Playing with robots to understand computational thinking in children’s cognitive development.

Abstract

The term computational thinking (CT) has been used as an umbrella term in order to describe the processes underlying the learning and application of computer science concepts as strategies for problems solving. Despite a growing body of academic literature on the subject, an increasingly established positioning within educational policies and the development of a grand variety of tools designed to enhance computational thinking abilities, the relations between CT and other cognitive abilities in young children have been scarcely explored. In order to contribute to bridging this gap, we compared a previously reported computational thinking assessment with a battery of cognitive tests which included fluid intelligence, working memory, planning, sequencing, mental rotation, vocabulary and early math precursors such as numerical transcoding and symbolic magnitude comparison. Mixed linear regressions were implemented with CT as a dependent variable in order to explore the associations between our variables. Results suggest temporal sequencing ability and symbolic magnitude comparison are significant predictors of CT in preschoolers. Additionally, using a pre-test post-test experimental design with an active control group, we tested the efficacy of an educational robotics intervention with RoboTito, a robot designed for children which is programmable through the disposition of tangible objects in its environment. An eleven session intervention program using this robot was designed with the objective of creating playful learning instances were children would practice abilities associated with computational thinking. Data related to children’s engagement and participation throughout the intervention was gathered from filmed material from each session. Results suggests children with high engagement levels achieved better CT scores after the intervention.

El término pensamiento computacional (PC) ha sido utilizado para denominar los procesos que subyacen al aprendizaje y la aplicación de conceptos de las ciencias de la computación para la resolución de problemas. A pesar de una creciente producción de literatura académica y la adopción del término en el marco de políticas educativas tanto a nivel nacional como global, así como la extensa producción de dispositivos tecnológicos y juegos destinados a prover esta habilidad, las asociaciones entre lo que se define como PC y otras habilidades cognitivas en niños pequeños ha sido escasamente explorada. Con el objetivo de disminuír esta brecha en la literatura, comparamos el desempeño de niños de 5 años de edad en un cuestionario de PC previamente utilizado en la literatura y una batería de tests de habilidades cognitivas que incluyó inteligencia fluída, memoria de trabajo, planificación, secuenciación, rotación mental, vocabulario y precusores de habilidades matemáticas tales como comparación de magnitudes simbólicas y transcodificación. Se utilizaron regresiones lineales con efectos mixtos donde se estableció PC como variable dependiente para explorar estas asociaciones. Los resultados sugieren que la habilidad de secuenciación temporal y comparación de magnitudes simbólicas son predictores significativos del desempeño en PC de los niños en edad preescolar. Adicionalmente, utilizamos un diseño de investigación experimental con medidas pre-test y post-test y grupo control activo para evaluar la eficacia de una intervención en robótica educativa con la herramienta RoboTito, un robot diseñado para niños pequeños programable a través de la disposición en el entorno de objetos tangibles. Se diseñó un programa de intervención de 11 sesiones en el cual los niños trabajaron con esta herramienta en formato lúdico a través de resolución de problemas estructurados y semi-estructurados. Se tomaron muestras de datos de los niveles de involucramiento y participación de los niños en el grupo experimental a través de la observación estructurada de material audiovisual de las sesiones. Estos resultados indican un aumento del desempeño en el cuestionario de PC de los niños que participaron del grupo experimental con altos niveles de involucramiento.