error detection, iterative thinking, use of conditional logic and problem decomposition. Regarding the investigations related to cognitive maturity, we found evidence of a correlation between the cognitive characteristics analyzed and the performance of certain tasks related to computer programming, such as the development of purely sequential programs and understanding of processing idea.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Rubens Lacerda Queiroz, UFRJ

Programa de Pós-Graduação em Informática (PPGI/UFRJ)

Fábio Ferrentini Sampaio, UFRJ

Programa de Pós-Graduação em Informática (PPGI/UFRJ)

Mônica Pereira Santos, UFRJ

Programa de Pós-Graduação em Informática (PPGI/UFRJ)

References

Aguilar, L. J. (2008). Fundamentos de Programação: Algoritmos, estruturas de dados e objetos. (3 ed.). Porto Alegre: AMGH.

Alves, R. M., Sampaio, F. F. & Elia, M.F. (2014) DuinoBlocks: Desenho e Implementação de um Ambiente de Programação Visual para Robótica Educacional. Revista Brasileira de Informática na Educação, 22(3), 126-140. doi: 10.5753/rbie.2014.22.03.126 [GS Search]

Arnold, K., James, G., & David, H. (2009). A linguagem de programação Java (4 ed.). Porto Alegre: Bookman.

Barr, V., & Stephenson, C. (2011). Bringing computational thinking to K-12: what is Involved and what is the role of the computer science education community? Acm Inroads, 2(1), 48-54. doi: 10.1145/1929887.1929905 [GS Search]

Bell, T., Alexander, J., Isaac, F., & Grimley, M. (2009). Computer science unplugged: School students doing real computing without computers. The New Zealand Journal of Applied Computing and Information Technology, 13(1), 20-29. [GS Search]

Bers, M. U., Flannery, L., Kazakoff, E., & Crouser , R. J. (2010). A Curriculum Unit on Programming and Robotics. DevTech Research Group. Tufts University, Medford. [GS Search]

Bhattacharya, J. (2016). Rudiments of Computer Science (3 ed., Vol. 1). Calcutá: Academic Publishers.

Burnett, M. M. (1999). Visual programming. Em Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc. doi: 10.1002/047134608X.W1707

Butcher, S. E. (2006). Narrative as a Teaching Strategy. Journal of Correctional Education,57, 195–208. Disponível em [Link]

Campos, F. R. (2011). Currículo, Tecnologias e Robótica na Educação Básica (Tese de Doutorado). PUC. São Paulo.

Chaiken, S., & Ledgerwood, A. (2012). A theory of heuristic and systematic information processing. In P. A. M. Van Lange, A. W. Kruglanski, & E. T. Higgins (Eds.), Handbook of theories of social psychology , 246-266. Thousand Oaks, CA, : Sage Publications Ltd.

Chella, M. T. (2016). Ori: Plataforma para Robótica Educacional de Baixo Custo. Anais da VI Mostra Nacional de Robótica (MNR 2016), 778-781. [GS Search]

Cooper, S., Grover, S. Guzdial, M., & Simon, B. (nov de 2014). A Future for Computing Education Research. Communications of the ACM, 57 (11), 34-36. doi: [Link] [GS Search]

Costa Jr., A. d., & Guedes, E. B. (2015). Uma Análise Comparativa de Kits para a Robótica Educacional. Anais do XXXV Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. Recife. Disponível em [Link]

de França, R. S., & do Amaral, H. J. (2013). Ensino de Computação na Educação Básica no Brasil:Um Mapeamento Sistemático. Anais do XXXIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação, 426-431. [GS Search]

de Miranda, L. C., Sampaio, F. F., & Borges, J. d. (Fevereiro de 2011). RoboFácil: Especificação e Implementação de um Kit de Robótica para a Realidade Educacional Brasileira. Revista Brasileira de Informática na Educação, 18(3), 46-58. doi: 10.5753/rbie.2010.18.03.46 [GS Search]

Dijkstra, E. W. (out de 1972). The humble programmer. Communications of the ACM, 15(10), 859-866. doi: 10.1145/355604.361591 [GS Search]

Dimes, T., & Rosa, R.S. (2016). Programação em C# Para Iniciantes. Babelcube Inc.

Elleström, L. (2014). Two Types of Media Transformation. In L. Elleström (Org.), Media Transformation: The Transfer of Media Characteristics Among Media (p. 11–35). London: Palgrave Macmillan. doi: 10.1057/9781137474254-2

Fabri Junior, L. A. (2014). O uso de Arduino na criação de Kit para oficinas de robótica de baixo custo para escolas públicas. Dissertação (Mestrado em Tecnologia e Inovação). Limeira. [GS Search]

Ferreira, L. A., de Jesus, Â. M., Rufo, M. B., & Santos, F. C. (2016). Se-Robô: Aplicativo para Robótica Educacional de Baixo Custo. Anais do XXVII Simpósio Brasileiro de Informática na Educação-SBIE, 1285-1289. doi: 10.5753/cbie.sbie.2016.1285 [GS Search]

Filho, C.F. (2007). História da computação: O Caminho do Pensamento e da Tecnologia. Porto Alegre: EDIPUCRS.

Furtado, O., Bock, A. M., & Teixeira, M. d. (2001). Psicologias: uma introdução ao estudo de psicologia (13 ed.). São Paulo: Saraiva.

Garneli, V., Giannakos, M. N., & Chorianopoulos, K. (2015, Março). Computing education in K-12 schools: A review of the literature. In Global Engineering Education Conference (EDUCON), 2015 IEEE, 543-551. IEEE. doi: 10.1109/EDUCON.2015.7096023 [GS Search]

Grover, S., & Pea, R. (Jan de 2013). Computational Thinking in K-12: A Review of the State of the Field. Educational Researcher, 42(1), 38–43. doi: 10.3102/0013189X12463051 [GS Search]

Gupta, P., Agarwal, V., & Varshney, M. (2007). Data Structure Using ‘C’ (1 ed.) Boston: Firewall Media.

Hemmendinger, D. (Jun de 2010). A plea for modesty. Acm Inroads, 12, 4-7. doi: 10.1145/1805724.1805725

Kamii, C. (1992). A criança e o número: implicações educacionais da teoria de Piaget para a atuação junto a escolares de 4 a 6 anos (36 ed.). Campinas: PAPIRUS.

Kramer, J. (abr de 2007). Is abstraction the key to computing? Communications of the ACM, 50(4), 36–42. doi: 10.1145/1232743.1232745

Lister, R. (2011). Concrete and other neo-Piagetian forms of reasoning in the novice programmer. Proceedings of the Thirteenth Australasian Computing Education Conference (pp. 9-18). Perth: Australian Computer Society. [GS Search]

Lye, S.Y., & Koh, J.H.L. (2014). Review on teaching and learning of computational thinking through programming: What is next for K-12. Computers in Human Behavior. v.41,51-61. doi: 10.1016/j.chb.2014.09.012 [GS Search]

Maiers, W., Bayer, B., Esgalhado, B.D., Jorna, R., Schraube, E. (Eds.). (1999). Challenges to Theoretical Psychology. North York: Captus Press.

Medeiros Filho, D. A., & Gonçalves, P. C. (2008). Robótica educacional de baixo custo: Uma realidade para as escolas brasileiras. Anais do XXVIII Congresso da SBC-XIV Workshop de Informatica na Escola, 264-273. [GS Search]

Meirinhos, M., & Osório, A. (2010). O estudo de caso como estratégia de investigação em educação. EduSer - Revista de Educação, 2(2), 49-65. [GS Search]

Ministério da Educação. (2017). Base Nacional Comum Curricular. Disponível em [Link]

Moreira, M. A. (1999). Teorias de aprendizagem. São Paulo: EPU.

Papert, S. (1993). Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas (2 ed.). New York: Basic Books.

Piaget, J. (1974). To understand is to invent. New York: Grossman Publishers.

Queiroz, R. L. (2017) DuinoBlocks4Kids: utilizando Tecnologia Livre e materiais de baixo custo para o exercício do Pensamentos Computacional no Ensino Fundamental I por meio do aprendizado de programação aliado à Robótica Educacional (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. Disponível em [Link]

Queiroz, R.L., Sampaio, F.F., & Santos, M.P. (2017). DuinoBlocks4Kids: Utilizando Tecnologia Livre e Materiais de Baixo Custo para o Exercício do Pensamento Computacional no Ensino Fundamental I por meio do Aprendizado de Programação Aliado à Robótica Educacional. Anais dos Workshops do Congresso Brasileiro de Informática na Educação (CBIE-2017), Recife, 2017. doi: 10.5753/cbie.wcbie.2017.25 [GS Search]

Resnick, M., Maloney, J., Monroy-Hernández, A., Rusk, N., Evelyn, E., Brennan, K., . . . Silverman, B. (2009). Scratch: programming for all. Communications of the ACM, 52(11), 60-67. doi: 10.1145/1592761.1592779 [GS Search]

Sasahara , L. R., & da Cruz, S. M. (2007). Hajime–Uma nova abordagem em robótica educacional. Anais do Workshop de Informática na Escola, (459-461). [GS Search]

Sasikumar, M., Shikhare, D. & Prakash, R.P. (2014). Introduction to Parallel Processing. (2 ed.) Deli: PHI Learning.

Souza, N. M. (2014). Reflexões sobre a teoria piagetiana: o estágio operatório concreto. Cadernos de Educação: Ensino e Sociedade, 1(1), 134-150. [GS Search]

Sullivan, A., & Bers, M. U. (2016). Robotics in the early childhood classroom: learning outcomes from an 8-week robotics curriculum in pre-kindergarten through second grade. International Journal of Technology and Design Education, 26(1), 3–20. [GS Search]

Szurmak, J.; Thuna, M. (2013). Tell me a story: The use of narrative as a tool for instruction. Proceedings of ACRL, Indianapolis, IN, 546–552. [GS Search]

Terra, M. R. (2010). O desenvolvimento humano na teoria de Piaget. Disponível em [Link]

Whitehouse. (2016). Office of the Press Secretary. President Obama Announces Computer Science For All Initiative. Disponível em [Link]

Wing, J. M. (2006). Computational thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33-35. doi: 10.1145/1118178.1118215

Wing, J. M. (2011). Computational Thinking-What and Why? The Link Magazine, 20-23. Disponível em [Link]

Yin, R. K. (2001). Estudo de Caso: Planejamento e Métodos (2 ed.). Porto Alegre: Bookman.

Published

2019-05-31

How to Cite

QUEIROZ, R. L.; SAMPAIO, F. F.; SANTOS, M. P. DuinoBlocks4Kids: Using Free Technology and Low-Cost Materials for the Exercise of Computational Thinking in Primary School via Programming and Educational Robotics. Brazilian Journal of Computers in Education, [S. l.], v. 27, n. 2, p. 167–197, 2019. DOI: 10.5753/rbie.2019.27.02.167. Disponível em: https://journals-sol.sbc.org.br/index.php/rbie/article/view/4748. Acesso em: 19 sep. 2024.

Issue

Section

Awarded Papers