The Role of Self-Concept and Motivation Within the "Computational Thinking" Approach to Early Computer Science Education

Abstract

Es gibt zunehmend Bemühungen, Informatik in die offiziellen Lehrpläne von Schulen zu integrieren oder in außerschulischen Angeboten zu unterrichten. Insbesondere Informatikbildung für jüngere Schülerinnen und Schüler folgt oft dem didaktischen Ansatz des informatischen Denkens, der den Schwerpunkt auf das Verständnis konzeptueller Grundlagen der Informatik und nicht auf die Benutzung bestimmter digitaler Anwendungen legt.

Dabei ist neben der Förderung informatischer Fähigkeiten eines der häufigsten Ziele, bei Kindern Motivation und positives Selbstkonzept in Bezug auf Informatik zu fördern. Motivation und Selbstkonzept haben sich als wichtige Prädiktoren für den Bildungserfolg erwiesen, insbesondere in der Mathematik und den Naturwissenschaften. Da es jedoch an zuverlässigen Instrumenten zur Beurteilung von informatischem Selbstkonzept und Motivation fehlt, die für jüngere Schülerinnen und Schüler geeignet sind, wird nur selten empirisch evaluiert, ob Bildungsmaßnahmen in der Informatik das Ziel erreichen, diese wichtigen motivationalen Einstellungen zu fördern.

Das Ziel dieser Dissertation ist es, diese Lücke zu schließen, indem untersucht wird, (1) wie Motivation und Selbstkonzept von Schülerinnen und Schülern in der frühen Informatikbildung zuverlässig erfasst werden können und (2) wie informatisches Denken so unterrichtet werden kann, dass informatisches Selbstkonzept und Motivation für Informatik bei Kindern gefördert werden.

Diese Fragen werden in vier empirischen Studien untersucht, die von einer explorativen Pilotstudie zur Lehr-Lernmethoden für den Unterricht in informatischem Denken (Studie 1) über die schrittweise Entwicklung und Evaluierung eines Instruments zur Erfassung von Motivation und Selbstkonzept in der Informatik (Studien 2 und 3) bis hin zu einer hypothesengeleiteten, randomisierten kontrollierten Feldstudie reichen, in der ein strukturiertes Training in informatischem Denken für Grundschulkinder auf seine Wirksamkeit für die Förderung von Motivation und Selbstkonzept in der Informatik untersucht wird (Studie 4).

As efforts for computer science education in elementary and secondary education are on the rise, there is an increasing number of efforts for integrating computing into official school curricula as well as extracurricular initiatives. Especially for elementary education, these efforts often follow the didactic approach of computational thinking, which places focus on the concepts, methods, and principles of computing rather than on specific technological applications. Aside from advancing students' computational abilities, one of the most common goals of these efforts is fostering motivation and a positive self-concept with regard to computing. Motivation and self-concept have been found to be important predictors for educational outcome, particularly in mathematics and the sciences. However, due to a lack of reliable instruments for assessing computing-related motivation and self-concept in younger students, it is rarely empirically evaluated whether computing education efforts are successful in reaching their goal to foster such important motivational dispositions. The aim of this dissertation is to address this gap by investigating (1) how student's motivation and self-concept can be assessed reliably within early computing education and (2) how computational thinking can be taught in a way that is motivating to elementary school students and beneficial for their self-concept. These questions are explored in four empirical studies, progressing from an exploratory pilot study on methods for teaching computational thinking (Study 1) to the incremental development and evaluation of an instrument for assessing programming-related motivation and self-concept (Studies 2 and 3) to a hypothesis-driven randomized controlled field trial examining the effectiveness of a structured multi-component computational thinking training for fostering programming-related motivation and self-concept (study 4).