The impact of tools used to teach programming and developing computational thinking at the end of primary school
L'impact des outils utilisés pour l'apprentissage de la programmation et le développement de la pensée informatique au cycle 3
Résumé
Computer programming has gradually integrated European school curricula. One of the major aims of this discipline is to develop computational thinking, which is not defined by consensus, but which encompasses certain cognitive processes involved in problem solving, based on concepts derived from computer science. Various tools are available for teaching programming and computational thinking, including block-based visual languages, educational robotics and unplugged activities involving no digital tool. However, despite the relevant theoretical arguments in favour of one or other of these tools, the lack of comparative empirical data means that it is not possible today to conclude on their relative effectiveness. For this reason, we carried out four experiments, in an ecological context, with grade 5 students, novices in programming, to measure the impact of these tools on learning performance, as well as on their motivation, self-efficacy and attitude towards science.
To assess knowledge and skills involved in teaching programming and computational thinking, we designed and validated two new measurement tools, focusing on mastery of computational concepts and the ability to solve algorithmic problems. Our first experiment revealed better performance when students used the visual programming language Scratch, without an educational robot. Consequently, our next three experiments attempted to explain this effect. We were unable to highlight the beneficial effect of feedback enabled by digital tools on students’ performance. However, our results indicate an increase in extrinsic cognitive load when Scratch software is used in conjunction with a Thymio robot, which could explain the lower performance of students in this condition. Robots do, however, have a strong positive effect on motivation. Some gender differences could be observed, in particular boys’ higher level of motivation compared to girls, mainly when using the Scratch software without a robot.
L’enseignement de la programmation informatique a intégré progressivement les cursus scolaires européens. L’un des objectifs majeurs de cette discipline serait de permettre de développer la pensée informatique, dont la définition ne fait pas consensus, mais qui englobe certains processus cognitifs impliqués dans la résolution de problèmes, en s’appuyant sur des concepts issus de l’informatique. Différents outils sont disponibles pour enseigner la programmation et la pensée informatique, notamment les langages visuels par blocs, la robotique pédagogique ou les activités débranchées n’impliquant aucun outil numérique. Cependant, malgré les arguments théoriques pertinents en faveur de l’un ou l’autre de ces outils, le manque de données empiriques comparatives ne permet pas aujourd’hui de conclure quant à leur efficacité relative. Pour cette raison, nous avons réalisé quatre expériences, en contexte écologique, auprès d’élèves de niveau CM2, novices en programmation, afin de mesurer l’impact de ces outils sur les performances d’apprentissage des élèves, ainsi que sur leur motivation, leur sentiment d’auto-efficacité et leur attitude vis-à-vis des sciences.
Pour évaluer les connaissances et compétences liées à l’enseignement de la programmation et de la pensée informatique, nous avons conçu et validé deux nouveaux outils de mesure, centrés sur la maîtrise des concepts computationnels et la capacité à résoudre des problèmes algorithmiques. Notre première expérience a révélé de meilleures performances lorsque les élèves utilisent le langage de programmation visuel Scratch, sans robot pédagogique. Par conséquent, nos trois expériences suivantes ont tenté d’expliquer cet effet. Nous n’avons pas réussi à mettre en lumière l’effet bénéfique du feedback permis par les outils numériques sur les performances des élèves. Cependant, nos résultats signalent une augmentation de la charge cognitive extrinsèque lorsque le logiciel Scratch est utilisé en association avec un robot Thymio, ce qui pourrait expliquer les moins bonnes performances des élèves dans cette condition. Les robots produisent toutefois un effet positif fort sur la motivation. Quelques différences ont pu être observées selon le genre, en particulier un plus haut niveau de motivation des garçons par rapport aux filles, principalement lorsque ceux-ci utilisent le logiciel Scratch sans robot.
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