[论文解读] The Importance of Computing Education Research

Steve Cooper, J. M. Forbes+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2016

Teaching and Learning Programming参考文献 14被引用 4

一句话总结

本文白皮书主张，计算教育研究（CER）必须成为计算机科学中的基础研究领域，以应对日益增长的、面向多样化学生群体的计算教育需求。它提出由计算机科学系主导CER项目，以改进教学方法与技术，确保为日益多样化的学习者提供有效且包容的教学。

ABSTRACT

Interest in computer science is growing. As a result, computer science (CS) and related departments are experiencing an explosive increase in undergraduate enrollments and unprecedented demand from other disciplines for learning computing. According to the 2014 CRA Taulbee Survey, the number of undergraduates declaring a computing major at Ph.D. granting departments in the US has increased 60% from 2011-2014 and the number of degrees granted has increased by 34% from 2008-2013. However, this growth is not limited to higher education. New York City, San Francisco and Oakland public schools will soon be offering computer science to all students at all schools from preschool to 12th grade, although it will be an elective for high school students. This unprecedented demand means that CS departments are likely to teach not only more students in the coming decades, but more diverse students, with more varied backgrounds, motivations, preparations, and abilities. This growth is an unparalleled opportunity to expand the reach of computing education. However, this growth is also a unique research challenge, as we know very little about how best to teach our current students, let alone the students soon to arrive. The burgeoning field of Computing Education Research (CER) is positioned to address this challenge by answering research questions such as, how should we teach computer science, from programming to advanced principles, to a broader and more diverse audience? We argue that computer science departments should lead the way in establishing CER as a foundational research area of computer science, discovering the best ways to teach CS, and inventing the best technologies with which to teach it. This white paper provides a snapshot of the current state of CER and makes actionable recommendations for academic leaders to grow CER as a successful research area in their departments.

研究动机与目标

• 应对计算机科学在K-12及高等教育阶段日益增长的计算教育需求，源于对该学科日益增长的兴趣。
• 回应教学日益多样化学生群体的挑战，这些学生具有不同的背景、动机和准备水平。
• 将计算教育研究（CER）确立为计算机科学系内的基础研究领域。
• 提升教学法的有效性，并开发创新的教学技术，以支持更广泛的计算教育可及性。
• 为学术领导者提供切实可行的建议，以推动CER的发展并实现其作为可持续研究领域的制度化。

提出的方法

• 全面审查当前计算教育研究（CER）的现状，以识别研究空白与机遇。
• 分析2014年CRA Taulbee调查中的入学趋势数据，量化计算专业学生人数与学位授予量的激增。
• 考察纽约、旧金山和奥克兰等城市的K-12教育举措，评估其系统性扩展计算教育可及性的努力。
• 将CER定位为一个研究领域，聚焦于回答如何在不同教育阶段和人群间最有效地教授计算机科学。
• 提出院系层面的制度化策略，将CER整合进其研究使命中，包括人才招聘、资金支持与课程开发。
• 采用白皮书形式，向学术领导者提供基于证据的建议，推动CER作为核心研究领域的制度化。

实验结果

研究问题

• RQ1 计算机科学系如何最好地为教学更多元化且迅速增长的学生群体做好准备？
• RQ2 从入门级编程到高级理论概念，教授计算机科学最有效的教学方法是什么？
• RQ3 如何开发并整合新技术，以提升计算教育的可及性与有效性？
• RQ4 需要哪些制度结构与激励机制，才能将CER确立为计算机科学中的基础研究领域？
• RQ5 CER如何助力扩大K-12及高等教育体系中计算教育的可及性？

主要发现

• 美国授予博士学位的院系中，本科计算专业学生人数从2011年到2014年增长了60%，学位授予量从2008年到2013年增长了34%。
• 纽约、旧金山和奥克兰等城市正在实施全市范围的K-12计算教育计划，从幼儿园到12年级提供计算机科学课程。
• 尽管需求不断增长，但目前对如何有效教授具有不同背景和准备水平的多样化学习者仍缺乏充分理解。
• 与教育挑战的规模相比，计算教育研究（CER）领域仍发展不足，形成了关键的研究空白。
• 学术领导者被敦促通过战略性招聘、资金投入以及将CER整合进院系使命，推动CER的制度化。
• CER有潜力通过开发基于证据的教学方法与创新教育技术，彻底变革计算教育。