abstract: This research introduces Roblocks, a user-friendly system for learning Artificial Intelligence (AI) planning concepts using mobile manipulator robots. It uses a visual programming interface based on block-structured programming to make AI planning concepts easier to grasp for those who are new to robotics and AI planning. Users get to accomplish any desired tasks by dynamically populating puzzle shaped blocks encoding the robot’s possible actions, allowing them to carry out tasks like navigation, planning, and manipulation by connecting blocks instead of writing code. Roblocks has two levels, where in the first level users are made to re-arrange a jumbled set of actions of a plan in the correct order so that a given goal could be achieved. In the second level, they select actions of their choice but at each step only those actions pertaining to the current state are made available to them, thereby pruning down the vast number of possible actions and suggesting only the truly feasible and relevant actions. Both of these levels have a simulation where the user plan is executed. Moreover, if the user plan is invalid or fails to achieve the given goal condition then an explanation for the failure is provided in simple English language. This makes it easier for everyone (especially for non-roboticists) to understand the cause of the failure. / Dissertation/Thesis / Working of Roblocks / Masters Thesis Computer Science 2019

Syftet med denna studie är att få mer kunskap om vilka egenskaper lärare anser att en blockprogrammeringsmiljö bör ha för att elever ska utveckla sina generella matematiska kunskaper. I denna studie har vi först gjort en induktiv tematisk analys för att hitta teman och sedan en deduktiv analys med hjälp av TPACK och konstruktivism. Studiens data har samlats via semistrukturerade kvalitativa intervjuer över Zoom och Microsoft Teams. Resultatet baseras på sju intervjuer med behöriga lärare som undervisar i grundskolans årskurs fyra till sex i Sverige. Resultaten visade att lärare använder blockprogrammeringsmiljöer i sin undervisning för att eleverna ska konstruera ny kunskap utifrån redan befintlig kunskap, antingen via tidigare matematiska kunskaper eller tidigare programmeringskunskaper. Blockprogrammeringsmiljöer behöver vara visuellt motiverande för eleverna och gärna ha en tydlig koppling till verkligheten. Dessutom vill flera lärare se att blockprogrammeringsmiljön erbjuder elever möjligheten att arbeta kreativt med variabler och algoritmer. Blockprogrammeringsmiljöer kan utveckla elevers generella matematiska kunskaper genom att beröra innehåll som relaterar till traditionell matematik. / The purpose of this study is to acquire more knowledge of what characteristics teachers find necessary for block programming environments so that students can develop general mathematical knowledge. We used an inductive thematic analysis in this study to find themes followed by a deductive analysis with the help of TPACK and constructivism. The data of the study has been gathered by semi-structured qualitative interviews over Zoom and Microsoft Teams. The findings are based on seven interviews with licenced teachers that teach in primary school year four till six in Sweden. The findings show that teachers use block programming environments in their education so that students can construct new knowledge out of prior knowledge, either by using prior mathematical knowledge or prior knowledge of programming. Block programming environments need to be visually pleasing for pupils and have a clear connection to reality as well. In addition, more teachers are demanding that block programming environments offer the students the possibility to work creatively with variables and algorithms. Block programming environments have the possibility of developing students’ general mathematical knowledge by touching on content that relate to traditional mathematics.

As our society becomes more digitalized, the need for programmers is increasing. There are multiple schools world wide who have started implementing programming classes at early ages for their students. These classes are mostly taught using visual programming.Having the correct tools to teach programming in an introductory manner is of utmost importance, which visual programming can provide for the students.When novices start learning programming, the initial struggle for them is to master the aspects of syntax. Visual programming removes the aspect of syntax and focuses on teaching the students core concepts of programming. This is the problem that this project focuses on; The ability for novices to learn programming through visual blocks instead of syntax. The problem was approached with user testing of a game created, where the users solve puzzles using visual programming. Using the data from the user tests, evaluations and conclusions are drawn to whether visual programming is more beneficial for learning core programming concepts than syntax programming is.

Programmering som verktyg för lärande i matematik- En empirisk studie av elevers resonemangsförmåga i två olika undervisningsmiljöer För att förbereda grundskoleelever för denna allt mer digitaliserade värld, infördes programmering i kursplanen för matematik den första juli 2018. Syftet med den här studien var att undersöka om arbete i en programmeringsmiljö kan erbjuda nya möjligheter för lärande i matematik jämfört med en ouppkopplad lärmiljö. Detta undersöktes med hjälp av två för ändamålet särskilt designade lektioner, en där arbetet skedde ouppkopplat och en där arbetet skedde i en programmeringsmiljö. De deltagande eleverna arbetade parvis, och deras arbete observerades med hjälp av både fältanteckningar och ljudinspelningar. Elevernas lärande undersöktes genom att analysera deras matematiska resonemang vid de båda lektionstillfällena. Analysen skedde med hjälp av fyra analysfrågor, och resultatet visar tendenser till en skillnad i elevernas matematiska resonemang vid arbete i de två olika lärmiljöerna. På individnivå pekar resultatet på en variation i vilken av lärmiljöerna som var mest fördelaktig. På gruppnivå var det däremot fler elever som i större utsträckning följde varandras resonemang när de arbetade i programmeringsmiljön. Dessutom visade majoriteten av eleverna på en större uthållighet i att lösa uppgifterna när de arbetade med programmering. Vad dessa skillnader kan bero på diskuteras såväl i samband med studiens resultat som tidigare forskning. Slutsatsen lyder att programmering kan erbjuda elever nya sätt att lära matematik och därför bör användas som ett av flera verktyg i undervisningen. / Programming as a learning tool in mathematics - An empirical study of pupils’ mathematical reasoning in two different educational environments In order to prepare pupils for a more and more digitalised world, programming has been included in the Swedish curriculum for mathematics since July 1, 2018. The purpose of this study was to examine if working in a programming environment, in comparison to an unplugged environment, would offer pupils new opportunities for learning mathematics. This was examined by analysing the mathematical reasoning of the pupils during two different lessons; one where they worked without computers and one where they used computers and worked with block programming. The participating pupils worked in pairs, and the work and process of the pupils was observed and recorded by field notes and audio recordings. The learning opportunities was examined and the pupils' mathematical reasoning during both lessons was analysed. Four questions served as basis for the analysis, and the results showed a difference in the pupils’ mathematical reasoning in the two different learning environments. At an individual level, the results varied as regards which working environment was the most beneficial. At a group level, on the other hand, more of the pupils were able to follow each other’s mathematical reasoning when working in the programming environment. Furthermore, most of the pupils were more perseverant in solving the tasks when working in the programming environment. The possible cause of these differences is discussed in connection to the results of this study as well as to previous research. The conclusion is, a programming environment can offer the pupils new opportunities to learn and should be used as one of many ways to teach mathematics.

Syftet med studien är att undersöka huruvida elever använder problemlösningsstrategier under programmering i programmet ScratchJr. Forskningsfrågorna utgår ifrån hur eleverna använder sig av samt uttrycker sig om sina egna problemlösningsstrategier. Metoderna som använts för att besvara forskningsfrågorna har varit en triangulering mellan deltagande observation och intervju. Den deltagande observationen har bestått av ett lektionsupplägg. 40 elever från tre olika skolor har deltagit i studien genom observation och därefter intervjuer med samma elever om den lösning som framkommit. Det resultat som framkommit har varit att samtliga elever använt sig av problemlösning genom olika strategier som att prova sig fram, samarbeta eller komma ihåg hur de tidigare gjort. De allra flesta elever kunde uttrycka sig på vilket sätt de löst uppgiften under intervjun. Studiens resultat visar att programmering är en viktig del av undervisningen. Elever använder sin individuella problemlösningsförmåga och kan då bli medvetna om den. Programmering ska också ses som en del av det lustfyllda lärandet. / The purpose of the study is to investigate whether pupils use problem-solving strategies during programming in the ScratchJr program. The research questions are based on how the pupils make use of and express themselves about their own problem-solving strategies. The methods used to answer the research questions have been a triangulation between participant observation and interview. The participatory observation consisted of a lesson plan. 40 students from three different schools participated in the study through observation and then interviews with the same pupils about the solution that has emerged. The result that has emerged has been that all students have used problem solving through different strategies such as trying to develop, collaborate or remember how they did before. Most pupils were able to express how they solved the task during the interview. The study's results show that programming is an important part of teaching. Pupils use their individual problem-solving ability and can then become aware of it. Programming should also be part of the fun-filled learning.

Digitaliseringen har förändrat skolmiljön och skapat både nya utmaningar och möjligheter Det här examensarbetet, genomfört i samarbete med K-ULF projektet, syftar till att utveckla en pedagogisk lektionsplanering med tillhörande lärar- och elevhandledning som kombinerar teori och praktiska övningar. Målet är att stödja lärare i programmeringsundervisningen och främja elevernas lärande i en sociokulturell miljö. Bedömningen av elevernas förståelse genomfördes med hjälp av Blooms taxonomi, som utgår från det kognitivistiska perspektivet. Lärarhandledningen utformades baserat på tidigare forskningsresultat och input från en tekniklärare. Den omfattade tydliga syften och lärandemål enligt ämnesplanen för Teknik i gymnasiet, lektionsupplägg, lektionsinnehåll samt eventuella förberedelser för läraren. Därefter genomgick handledningen tre iterationer baserade på protokoll, deltagande observationer, diskussioner med läraren och insamlade elevsvar. Författarna testade handledningen genom att använda den i sin egen undervisning. Resultatet visade att handledningen fungerade som ett användbart verktyg för lärare som ville introducera programmering i sin undervisning. Den kunde anpassas efter klassens kunskapsnivå och lärarens egna erfarenheter. Undervisningen ägde rum i en sociokulturell klassrumsmiljö där eleverna arbetade både individuellt och i par. De insamlade elevsvaren visade att elevernas förståelse nådde upp till nivå sex enligt Blooms taxonomi när de arbetade i grupp, vilket innebar att de kunde skapa nya program och lösningar. Dock hamnade deras individuella förståelse upp till nivå fem, där de kunde bygga upp kunskap från minnesnivå till förståelse och tillämpning. Användningen av Blooms taxonomi för att bedöma elevernas förståelsenivå i en sociokulturell kontext visade sig vara en framgångsrik metod. De olika perspektiven på lärandet samverkade på ett effektivt sätt. / Digitalization has revolutionized the educational landscape, bringing forth new challenges and opportunities within schools. This master’s thesis, conducted in collaboration with the K-ULF project, aims to develop a pedagogical educational curriculum material that combines theory and practical exercises for teachers and students. The material focuses on programming instruction and fostering student learning within a sociocultural environment. To assess students’ understanding, Bloom’s taxonomy, rooted in the cognitivist perspective, was employed. The teacher guide was designed based on prior research findings and insights from a technology teacher. It encompasses clear objectives, learning goals aligned with the secondary school technology curriculum, lesson plans, lesson content, and necessary teacher preparations. The guide underwent three iterations, incorporating protocols, participant observations, discussions with the teacher and collected student solutions. To evaluate the effectiveness of the teacher guide, the authors utilized it in their own teaching. The results demonstrated that the guide served as a valuable resource for teachers seeking to incorporate programming into their instruction. It could be tailored to accommodate the student’s knowledge level and the teacher’s experience. The teaching took place in a sociocultural environment, where students engaged in both individual and collaborative work. Analysis of student solutions indicated that group work led to a higher level of understanding, reaching level six of Bloom’s taxonomy, enabling students to create new programs and devise solutions. However, individual understanding reached level five, characterized by the ability to evaluate. The use of Bloom’s taxonomy as an assessment tool within a sociocultural context proved successful, effectively integrating diverse perspectives on learning.