Can peer instruction be effective in upper-division computer science courses?

Abstract

Peer Instruction (PI) is an active learning pedagogical technique. PI lectures present students with a series of multiple-choice questions, which they respond to both individually and in groups. PI has been widely successful in the physical sciences and, recently, has been successfully adopted by computer science instructors in lower-division, introductory courses. In this work, we challenge readers to consider PI for their upper-division courses as well. We present a PI curriculum for two upper-division computer science courses: Computer Architecture and Theory of Computation. These courses exemplify several perceived challenges to the adoption of PI in upper-division courses, including: exploration of abstract ideas, development of high-level judgment of engineering design trade-offs, and exercising advanced mathematical sophistication. This work includes selected course materials illustrating how these challenges are overcome, learning gains results comparing these upper-division courses with previous lower-division results in the literature, student attitudinal survey results (N = 501), and pragmatic advice to prospective developers and adopters. We present three main findings. First, we find that these upper-division courses achieved student learning gains equivalent to those reported in successful lower-division computing courses. Second, we find that student feedback for each class was overwhelmingly positive, with 88% of students recommending PI for use in other computer science classes. Third, we find that instructors adopting the materials introduced here were able to replicate the outcomes of the instructors who developed the materials in terms of student learning gains and student feedback.

Uma revisão da literatura acerca da implementação da metodologia interativa de ensino Peer Instruction (1991 a 2015)

“…Comoé bem sabido, no PI após a primeira rodada de votações, caso haja uma dispersão nas respostas, o professor sugere que os estudantes encontrem colegas que optaram por respostas diferentes das suas para discutir acerca da questão. Os resultados indicam que frequentemente os estudantes, ao interagirem uns com os outros, acabam por encontrar a resposta correta para o Teste Conceitual sem que haja, necessariamente, uma intervenção do professor [10,52,[54][55][56][57].…”

“…Lee et al [56], ao investigarem a eficácia da adoção do PI em seis disciplinas de cursos da Ciência da Computação, duas de Arquitetura de Computadores e quatro de Teoria da Computação, mostraram que a aprendizagem conceitual foi intensificada devidoà etapa de discussão entre os colegas, com ganhos normalizados entre 34% e 45% (média de 39%). Michinov et al [58] A aprendizagem dos estudantes também foi aferida com a aplicação de questões denominadas "isomórficas 4 ".…”

“…Entre os trabalhos abarcados nesta revisão da literatura, as pesquisas conduzidas por Lee et al [56] e Zingaro e Porter [113] utilizaram questões isomórficas.…”

Metodologias interativas de ensino na formação de professores de física: um estudo de caso com o método instrução pelos colegas (Peer Instruction)

“…O objetivo é que os alunos reflitam individualmente e, depois, discutam em grupo suas respostas, antes de o professor informar qual é a correta. Pesquisas indicam que, com frequência, os estudantes acabam, ao interagirem uns com os outros, encontrando a resposta correta para o Teste Conceitual sem ocorrer, necessariamente, uma intervenção do professor (BROOKS; KORETSKY, 2011;MAZUR, 2001;LEE et al, 2013;LUCAS, 2009;MORGAN;WAKEFIELD, 2012) Caso a frequência de acertos seja inferior a 30%, o professor explicará novamente o conteúdo, podendo optar por apresentar a resposta do Teste Conceitual, visto que, possivelmente, os alunos não captaram corretamente o conceito apresentado na exposição inicial, ou há problemas na redação e/ou na composição da questão.…”

A multi-institutional study of peer instruction in introductory computing

“…Students value PI [5,8,10] and learn more in PI classes compared to traditional lecture classes [11,13]. PI is also associated with low failure rates [6] and increased retention of majors [9].…”