Teaching programming during comprehensive education: Comparing play-based learning to graphical programming languages

Ohjelmoinnin opettaminen yleissivistävänä oppiaineena on viime aikoina herättänyt kiinnostusta Suomessa ja muualla maailmassa. Esimerkiksi Suomen opetushallituksen määrittämien, vuonna 2016 käyttöön otettavien peruskoulun opintosuunnitelman perusteiden mukaan, ohjelmointitaitoja aletaan opettaa suomalaisissa peruskouluissa ensimmäiseltä luokalta alkaen. Ohjelmointia ei olla lisäämässä omaksi oppiaineekseen, vaan sen opetuksen on tarkoitus tapahtua muiden oppiaineiden, kuten matematiikan yhteydessä. Tämä tutkimus käsittelee yleissivistävää ohjelmoinnin opetusta yleisesti, käy läpi yleisimpiä haasteita ohjelmoinnin oppimisessa ja tarkastelee erilaisten opetusmenetelmien soveltuvuutta erityisesti nuorten oppilaiden opettamiseen. Tutkimusta varten toteutettiin verkkoympäristössä toimiva, noin 9–12-vuotiaille oppilaille suunnattu graafista ohjelmointikieltä ja visuaalisuutta tehokkaasti hyödyntävä oppimissovellus. Oppimissovelluksen avulla toteutettiin alakoulun neljänsien luokkien kanssa vertailututkimus, jossa graafisella ohjelmointikielellä tapahtuvan opetuksen toimivuutta vertailtiin toiseen opetusmenetelmään, jossa oppilaat tutustuivat ohjelmoinnin perusteisiin toiminnallisten leikkien avulla. Vertailututkimuksessa kahden neljännen luokan oppilaat suorittivat samankaltaisia, ohjelmoinnin peruskäsitteisiin liittyviä ohjelmointitehtäviä molemmilla opetus-menetelmillä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää alakouluoppilaiden nykyistä ohjelmointiosaamista, sitä minkälaisen vastaanoton ohjelmoinnin opetus alakouluoppilailta saa, onko erilaisilla opetusmenetelmillä merkitystä opetuksen toteutuksen kannalta ja näkyykö eri opetusmenetelmillä opetettujen luokkien oppimistuloksissa eroja. Oppilaat suhtautuivat kumpaankin opetusmenetelmään myönteisesti, ja osoittivat kiinnostusta ohjelmoinnin opiskeluun. Sisällöllisesti oppitunneille oli varattu turhan paljon materiaalia, mutta esimerkiksi yhden keskeisimmän aiheen, eli toiston käsitteen oppimisessa aktiivisilla leikeillä harjoitellut luokka osoitti huomattavasti graafisella ohjelmointikielellä harjoitellutta luokkaa parempaa osaamista oppitunnin jälkeen. Ohjelmakoodin peräkkäisyyteen liittyvä osaaminen oli neljäsluokkalaisilla hyvin hallussa jo ennen ohjelmointiharjoituksia. Aiheeseen liittyvän taustatutkimuksen ja luokkien opettajien haastatteluiden perusteella havaittiin koulujen valmiuksien opetussuunnitelmauudistuksen mukaiseen ohjelmoinnin opettamiseen olevan vielä heikolla tasolla.Teaching programming during comprehensive education has attracted interest in the recent years in Finland and around the world. For example The Finnish National Board of Education has added programming to the Finnish comprehensive schools national curriculum, and the teaching begins in 2016. Programming is not going to be included as it's own subject alongside for example sports and biology, but instead the teaching of programming skills is planned to happen within existing subjects, such as mathematics. This thesis examines the teaching of programming during comprehensive education in a general manner, reviews the most common challenges of learning programming, and compares the suitability of different teaching methods, especially for young students. One big part of this study was to create a web application, that uses a graphical programming language to help with the teaching of programming to approximately 9 to 12 year old students. This web application was used during the empiric part of this study, comparing the online study method to a play-based learning method, where the students learned programming concepts using different physical games and activities. In the comparison study, two Finnish primary schools fourth grade classes executed very similar exercises relating to the basic concepts of programming using the previously described two different teaching methods. The goals of this comparison study were to survey the current status of programming skills of primary school students, what are the students attitudes towards programming education, do the different methods have an effect on the learning results, and what kind of practical things there are to consider, when executing education with these very different kind of methods. The participating students were very positive towards both teaching methods, and did show an interest in learning programming. The amount of content reserved for each class turned out to be a bit too much for the short teaching sessions, but in spite of that, it was clear that the class using play-based methods did show better learning results after the class, than the one that used a graphical programming language. Most of the students seemed to already have good skills related to the successive nature of programming language execution before the teaching. The background research and teachers interviews did observe that the general preparedness of schools and teachers for the change of the national study plans to take on programming education is still weak.Siirretty Doriast