Educación informática

La educación en ciencias de la computación o educación en computación es el campo de la enseñanza y el aprendizaje de la disciplina de las ciencias de la computación ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} y el pensamiento computacional . ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} El 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 el análisis de datos. Es un campo en rápido crecimiento que es esencial para preparar a los estudiantes para carreras en la industria tecnológica, así como en otros campos que requieren habilidades computacionales. ^{[ 10 ]}

La formación en informática es fundamental para preparar a los estudiantes para el mercado laboral del siglo XXI. A medida que la tecnología se integra cada vez más en todos los aspectos de la sociedad, la demanda de informáticos cualificados aumenta. Según la Oficina de Estadísticas Laborales, se prevé que el empleo en ocupaciones relacionadas con la informática y las tecnologías de la información crezca un 21 % entre 2021 y 2031, un ritmo mucho más rápido que el promedio de todas las ocupaciones. ^{[ 11 ]}

Además de preparar a los estudiantes para carreras en la industria tecnológica, la educación en informática también fomenta el pensamiento computacional, habilidades valiosas en diversos campos, como los negocios, la salud y la educación. Al aprender a pensar algorítmicamente y resolver problemas de forma sistemática, los estudiantes se convierten en solucionadores de problemas más eficaces y en pensadores críticos más eficaces.

En los inicios de la programación informática, no existía la necesidad de establecer un sistema educativo, ya que los únicos que trabajaban con ordenadores eran los primeros científicos y matemáticos. La programación no era lo suficientemente popular como para impartirse ampliamente, ni estaba lo suficientemente desarrollada como para que personas sin conocimientos especializados pudieran beneficiarse de ella. Sin embargo, pronto se comprendió que los matemáticos no encajaban bien en el ámbito de la informática y que se necesitarían personas totalmente dedicadas a la materia. ^{[ 12 ]} Con el tiempo, aumentó la necesidad de profesionales específicamente formados en programación para satisfacer las demandas de un mundo cada vez más dependiente del uso de ordenadores. Inicialmente, solo las universidades ofrecían cursos de programación, pero con el tiempo, los institutos e incluso las escuelas secundarias implementaron programas de informática. ^{[ 12 ]}

En comparación con la enseñanza de las ciencias y las matemáticas , la enseñanza de la informática es un campo mucho más reciente. ^{[ 13 ]} En la historia de la informática , las computadoras digitales se construyeron recién a partir de la década de 1940, aunque la computación ha existido durante siglos desde la invención de las computadoras analógicas . ^{[ 14 ]}

Otro factor diferenciador de la educación en ciencias de la computación es que hasta hace poco se impartía principalmente solo a nivel universitario, con algunas excepciones notables en Israel, Polonia y el Reino Unido con el BBC Micro en la década de 1980 como parte de la educación en ciencias de la computación en el Reino Unido . ^{[ 6 ] [ 15 ]} Las ciencias de la computación han formado parte de los planes de estudio escolares desde los 14 o 16 años en algunos países durante algunas décadas, pero generalmente como asignatura optativa.

La enseñanza de ciencias de la computación en primaria y secundaria es relativamente nueva en los Estados Unidos, y muchos docentes de ciencias de la computación de K-12 enfrentan obstáculos como el aislamiento profesional, recursos limitados para el desarrollo profesional y baja autoeficacia docente . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} Según un informe de 2021, solo el 51% de las escuelas secundarias en los EE. UU. ofrecen ciencias de la computación. ^{[ 19 ]} Los docentes de ciencias de la computación de primaria en particular tienen menor autoeficacia docente en ciencias de la computación y menos oportunidades de implementar ciencias de la computación en su instrucción que sus colegas de secundaria y preparatoria. ^{[ 16 ]} Se ha demostrado que conectar a los docentes de ciencias de la computación con recursos y colegas mediante métodos como las comunidades virtuales de práctica ayuda a los docentes de ciencias de la computación y STEM a mejorar su autoeficacia docente e implementar temas de ciencias de la computación en la instrucción de los estudiantes. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

La Inteligencia Artificial Generativa (IAG) se está volviendo cada vez más popular y extendida en el sector público. ^{[ 20 ]} Tanto docentes como estudiantes han manifestado creer que es una herramienta educativa útil, aunque expresan preocupación por la excesiva dependencia durante el aprendizaje. ^{[ 21 ]} Se sabe que la IAG puede generar información errónea, lo que genera inquietudes sobre la fiabilidad de la información que proporciona. Es necesario seguir investigando cómo utilizar estas herramientas para una enseñanza eficaz. ^{[ 22 ]}

Como en la mayoría de las disciplinas, la informática se beneficia del uso de diferentes herramientas y estrategias en distintas etapas del desarrollo del estudiante para garantizar que aprovechen al máximo la enseñanza. Los lenguajes de programación visual como Scratch y MIT App Inventor son eficaces en la educación primaria y secundaria como una buena introducción al funcionamiento de los lenguajes de programación con una estructura de programación basada en bloques simple y fácil de entender. ^{[ 23 ]} Una vez que los estudiantes han comprendido los fundamentos de la programación mediante estos lenguajes, los profesores suelen pasar a un lenguaje de programación basado en texto fácil de usar, como Python , cuya sintaxis es mucho más sencilla en comparación con lenguajes más complejos. Generalmente, se enseña a los estudiantes con lenguajes populares entre empresas y programadores profesionales para que se familiaricen con los lenguajes que se utilizan en el ámbito laboral. Por lo tanto, en la educación secundaria y universitaria, las clases tienden a centrarse en usos más complejos de Python, así como en otros lenguajes como Java , C++ y HTML . ^{[ 24 ]} A pesar de esto, no es completamente necesario centrarse en los lenguajes de programación más populares o utilizados, ya que gran parte de la informática se basa en el aprendizaje de buenas prácticas de programación que pueden aplicarse a cualquier lenguaje de alguna forma.

Los métodos de enseñanza eficaces en informática suelen diferir de los de otras asignaturas, ya que se ha comprobado que el formato estándar de diapositivas y libros de texto que se suele utilizar en las escuelas es menos eficaz que el de las asignaturas académicas tradicionales. ^{[ 25 ]} Debido a la naturaleza de resolución de problemas de la informática, se ha comprobado que un currículo centrado en la resolución de problemas es el más eficaz, proporcionando a los alumnos rompecabezas, juegos o pequeños programas con los que interactuar y crear. En lugar de aplicar las técnicas o estrategias aprendidas a exámenes o pruebas, los alumnos deben utilizar el material aprendido en clase para completar los programas y demostrar que están siguiendo el curso. ^{[ 25 ]} Además, se ha comprobado que desarrollar métodos de enseñanza que busquen mejorar y guiar las habilidades creativas y de resolución de problemas de los alumnos tiende a ayudarles a tener éxito en informática y en otras asignaturas. ^{[ 23 ]} El aspecto de resolución de problemas de la enseñanza de la informática suele ser el más difícil de abordar, ya que muchos alumnos pueden tener dificultades con el concepto, especialmente si es probable que no hayan tenido que aplicarlo de esta manera antes.

Otro desarrollo reciente es el auge de los cursos de programación en línea y los bootcamps de programación. Debido a la naturaleza de la informática como disciplina, muchos descubren su interés por ella más adelante en la vida, o tal vez no estaba ampliamente disponible cuando cursaban la secundaria o la universidad. Estas oportunidades suelen implicar cursos rigurosos más orientados a preparar a las personas para el mundo laboral que a un enfoque más académico. ^{[ 26 ]} Los bootcamps de programación se han convertido en una excelente manera para que las personas se inicien en el mercado de la informática sin tener que volver a la universidad.

Visualización de algoritmos

Puede resultar difícil enseñar eficazmente los componentes interactivos de la informática o el funcionamiento de un algoritmo con textos e imágenes estáticas, tan comunes en libros de texto y clases. Los instructores suelen utilizar cámaras de documentos o pizarras para ilustrar los procesos y complementar la explicación verbal. ^{[ 27 ]} Estos dibujos cambian con frecuencia a lo largo del proceso, lo que dificulta la comprensión de los conceptos por parte de los estudiantes. Para solucionar este problema, ha surgido un interés por la visualización de algoritmos, que permite demostrar sistemas dinámicos.

La visualización de algoritmos se remonta a principios de la década de 1980 con el libro Sorting Out Sorting de Baecker. ^{[ 28 ]} Si se utiliza eficazmente, puede demostrar gráficamente diferentes estados de los algoritmos de forma 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 a funciones específicas. ^{[ 27 ]} Un mayor uso de la visualización de algoritmos por parte de los estudiantes suele traducirse en un mejor aprendizaje. ^{[ 29 ]}

La visualización de algoritmos puede utilizarse para una gran variedad de temas. Las estructuras de datos, los algoritmos de grafos y los algoritmos de ordenación son ejemplos de conceptos computacionales cuyo aprendizaje puede resultar beneficioso gracias a la visualización de algoritmos.

La investigación en educación informática (CER, por sus siglas en inglés) o investigación en educación en ciencias de la computación es un campo interdisciplinario que se centra en el estudio de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias de la computación. ^{[ 5 ] [ 30 ]} Es un subcampo tanto de las ciencias de la computación como de la investigación en educación, y se ocupa de comprender cómo se enseña, se aprende y se evalúa la informática en una variedad de entornos, como escuelas primarias y secundarias, colegios y universidades, y entornos de aprendizaje en línea.

La Association for Computing Machinery (ACM) dirige un Grupo de Interés Especial (SIG) sobre educación en ciencias de la computación conocido como SIGCSE , que celebró su 50 aniversario en 2018, lo que lo convierte en uno de los Grupos de Interés Especial de ACM más antiguos y de mayor trayectoria. ^{[ 31 ]} Un resultado de la investigación en educación en informática son los problemas de Parsons .

En muchos países, existe una brecha de género significativa en la educación en ciencias de la computación. En 2015, el 15,3 % de los estudiantes de ciencias de la computación que se graduaron de instituciones que no otorgan doctorados en los EE. UU. eran mujeres, mientras que en las instituciones que sí los otorgan, la cifra fue del 16,6 %. ^{[ 32 ]} El número de mujeres que obtuvieron un doctorado en los EE. UU. fue del 19,3 % en 2018. ^{[ 33 ]} Casi en todo el mundo, el número de mujeres matriculadas en programas de ciencias de la computación es mayor. ^{[ 34 ]}

Este problema euroamericano surge principalmente debido a la falta de interés femenino en la informática desde la escuela primaria. A pesar de los numerosos esfuerzos de programas diseñados específicamente para aumentar la proporción de mujeres en este campo, no se ha observado ninguna mejora significativa. Además, se ha notado una tendencia decreciente en la participación de las mujeres en las últimas décadas. ^{[ 35 ]}

La principal razón del fracaso de estos programas radica en que casi todos se centraban en chicas de secundaria o de niveles educativos superiores. Los investigadores argumentan que, para entonces, las mujeres ya han tomado una decisión y comienzan a formarse estereotipos sobre los informáticos. La informática se percibe como un campo dominado por hombres, practicado por personas nerds y con escasas habilidades sociales. ^{[ 35 ]}

Evidentemente, existen algunos países en Asia y África donde estos estereotipos no existen y se alienta a las mujeres a seguir una carrera científica desde la educación primaria, lo que resulta en una brecha de género prácticamente inexistente. En 2011, las mujeres obtuvieron la mitad de los títulos en informática en Malasia. ^{[ 36 ]} En 2001, el 55 por ciento de los graduados en informática en Guyana eran mujeres. ^{[ 37 ]} En el mundo anteriormente colonizado, el estereotipo de que las mujeres son intelectualmente menos capaces en matemáticas o ciencias que los hombres no se ha propagado debido al rechazo histórico de los estereotipos raciales y las jerarquías de inteligencia. Por lo tanto, la cuestión del género en la ciencia está intrínsecamente ligada a la cuestión de la raza en la ciencia. ^{[ 34 ]}

Tanto el gobierno como la industria privada muestran un interés creciente en desarrollar software accesible para todos, incluidas las personas con discapacidad. ^{[ 38 ]} Aunque existe 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. ^{[ 39 ]} Como resultado, la enseñanza de la accesibilidad en las aulas de informática está adquiriendo mayor importancia, lo que implica la comunicación de metainformación sobre la información y la accesibilidad. Los enfoques actuales incluyen la integración en el curso y la enseñanza de conocimientos sobre accesibilidad. ^{[ 40 ]}

La integración de cursos toma múltiples disciplinas y las combina en una sola clase o programa. Hay tres tipos principales de integración: cursos de temas especiales, cursos temáticos e integración de módulos. Los cursos de temas especiales son cuando una disciplina determinada es el tema completo de un curso, ^{[ 41 ]} por ejemplo, un curso sobre accesibilidad dentro de una escuela de información . Los cursos temáticos son cuando una clase no trata sobre un tema determinado directamente, sino que usa un tema como enfoque o lente para enseñar el tema principal, ^{[ 42 ]} por ejemplo, enseñar diseño de experiencia de usuario a través de la perspectiva de usuarios con discapacidad. La integración de módulos enseña un tema determinado 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 del conocimiento sobre accesibilidad abarca directamente todo un programa, al enseñar cómo un subcampo puede fomentar prácticas accesibles. ^{[ 43 ]} Esto incluye, entre otros, lectores de pantalla, teclados adaptativos, magnificadores de pantalla, servicios de subtitulado y software de dicción. Estos pueden aplicarse en diversos subcampos computacionales, como el desarrollo web, la interacción persona-computadora y la ingeniería de software.

Existe una brecha en el apoyo que reciben los instructores al enseñar accesibilidad, la cual se origina en la falta de conocimiento sobre los diferentes enfoques para la enseñanza de la accesibilidad. ^{[ 40 ]} La Universidad de Washington, la Universidad Gallaudet, la Universidad Tufts y la Universidad de California Irvine han colaborado con AccessComputing, un programa diseñado para ayudar a instructores y estudiantes a aumentar la representación de la discapacidad en las carreras de informática. ^{[ 44 ]}

Recientemente, la educación computacional ha puesto mayor énfasis en incorporar el conocimiento computacional en la educación en todos los niveles. Esto se debe a que el mundo se está volviendo cada vez más impulsado por la tecnología. Organizaciones como Code.org e iniciativas como Hour of Code ,Los cursos online masivos y abiertos (MOOC) han desempeñado un papel fundamental en la promoción de la educación en informática y en hacer que la programación sea accesible a estudiantes de todo el mundo, especialmente para mujeres, comunidades desfavorecidas y subrepresentadas. Estas plataformas de aprendizaje online también han facilitado el acceso a la educación informática, permitiendo a las personas aprender a programar de forma remota. Además, observamos que la tecnología se encuentra cada vez más presente en numerosos campos como la salud, los negocios y la tecnología. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

A lo largo de los años, la enseñanza de la informática ha enfrentado varios problemas que han contribuido a su falta de popularidad. Uno de los más importantes es el costo del equipo necesario para impartir la disciplina de manera efectiva. ^{[ 47 ]} En el pasado, no existían muchas opciones asequibles para proporcionar computadoras a todos los estudiantes que deseaban aprender la disciplina. Debido a esto, la enseñanza de la informática se vio afectada en muchas áreas, con escasos o nulos fondos para impartir la materia adecuadamente. ^{[ 48 ]} Esta es la razón principal por la que la enseñanza de la informática es extremadamente deficiente o inexistente en muchas escuelas de Estados Unidos y el Reino Unido. La impopularidad de la materia durante muchos años se debe principalmente a que estaba reservada para aquellos que podían costear el equipo y el software necesarios para enseñarla de manera efectiva. ^{[ 48 ]}

También ha habido problemas para encontrar y capacitar a buenos profesores para la materia. Muchas escuelas en el pasado no veían el valor de pagar por la capacitación de los profesores para que pudieran enseñar informática u obtener las licencias requeridas. Esto ha llevado a que muchas escuelas en áreas desfavorecidas, o simplemente áreas con poca población, tengan dificultades para contratar a los profesores necesarios para brindar un buen currículo de informática. ^{[ 47 ]} Otro problema con la parte docente de la disciplina es la naturaleza de la informática en sí, y que una estructura de enseñanza estándar que utiliza diapositivas y libros de texto a menudo ha resultado ineficaz. La informática es una materia muy orientada a la resolución de problemas y a menudo se ha descubierto que la enseñanza puede ser más efectiva cuando se aborda desde esta perspectiva en lugar del formato estándar de clase magistral. ^{[ 25 ]}

La informática también es conocida por ser una asignatura muy difícil en las escuelas, con altas tasas de fracaso y abandono escolar a lo largo de los años que se ha impartido. ^{[ 25 ]} Esto se atribuye generalmente al hecho de que la informática, como asignatura, se centra mucho en la resolución de problemas y muchos estudiantes pueden tener dificultades con este aspecto. Esto es especialmente cierto en la escuela secundaria, donde pocas otras asignaturas exigen un nivel tan alto de capacidad de resolución de problemas como la informática. Esto se agrava por el hecho de que la informática es una disciplina muy diferente de la mayoría de las demás asignaturas, lo que significa que muchos estudiantes que se topan con ella por primera vez pueden tener muchas dificultades. ^{[ 25 ]}

A pesar de los desafíos que enfrenta la disciplina, la informática sigue ganando popularidad como materia a medida que la tecnología avanza y las computadoras se vuelven cada vez más importantes tanto en el aula como en la vida cotidiana.

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