Integrating Computational Thinking into Swedish Compulsory Education with Block-Based Programming: A case study from the perspective of teachers

Abstrakt

Datalogiskt tänkande (DT) tar en allt större plats i grundskoleutbildningen över hela världen. Programmering anses vara ett lämpligt och standardiserat sätt att lära ut DT. Blockbaserade programmeringsspråk, som Scratch, har framgångsrikt attraherat många unga användare i klassrummen under det senaste decenniet. Mycket av framgången kan härledas till de fördelar som blockbaserade programmeringsspråk har, till exempel att de är mediarika och har enkla syntax. Under de senaste globala reformerna av DT har Sverige reviderat läroplanen för grundskolan så att den inkluderar DT och programmering. Den nya svenska läroplanen kräver att DT och programmering huvudsakligen ska ingå i ämnet matematik och teknik från och med juli 2018. Det finns dock stora utmaningar med denna utbildningsreform. Historiskt sett har DT och programmering inte varit en del av lärarutbildningen och är inte heller fokus för lärarnas professionella utveckling och vidareutbildning. Syftet med denna avhandling var att undersöka om lärare kan integrera DT och programmering i ämnet matematik och teknik trots begränsad kompetens på området. Vidare undersöker denna avhandling integrationsprocessen för DT och programmering i svensk utbildning i ett lärarperspektiv. Specifikt så granskar den två viktiga aspekter av integrationen: DT färdigheterna som lärts ut av lärarna i blockbaserade programmeringsspråk och lärarnas kompetens inom DT och programmering. För att undersöka integrationsprocessen genomfördes en fallstudie inom ramen av ett nationellt forsknings- och utvecklingsprojekt som syftar till att förbättra grundskolelärarnas kompetens i DT och pedagogiska färdigheter i programmering. Flera datakällor samlades in, triangulerades och analyserades kvalitativt och kvantitativt. Undersökningen testade och utvidgade ett ramverk för DT som beskriver de färdigheter som kan förvärvas genom blockbaserade programmeringsspråk. Studien visar också de färdigheter i DT som lärare har inkluderat i sin undervisning och bedömning, liksom de inlärnings- och undervisningssvårigheter som har uppstått. Studien visade vidare en inlärningsprogression av färdigheterna för DT hos unga elever. Studien jämförde de färdigheter som anges i ramverket med de färdigheter som lärts ut och bedömts. Skillnaderna i jämförelsen visar att lärarna har begränsade färdigheter i DT och programmering. Slutligen konstruerades ett test som systematiskt kartlägger lärarnas kompetens i DT. Studien undersökte även förhållandet mellan lärarnas bakgrund och deras kompetens i DT. ii Sammanfattningsvis undersöker denna studie viktiga aspekter av integrationen av datalogiskt tänkande och programmering i svensk grundskoleutbildning. Så vitt författaren vet saknas studier på detta område sedan den nya läroplanen trädde i kraft. Denna studie bidrar därför med värdefulla detaljer för integrationen. Dessutom bidrar detta arbete med kunskap om lärares kompetens inom DT, eftersom relevanta studier på området är sällsynta. Genom att fokusera på vad lärarna valde att undervisa i och deras kompetens inom DT, så lyfter denna studie lärarnas perspektiv. På grund av fallstudiens design kan dessutom resultaten tillämpas direkt i praktiken, såsom planeringsinstruktioner och utformning av bedömningar, identifiering av områden för förbättring och styrning av den framtida professionella utvecklingen.

Integrating Computational Thinking into Swedish Compulsory Education with Block-Based Programming: A case study from the perspective of teachers

Computational thinking (CT) is increasingly widespread in compulsory education worldwide, and programming is considered to be an appropriate and standard way of delivering CT. In particular, block-based programming languages (BBPLs) such as Scratch have successfully attracted an enormous amount of young users and have begun to predominate in classrooms over the past decade. Much of this success can be attributed to the features of BBPLs, such as their media-rich environment and straightforward syntax. As part of the recent computing education reforms taking place globally, Sweden has revised its compulsory curriculum to include CT and programming. This new Swedish curriculum mandates that CT and programming should be incorporated primarily in the areas of mathematics and technology, effective from July 2018. However, dilemmas and challenges arise from this educational reform. Compulsory school teachers may not be equipped with adequate CT competence to implement the new curriculum, and CT and programming have not historically formed part of teacher training, and have not been the focus of professional development. This raises questions over the extent to which teachers with limited competence in a subject can integrate it into lessons. This dissertation is therefore dedicated to investigating the integration process of CT and programming into Swedish compulsory education from the perspective of teachers. More specifically, it scrutinizes two essential aspects of integration: the CT skills that are taught and assessed by the teachers using a BBPL, and the teachers’ CT competence.

A case study was conducted to probe the integration process. This was carried out as part of a national research and development project aiming to enhance compulsory school teachers’ CT competence and pedagogical skills in programming. Multiple sources of data were collected, triangulated, and analyzed both qualitatively and quantitatively. The key findings can be summarized as follows. Firstly, the CT framework was examined and extended to describe the CT skills that can be acquired through BBPLs. Secondly, the CT skills included by teachers in their instruction and assessment were identified, as well as the learning and teaching difficulties that are encountered. A learning progression for CT skills for young learners was also proposed. Thirdly, the CT skills listed in the examined framework were compared with those taught and assessed by the teachers. The differences yielded by this comparison implied that the teachers had limited CT and programming proficiency. Finally, a CT test was constructed and the teachers’ CT competence was systematically surveyed. In addition, the relationship between a teacher’s background and CT competence was investigated.

The significance of this study is manifold and unique. The primary contribution is an examination and evaluation of the most important aspects of the integration of CT and programming into Swedish compulsory education. To the best of the author’s knowledge, no previous research has provided insights into this matter since the new curriculum went into effect. Hence, this study is the first to update the stakeholders (namely teachers, students, parents, school management, and policy makers) with valuable and specific details of this integration. Furthermore, this work contributes to the establishment of a body of knowledge regarding in-service teachers in CT education research, since studies of this topic have been scarce. By focusing on what teachers choose to teach and their competence in CT, their perspective is brought to the fore. Due to the nature of case studies, the findings in this study can be directly applied in practice, such as when planning instructions and designing assessments, pinpointing areas for improvement, and directing future professional development.