Educación en informática - Enciclopedia

Educación en ciencias de la computación o educación en informática es el campo de la enseñanza y el aprendizaje de la disciplina de las ciencias de la computación y del pensamiento computacional. Este campo de la educación en ciencias de la computación abarca una amplia gama de temas, desde habilidades básicas de programación hasta el diseño avanzado de algoritmos y análisis de datos. Es un campo en rápido crecimiento que es esencial para preparar a los estudiantes para carreras en la industria tecnológica y en otros campos que requieren habilidades computacionales.

La educación en ciencias de la computación es esencial para preparar a los estudiantes para la fuerza laboral del siglo XXI. A medida que la tecnología se integra cada vez más en todos los aspectos de la sociedad, la demanda de científicos de la computación calificados está creciendo. Según el Bureau of Labor Statistics, la ocupación en ocupaciones de computación e información tecnológica se proyecta que "crezca un 21 por ciento de 2021 a 2031", mucho más rápido que el promedio de todas las ocupaciones.

Además de preparar a los estudiantes para carreras en la industria tecnológica, la educación en ciencias de la computación también promueve habilidades de pensamiento computacional, que son valiosas en muchos campos, incluyendo negocios, salud y educación. Al aprender a pensar algorítmicamente y resolver problemas de manera sistemática, los estudiantes pueden convertirse en solucionadores de problemas más efectivos y pensadores críticos.

Antecedentes
En los primeros días de la programación de computadoras, no existía realmente la necesidad de establecer algún tipo de sistema educativo, ya que las únicas personas que trabajaban con computadoras en ese momento eran científicos y matemáticos tempranos. La programación de computadoras no era lo suficientemente popular como para justificar su enseñanza, ni estaba en un punto donde alguien que no fuera un experto pudiera obtener algo de ella. Sin embargo, pronto se dio cuenta de que los matemáticos no eran una buena opción para el trabajo en ciencias de la computación y que habría una necesidad de personas completamente enfocadas en el tema. A medida que el tiempo pasó, hubo una mayor necesidad de personas específicamente entrenadas en programación de computadoras para satisfacer las demandas de un mundo cada vez más dependiente del uso de computadoras. Inicialmente, solo las universidades y las escuelas ofrecían cursos de programación de computadoras, pero a medida que el tiempo pasó, las escuelas secundarias e incluso las primarias implementaron programas de ciencias de la computación.

En comparación con la educación científica y matemática, la educación en ciencias de la computación (CS) es un campo mucho más joven. En la historia de la computación, las computadoras digitales solo se construyeron a partir de aproximadamente los años 1940, aunque la computación ha estado presente durante siglos desde la invención de las computadoras analógicas.

Otra diferencia de la educación en ciencias de la computación es que, hasta hace poco, se ha enseñado principalmente a nivel universitario, con algunas excepciones notables en Israel, Polonia y el Reino Unido con el BBC Micro en los años 1980 como parte de la educación en ciencias de la computación en el Reino Unido. La ciencia de la computación ha sido parte de los planes de estudios escolares desde los 14 o 16 años en algunos países durante varias décadas, pero generalmente como una asignatura optativa.

La educación en ciencias de la computación en primaria y secundaria es relativamente nueva en los Estados Unidos, con muchos maestros de CS de K-12 que enfrentan obstáculos para integrar la instrucción de CS, como el aislamiento profesional, recursos limitados de desarrollo profesional en CS y bajos niveles de autoeficacia en la enseñanza de CS. Según un informe de 2021, solo el 51% de las escuelas secundarias en los EE. UU. ofrecen ciencias de la computación.

Los maestros de CS en primaria, en particular, tienen una menor autoeficacia en la enseñanza de CS y tienen menos oportunidades de implementar CS en su instrucción en comparación con sus colegas de secundaria y preparatoria. Conectar a los maestros de CS con recursos y pares utilizando métodos como comunidades de práctica virtuales ha demostrado ayudar a los maestros de CS y de STEM a mejorar su autoeficacia y a implementar temas de CS en la instrucción de los estudiantes.

Inteligencia Artificial Generativa y Educación en Computación
La Inteligencia Artificial Generativa (GAI) está ganando popularidad y se está extendiendo en el sector público. Tanto los maestros como los estudiantes han manifestado que creen que es una herramienta educativa útil, mientras expresan preocupaciones sobre la sobredependencia durante el aprendizaje. Se sabe que la GAI puede alucinar información, causando preocupaciones sobre la fiabilidad de la información que proporciona. Es necesario realizar más trabajo sobre cómo utilizar estos herramientas para el aprendizaje efectivo.

Plan de estudios
Al igual que con la mayoría de las disciplinas, la ciencia de la computación se beneficia de usar diferentes herramientas y estrategias en diferentes puntos del desarrollo de los estudiantes para asegurarse de que obtengan el máximo provecho de la enseñanza. Los lenguajes de programación visuales como Scratch y MIT App Inventor son efectivos en las escuelas primarias y secundarias como una buena introducción a cómo funcionan los lenguajes de programación con una estructura de programación basada en bloques simple y fácil de entender. Una vez que los estudiantes han obtenido una comprensión de los muy básicos de la programación a través de estos lenguajes, generalmente los maestros pasan a un lenguaje de programación de texto fácil de usar, como Python, donde la sintaxis es mucho más simple en comparación con lenguajes más complejos. Generalmente, a los estudiantes se les enseña con lenguajes que son populares entre las empresas y los programadores para que se familiaricen con los lenguajes realmente utilizados en el lugar de trabajo. Por lo tanto, en la escuela secundaria y la universidad, las clases tienden a centrarse en el uso más complejo de Python, así como en otros lenguajes como Java, C++ y HTML. A pesar de esto, no es completamente necesario centrarse en los lenguajes de codificación más populares o utilizados, ya que gran parte de la ciencia de la computación se basa en el aprendizaje de buenas prácticas de codificación que se pueden aplicar a cualquier lenguaje en alguna forma.

Métodos de enseñanza
Los métodos de enseñanza efectivos en ciencias de la computación a menudo difieren de los de otras materias, ya que el formato estándar de presentación de diapositivas y libros de texto utilizado en las escuelas se ha encontrado que es menos efectivo en comparación con las materias académicas estándar. Debido a la naturaleza problemática de las ciencias de la computación, se ha encontrado que un plan de estudios centrado en problemas es el más efectivo, proporcionando puzzles, juegos o pequeños programas para interactuar y crear. En lugar de aplicar técnicas o estrategias aprendidas a exámenes o pruebas, los estudiantes deben usar el material aprendido en clase para completar los programas y mostrar que están siguiendo la clase. Además, se ha encontrado que desarrollar métodos de enseñanza que buscan mejorar y guiar las habilidades de resolución de problemas y creatividad de los estudiantes tiende a ayudarles a tener éxito en las ciencias de la computación y en otras clases. El aspecto de resolución de problemas de la educación en ciencias de la computación es a menudo el más difícil de manejar, ya que muchos estudiantes pueden luchar con el concepto, especialmente cuando es probable que no hayan tenido que aplicarlo de esa manera antes de este punto.

Otra cosa que se ha vuelto popular en los últimos tiempos son los cursos de codificación en línea y los bootcamps de codificación. Debido a la naturaleza de las ciencias de la computación como disciplina, muchos solo descubren su interés en ella más tarde en la vida, o tal vez no estaba ampliamente disponible cuando asistían a la escuela secundaria o universidad. Estas oportunidades a menudo involucran cursos rigurosos que están más orientados a preparar a las personas para el mercado laboral en lugar de un enfoque más académico. Los bootcamps de codificación han become una gran manera para que las personas se introduzcan en el mercado de las ciencias de la computación sin tener que volver a la escuela.

= Visualización de Algoritmos =

Puede ser difícil enseñar de manera efectiva los componentes interactivos de la computación o la forma en que un algoritmo funciona con texto y imágenes estáticos que son populares en los libros de texto y las conferencias. Los instructores a menudo utilizan cámaras de documentación o tableros de clase para dibujar los procesos y complementar las explicaciones verbales. Los dibujos están sujetos a cambios frecuentes a lo largo del análisis del proceso, lo que plantea desafíos para que los estudiantes comprendan los conceptos. Para combatir este problema, se ha desarrollado un interés en la Visualización de Algoritmos para demostrar sistemas dinámicos.

La Visualización de Algoritmos se remonta a principios de los años 1980 con Sorting Out Sorting de Baecker. Si se utiliza de manera efectiva, puede demostrar gráficamente diferentes estados de los algoritmos de manera atractiva. Esto ayuda a los estudiantes a centrarse en los aspectos conceptuales de un proceso sin preocuparse por la implementación, como las direcciones de memoria y las llamadas específicas a funciones. Un uso mayor de la visualización de algoritmos por parte de los estudiantes generalmente resulta en un mejor aprendizaje para los estudiantes.

La Visualización de Algoritmos puede utilizarse para una amplia variedad de temas. Estructuras de datos, algoritmos de gráficos y algoritmos de ordenación son ejemplos de conceptos basados en la computación donde los estudiantes pueden beneficiarse de aprender sobre ellos con la ayuda de una visualización de algoritmos.

Investigación en educación en computación
La investigación en educación en computación (CER) o investigación en educación en ciencias de la computación es un campo interdisciplinario que se centra en estudiar la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias de la computación. Es un subcampo tanto de las ciencias de la computación como de la investigación en educación, y se preocupa por comprender cómo se enseña, se aprende y se evalúa la ciencia de la computación en una variedad de entornos, como escuelas K-12, universidades y entornos de aprendizaje en línea.

= Antecedentes =
La investigación en educación en ciencias de la computación surgió como un campo de estudio en la década de 1970, cuando los investigadores comenzaron a explorar la efectividad de diferentes enfoques para enseñar programación de computadoras. Desde entonces, el campo ha crecido para abarcar una amplia gama de temas relacionados con la educación en ciencias de la computación, incluyendo el diseño de planes de estudios, la evaluación, la pedagogía y la diversidad e inclusión.

= Temas de estudio =
Uno de los objetivos principales de la investigación en educación en ciencias de la computación es mejorar la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias de la computación. Para este fin, los investigadores estudian una variedad de temas, incluyendo:

= Diseño de planes de estudios =
Los investigadores en educación en ciencias de la computación buscan diseñar planes de estudios que sean efectivos y atractivos para los estudiantes. Esto puede involucrar estudiar la efectividad de diferentes lenguajes de programación o desarrollar nuevos enfoques pedagógicos que promuevan el aprendizaje activo.

= Evaluación =
Los investigadores en educación en ciencias de la computación están interesados en desarrollar formas efectivas de evaluar los resultados del aprendizaje de los estudiantes. Esto puede involucrar desarrollar nuevas medidas de conocimiento o habilidades de los estudiantes, o evaluar la efectividad de diferentes métodos de evaluación.

= Pedagogía =
Los investigadores en educación en ciencias de la computación están interesados en explorar diferentes métodos de enseñanza y estrategias de instrucción. Esto puede involucrar estudiar la efectividad de las conferencias, los tutoriales en línea o el aprendizaje entre pares.

= Diversidad e inclusión =
Los investigadores en educación en ciencias de la computación están interesados en promover la diversidad e inclusión en la educación en ciencias de la computación. Esto puede involucrar estudiar los factores que contribuyen a la falta de representación de ciertos grupos en las ciencias de la computación y desarrollar intervenciones para promover la inclusión y la equidad.

Comunidad de investigación

La Association for Computing Machinery (ACM) opera un Grupo de Interés Especial (SIG) en educación en ciencias de la computación conocido como SIGCSE, que celebró su 50º aniversario en 2018, lo que lo convierte en uno de los grupos de interés especial más antiguos y de más larga duración de ACM. Un resultado de la investigación en educación en computación son los problemas de Parsons.

Perspectivas de género en la educación en ciencias de la computación

En muchos países, existe una significativa brecha de género en la educación en ciencias de la computación. En 2015, el 15.3% de los estudiantes de ciencias de la computación graduados de instituciones no doctorales en los EE. UU. eran mujeres, mientras que en las instituciones doctorales, la cifra era del 16.6%. En 2018, el número de doctoras en los EE. UU. fue del 19.3%. En casi todas partes del mundo, menos del 20% de los graduados en ciencias de la computación son mujeres.

Este problema principalmente surge debido a la falta de interés de las niñas en la computación desde el nivel primario. A pesar de los numerosos esfuerzos de programas específicamente diseñados para aumentar la proporción de mujeres en este campo, no se ha observado una mejora significativa. Además, se ha detectado una tendencia a la baja en la participación de las mujeres en las últimas décadas.

La principal razón del fracaso de estos programas es que la mayoría de ellos se centraron en las niñas en la escuela secundaria o en niveles de educación más altos. Los investigadores argumentan que para entonces, las mujeres ya han tomado una decisión y los estereotipos comienzan a formarse sobre los científicos de la computación. La ciencia de la computación se percibe como un campo dominado por hombres, seguido por personas que son nerds y carecen de habilidades sociales. Todas estas características parecen ser más perjudiciales para una mujer en comparación con un hombre. Por lo tanto, para romper estos estereotipos y para involucrar a más mujeres en la ciencia de la computación, es crucial que existan programas de difusión especiales diseñados para desarrollar el interés en las niñas desde el nivel de secundaria y prepararlas para una trayectoria académica en las ciencias duras.

Evidentemente, hay algunos países en Asia y África donde estos estereotipos no existen y se alienta a las mujeres a seguir una carrera en la ciencia desde el nivel primario, lo que resulta en una brecha de género que prácticamente no existe. En 2011, las mujeres obtuvieron la mitad de los grados en ciencias de la computación en Malasia. En 2001, el 55% de los graduados en ciencias de la computación en Guyana eran mujeres.

Accesibilidad
Tanto el gobierno como la industria privada están mostrando un interés creciente en desarrollar software accesible para todos, incluyendo personas con discapacidades. Aunque hay una fuerte demanda, solo el 2% de los líderes de la industria indican que encontrar candidatos con las habilidades de accesibilidad requeridas es fácil o muy fácil. Como resultado, la enseñanza de la accesibilidad en los aulas de ciencias de la computación se está volviendo más importante, lo que implica la comunicación de metainformación sobre la información y la accesibilidad. Los enfoques actuales incluyen la integración de cursos y la enseñanza de conocimientos de accesibilidad.

La integración de cursos toma múltiples disciplinas y las combina en una clase o programa. Hay tres tipos principales de integración: cursos de temas especiales, cursos temáticos y integración de módulos. Los cursos de temas especiales son cuando una disciplina dada es el tema completo de un curso, es decir, un curso sobre accesibilidad dentro de una escuela de información. Los cursos temáticos son cuando una clase no se refiere directamente a un tema dado, sino que utiliza un tema como punto de enfoque o lente para enseñar el tema principal, por ejemplo, enseñar diseño de experiencia del usuario a través de la percepción de usuarios con discapacidades. La integración de módulos enseña un tema dado en una unidad aislada, como una clase de diseño web que tiene una unidad sobre la optimización de un sitio web para lectores de pantalla.

La enseñanza directa de conocimientos de accesibilidad enseña la accesibilidad a lo largo de todo el programa enseñando cómo un subcampo puede fomentar prácticas accesibles. Esto incluye, pero no se limita a, lectores de pantalla, teclados adaptables y amplificadores de pantalla, servicios de subtítulos y subtítulos, y software de dicción. Estos pueden ser aplicables en varios subcampos computacionales como el desarrollo web, la interacción hombre-máquina y la ingeniería de software.

Existe una brecha en el apoyo que los instructores tienen mientras enseñan accesibilidad, que se raiga en una falta de conocimiento sobre diferentes enfoques para enseñar accesibilidad. La Universidad de Washington, la Universidad Gallaudet, la Universidad Tufts y la Universidad de California en Irvine han colaborado con AccessComputing, un programa diseñado para ayudar a los instructores y estudiantes a aumentar la representación de discapacidades en las carreras de computación.

Tendencias y desarrollo recientes

Recientemente, la educación computacional ha tenido un énfasis mayor en la incorporación de conocimientos computacionales en la educación en todos los niveles. Esto se debe a que el mundo se está volviendo cada vez más tecnológico. Organizaciones como Code.org e iniciativas como la Hora del Código y los cursos masivos abiertos en línea (MOOCs) han jugado un papel significativo en promover la educación en ciencias de la computación y hacer que la codificación sea accesible para los estudiantes de todo el mundo; especialmente haciendo una diferencia para las mujeres, las comunidades subdes