Fixing the Error: Debugging in Norwegian Computing Education

Abstract

Tanken om at alle skal lære om programmering og andre datarelaterte fagfelt er synleg i dagens pedagogiske utvikling. Vi ser det mellom anna i Fagfornyinga av det norske læreplanverket som kom i 2020, Kompetanseløftet 2020. Det nye læreplanverket har eit eksplisitt fokus på programmering, både i fellesfaga og i eigne valfag. Ein viktig del av programmering er feilsøking, som er prosessen av å oppdage, finne og rette opp feil i dataprogram. Sjølv om feilsøking er ein prosess som utøvande programmerarar og utviklarar kan bruke opp til halvparten av tida si på, er feilsøking ein underrepresentert del av programmeringsundervisinga. Dette gjeld både i grunnopplæringa og ved høgare utdanning i opptil fleire land. Feilsøking er eit hinder i klasserommet, og fører til at elevar blir frustrerte når dei skal programmere. Til tross for dette finst det ingen vedtekne retningslinjer for korleis ein burde drive verken feilsøking eller undervising av feilsøking. Dette forskingsprosjektet har som mål å skape forståing for korleis feilsøking kan integrerast i norsk programmeringsundervising. For å nå målet vil vi sjå på kva ferdigheiter og kunnskap ein må ha, og kva mogleggjerande eller grensande faktorar som finst, for at lærarar skal kunne utvikle sin feilsøking og feilsøkingsdidaktikk. Fokuset i forskingsprosjektet er ferdigheiter og kunnskap om feilsøking, i tillegg til feilsøkingsdidaktikk frå programmeringsundervisaren sitt perspektiv. For å undersøke fenomenet har læringsmål for undervisarar blitt designa gjennom design science research. Prosjektet består av 3 rundar med design: 1) design av første utkast av læringsmål, 2) ekspertevaluering og 3) lærarevaluering. Etter dei tre designrundane var resultatet 5 læringsmål for lærarar si utvikling av feilsøkingsferdigheiter og -didaktikk. Læringsmåla er A) kunnskap om ulike typar programfeil, B) korleis bruke feilsøkingsstrategiar, C) korleis fremje ein klasseromskultur for feilsøking, D) korleis fremje sjølvstendigheit og problemløysing i elevar si feilsøking og E) korleis digitale verktøy kan gje stø i feilskingsprosessen. Dei grensande faktorane for lærarar si utvikling av læringsmåla er mangel på tid og mangel på lærestoff. For å ta høve for dette burde lærestoff som baserer seg på læringsmåla vere tilpassa spesifikke fag og bestå av materiale og aktivitetar som kan brukast direkte i klasseromsundervisinga.

Computing for everyone is a concept that is prevalent in the pedagogical environment today. This can in part be seen in the renewal of the Norwegian National Curriculum introduced in 2020. In the new curriculum there is an explicit focus on programming, both as a part of mandatory subjects and as computing electives. A central part of programming, and computing in general, is debugging. Debugging is the process of detecting, finding and fixing bugs in computer programs. Even though it is a process professional developers can spend up to half of their time on, debugging is reported to be an underrepresented part of the provided computing education at both tertiary and secondary education levels on multiple countries. Debugging also proves a hurdle in the K-12 classroom, and is a source of frustration for pupils when it comes to programming. There is also a lack of best practices for the debugging process and for the teaching of debugging in the classroom. The aim of this research project is to create an understanding of how debugging can be integrated in Norwegian computing education, by finding what the required skills and knowledge are and what the conditions and constraints for the development of teachers' debugging skills and didactics are. The foci of the research project is debugging knowledge and skills and debugging didactics from the perspective of educators of programming in Norwegian secondary school. To study this phenomenon, design science research has been conducted where learning objectives for teachers have been designed. The project has gone through 3 design cycles: 1) design of initial learning objectives, 2) expert evaluation and 3) teacher evaluation. The three cycles resulted in 5 learning objectives for teacher development of debugging skills and didactics. The learning objectives designed are A) knowledge on different types of bugs, B) how to use debugging strategies, C) how to facilitate a classroom culture for debugging, D) how to promote self-reliance and problem-solving in pupils' debugging and E) how digital tools may aid the debugging process. The main constraints for teachers development of debugging skills are lack of time and lack of learning material. To address the conditions and constraints learning material based on the learning objectives should be specific to subject curriculum and offer material that is close to the teacher's practice in their computing classroom.