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Towards Teaching Abstraction: Approaching Modeling and Problem-Solving Skills with Graph Grammars and Game-Based Learning
| dc.creator | Silva Junior, Braz Araujo da | |
| dc.date.accessioned | 2024-12-17T12:45:40Z | |
| dc.date.available | 2024-12-17T12:45:40Z | |
| dc.date.issued | 2024-10-07 | |
| dc.identifier.citation | SILVA JUNIOR, Braz Araujo da. Rumo ao Ensino de Abstração: Trabalhando Habilidades de Modelagem e Resolução de Problemas Utilizando Gramática de Grafos e Aprendizado Baseado em Jogos. Orientador: Simone André da Costa Cavalheiro. 2024. 235 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14685 | |
| dc.description.abstract | Computing education has risen and evolved, conquering new spaces and acquiring recognition from governments and institutions around the world. Beyond the con sistent and increasing demand for professionals in Information and Communications Technology, computing pervasiveness called for its introduction in basic education, for all citizens. Powerful education trends, such as Computational Thinking (CT), problem and project-based learning, maker’s culture, gamification and educational games progressed powered by the advance of computing. A set of problem-solving skills based on computing is how CT was conceptualized and gained popularty. However, the difficulty in defining and treating those skills, such as abstraction, algorithmic thinking, decomposition and pattern recognition has made CT manifest mostly through programming. This reignites an old concern, computing education has struggled to demystify being equated to programming. Computing being far more than the technical competence to code is the main argument for its introduction in general education. And this is important even for programming, which should be a step deeper into computing, not the first. In this regard, this work is an effort to advance the knowledge and operationability of CT, treating specifically abstraction, centered on the iconic form it presents itself in computing: the layers of abstraction. The proposed approach revolves around using Graph Grammars (GG) to specify and play "graph games" (grames, for short), which is the concept of "graming". It includes the development of: an educational game engine based on GGs; tools to manage layers of abstraction based on Hierarchical GG; and an assessment grame to evaluate competencies related to layers of abstraction, under the principles of the Evidence-Centered Design (ECD), guiding the creation of proficiency, task and evidence models. This whole ecosystem showed that it is possible to approach deep, fundamental and abstract skills, such as abstraction itself, as solid psychometric constructs to be reliably operationalized while preserving creative and engaging environments. This work also opened up a wide range of future applications and investigations when it brought GG from its formal specification origins to game-based learning in basic education. At last, the engine reinforces the emerging potential of educational tools when powered by AI. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
| dc.language | eng | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
| dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
| dc.subject | Gramática de grafos | pt_BR |
| dc.subject | Educação em computação | pt_BR |
| dc.subject | Especificação | pt_BR |
| dc.subject | Abstração | pt_BR |
| dc.subject | Psicometria | pt_BR |
| dc.subject | Graph grammar | pt_BR |
| dc.subject | Computing education | pt_BR |
| dc.subject | Specification | pt_BR |
| dc.subject | Abstraction | pt_BR |
| dc.subject | Psychometrics | pt_BR |
| dc.title | Towards Teaching Abstraction: Approaching Modeling and Problem-Solving Skills with Graph Grammars and Game-Based Learning | pt_BR |
| dc.title.alternative | Rumo ao Ensino de Abstração: Trabalhando Habilidades de Modelagem e Resolução de Problemas Utilizando Gramática de Grafos e Aprendizado Baseado em Jogos | pt_BR |
| dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-1637-5320 | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9665311647401513 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/2502796658601825 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Foss, Luciana | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1097468139544018 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co2 | Robins, Anthony | |
| dc.contributor.advisor-co2Lattes | Não localizado. | pt_BR |
| dc.description.resumo | O ensino de computação cresceu e evoluiu, conquistando novos espaços e o reconhecimento de governos e instituições de todo o mundo. Além da consistente e crescente demanda por profissionais de Tecnologia da Informação e Comunicação, a difusão da computação clamou por sua introdução na educação básica, para todos os cidadãos. Tendências poderosas da educação, como o Pensamento Computacional (PC), aprendizado baseado em problemas e projetos, cultura maker, gamificação e jogos educacionais progrediram impulsionados pelo avanço da computação. Um conjunto de hablidades de resolução de problemas é como o PC foi concebido e ganhou popularidade. No entanto, a dificuldade em definir e tratar tais habilidades, como abstração, pensamento algorítmico, decomposição e reconhecimento de padrões tem feito o PC se manifestar majoritariamente através de programação. Isto reacende uma preocupação antiga, o ensino de computação tem lutado para desmistificar o fato de ser equiparado à programação. A computação ser muito mais do que a competência técnica para programar é o principal argumento para sua introdução no ensino geral. E isso é importante até mesmo para programação, que deve ser um passo mais adiante na computação, não o primeiro. Neste sentido, este trabalho é um esforço para avançar o conhecimento e a operacionalização do PC, tratando especificamente abstração, centrada na forma icônica que ela se revela na computação: as camadas de abstração. A abordagem proposta gira em torno do uso de Gramática de Grafos (GG) para especificar e jogar “jogos de grafos” (grames, abreviação do inglês graph games), que é o conceito de “graming”. O trabalho inclui o desenvolvimento de: um motor de jogos educacional baseado em GG; ferramen tas para manusear camadas de abstração baseadas em GG Hierárquicas; e um grame-teste para avaliar competências relacionadas a camadas de abstração, sob os princípios do Design Centrado em Evidências (ECD), guiando a criação de modelos de proficiência, tarefa e evidênca. Todo este ecossistema demonstrou que é possível abordar habilidades complexas, fundamentais e abstratas, como a abstração em si, como construtos psicométricos sólidos para serem confiavelmente operacionalizados enquanto mantemos os ambientes criativos e atraentes. Este trabalho também abriu uma vasta gama de aplicações e investigações futuras ao trazer GG de suas origens na especificação formal para o aprendizado baseado em jogos na educação básica. Por fim, o motor de jogos reforça o imenso potencial emergente de ferramentas educacionais ao serem potencializadas por inteligência artificial. | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Cavalheiro, Simone André da Costa | |
| dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
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PPGC: Dissertações e Teses [236]
Dissertações e teses.

