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Tipo: Tese
Título: Modeling, development, assessment, and empirical evaluation of personalized study guides in software engineering flipped classes
Autor(es): Veras, Nécio de Lima
Orientador: Carvalho, Windson Viana de
Coorientador: Rocha, Lincoln Souza
Palavras-chave em português: Ensino de engenharia de software;Sala de aula invertida;Aprendizagem personalizada;Engenharia de software;Aprendizagem ativa
Palavras-chave em inglês: Software engineering teaching;Flipped classroom;Personalized learning;Computer software engineering;Action learning
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2024
Citação: VERAS, Nécio de Lima. Modeling, development, assessment, and empirical evaluation of personalized study guides in software engineering flipped classes. 2024. 182 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: O ensino de Engenharia de Software (ES) tem como objetivo fornecer uma base teórica para que os alunos desenvolvam uma compreensão profunda dos conceitos e princípios fundamentais. No entanto, essa base teórica deve ser combinada com atividades práticas para melhorar as habilidades e competências para resolver problemas do mundo real, resultando em produtos de software. Além disso, tanto habilidades técnicas quanto habilidades interpessoais são importantes na educação em ES. Enquanto as habilidades técnicas abrangem o conteúdo específico de ES, as habilidades interpessoais vão além da capacidade técnica, envolendo a comunicação, cooperação, junção de conhecimentos para descobrir soluções e o pensamento crítico. Na Educação em Ciência da Computação, os métodos de Aprendizagem Ativa destacam-se como uma abordagem interativa do aluno, estimulando a construção do conhecimento em vez de recebê-lo passivamente dos instrutores. Nesse sentido, a literatura relata muitas estratégias para promover a aprendizagem ativa e minimizar os riscos de baixo aprendizado dos alunos. A Sala de Aula Invertida (SAI) é uma metodologia de aprendizagem ativa focada no engajamento do aluno, recomendando que os alunos cheguem à aula após completar um trabalho preparatório significativo. Ao contrário das abordagens tradicionais e das aulas presenciais, a entrega de conteúdo de aprendizagem da SAI ocorre antes da aula. Esse estudo prévio pode ajudar os alunos a engajar-se em atividades de aprendizagem mais significativas e de forma colaborativa em sala de aula. Os alunos devem ler ou assistir a vídeos e analisar o material da lição antes do horário da aula. Em seguida, eles aplicarão esses conceitos em atividades em sala de aula conduzidas por seus professores. O método da SAI poderia mitigar alguns desafios do ensino de ES, uma vez que incentiva os professores a desenvolverem experiências de aprendizagem distintas adequadas para qualquer aluno, respeitando seu contexto. Novas tecnologias são necessárias para apoiar a transição do ensino passivo tradicional para o método ativo, garantindo confiabilidade, interatividade e colaboração em uma abordagem centrado no aluno. Realizar o monitoramento da aprendizagem adaptativa em tempo real é crucial para que os professores aconselhem os alunos de forma eficiente. Para isso, modelamos um roteiro de estudo personalizado baseado em aulas invertidas e materializamos o modelo em uma plataforma capaz de fornecer materiais instrucionais online, onde a interação do aluno com o conteúdo anterior determina a natureza dos materiais entregues posteriormente. Trata-se de uma plataforma baseada na web para apoiar a criação de roteiros de estudo personalizados para aulas invertidas de ES. A ferramenta adapta o conteúdo do roteiro com base no desempenho ou engajamento do aluno. Dentro da ferramenta, os professores estabelecem regras para adaptação de conteúdo, focando na preparação para a aula e obtendo insights sobre o progresso do aluno. O processo permitiu ao professor criar caminhos de aprendizagem adaptativos em uma experiência de aprendizagem personalizada. Avaliamos o modelo em três etapas. Na primeira etapa, entrevistamos professores de engenharia de software com e sem experiência em salas de aula invertidas e introduzimos nossa ferramenta para coletar dados sobre a aceitação de tecnologia. Na segunda etapa, avaliamos o impacto do modelo em uma aula de engenharia de software composta por vinte e dois alunos. Na terceira etapa, realizamos um experimento controlado randomizado projetando aulas invertidas personalizadas usando a ferramenta. Planejamos o experimento com base em aulas invertidas de engenharia de software, tanto com quanto sem o aprendizado personalizado. A avaliação com os professores mostrou uma taxa de aceitação acima de 90% de acordo com o modelo de aceitação de tecnologia. A segunda etapa envolveu uma avaliação de uma aula sobre requisitos de software com 22 alunos, mostrando uma melhoria significativa nas notas e recebendo feedback positivo dos alunos. Na terceira etapa, avaliamos nosso modelo de aprendizagem usando um experimento controlado randomizado com 26 alunos divididos em dois grupos (experimental e controle). Os resultados mostram uma percepção positiva dos alunos sobre o modelo aplicado, uma redução significativa na ansiedade e o aumento do engajamento durante a preparação dos alunos no grupo experimental. Nosso modelo de aulas invertidas baseado em roteiros de estudo personalizados pode apoiar o aprimoramento da educação em ES. Nesse cenário, o uso de tecnologia de aprendizagem adaptativa e o método de sala de aula invertida, apoiados por uma ferramenta de autoria, contribuíram positivamente para a motivação, aceitação, engajamento e ganho de aprendizado dos alunos no ensino de engenharia de software. Assim, esta tese investigou a eficácia do uso da abordagem de sala de aula invertida combinada com aprendizagem adaptativa no ensino de Engenharia de Software.
Abstract: Software Engineering (SE) teaching aims to provide a theoretical basis for students to develop a deep understanding of fundamental concepts and principles. However, such a theoretical basis must be combined with hands-on activities to improve practical skills and competencies to solve real-world problems, resulting in software products. Furthermore, both hard and soft skills are mandatory in SE education. While hard skills cover the technical content, soft skills go beyond communicating, cooperating, connecting pieces of knowledge to discover solutions, and thinking critically. In Computer Science Education, Active Learning methods stand out as a student interactive approach, stimulating the building of knowledge instead of passively receiving it from instructors. In this sense, the literature reports many strategies to promote active learning to minimize the risks of students’ low learning. Flipped Classroom (FC) is an active learning methodology focused on student engagement, recommending that students come to class after completing significant preparatory work. Unlike traditional approaches and face-to-face classes, FC learning content delivery occurs before class. This pre-study can help students to dedicate more meaningful learning activities collaboratively in class. Students should read or watch videos and analyze the lesson material before class time. Afterward, they will apply these concepts in classroom activities conducted by their teachers. The FC method could mitigate some challenges of SE teaching since it encourages professors to develop distinct learning experiences fitting for any student, respecting their context. New technologies are needed to support transitioning from traditional passive teaching to the FC active method to ensure reliability, interactivity, and collaboration in a student-centered system. Performing real-time, adaptive learning monitoring is crucial for teachers to advise students efficiently. We modeled a personalized study guide-based flipped class to address this. We materialized the model on a platform capable of delivering online instructional materials, where the student’s interaction with the previous content determines the nature of the materials delivered later. It is a web-based platform for creating personalized study guides for SE Flipped Classes. The tool adapts the guide content based on the student’s performance and engagement. Within the tool, teachers set rules for content adaptation, focusing on class preparation and gaining insights into student progress. The process allowed the professor to create adaptive learning paths in a personalized learning experience. We evaluated the model in three stages. In the first stage, we interviewed software engineering professors with and without experience in flipped classrooms and introduced our tool to gather data on technology acceptance. In the second stage, we assessed the impact of the model in a software engineering class comprising twenty-two students. In the third stage, we conducted a randomized controlled experiment designing personalized flipped classes using the tool. We planned the experiment based on software engineering flipped classes, both with and without personalized learning. The evaluation with professors showed an acceptance rate above 90% according to the technology acceptance model. The second stage encompassed an evaluation of a software requirements lesson with 22 students, showing a significant improvement in scores and receiving positive student feedback. In the third stage, we evaluated our learning model using a randomized controlled experiment with 26 students divided into two groups (experimental and control). The results show positive student perception of the applied model, a significant reduction in anxiety, and increased engagement during the preparation of students in the experimental group. Our personalized study guide-based flipped classes model can support the enhancement of SE education. In this scenario, using adaptive learning technology and the flipped classroom method supported by an authoring tool positively contributed to student motivation, acceptance, engagement, and learning gain in software engineering teaching. Thus, this thesis investigated the effectiveness of using the flipped classroom approach blended with adaptive learning in teaching Software Engineering.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76681
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/8284657916723590
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1744732999336375
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/0656977742590515
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DCOMP - Teses defendidas na UFC

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