Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

O ensino de fundamentos de programação não é uma tarefa trivial muitos estudantes têm dificuldades em compreender os conceitos abstratos de programação e possuem visões erradas sobre a atividade de programação. Uma das iniciativas que tem sido investigada a fim de amenizar os problemas associados refere-se ao ensino conjunto de conceitos básicos de programação e de teste de software. A introdução da atividade de teste pode ajudar o desenvolvimento das habilidades de compreensão e análise nos estudantes. Além disso, aprendendo teste mais cedo os alunos podem se tornar melhores testadores e desenvolvedores. Seguindo esta tendência, em trabalhos anteriores foram investigados alguns mecanismos de apoio ao ensino integrado de fundamentos de programação e teste. Dentre os mecanismos investigados destaca-se a proposição de um ambiente de apoio para submissão e avaliação automática de trabalhos práticos dos alunos, baseado em atividades de teste de software PROGTEST. Em sua primeira versão, a PROGTEST foi integrada à ferramenta JABUTISERVICE, que apoia o teste estrutural de programas escritos em Java. O presente projeto de mestrado visou a dar continuidade aos trabalhos já realizados, tendo como principal objetivo a identificação e integração de diferentes ferramentas de teste ao ambiente PROGTEST, explorando tanto técnicas e critérios de teste diferenciados como linguagens de programação distintas. O ambiente PROGTEST também foi aplicado e validado em diferentes cenários de ensino, considerando diferentes linguagens e técnicas de teste. Em linhas gerais, os resultados evidenciam a viabilidade da aplicação do ambiente em cenários de ensino e aprendizagem / The teaching of programming foundations is not a trivial task - many students have difficulty to understand the abstract concepts of programming and have wrong views about the programming activity. Initiatives have been investigated in order to address the related issues. One of them refers to the integrated teaching of programming foundations and software testing. The introduction of testing can help students to develop programming comprehension and analysis skills. Moreover, teaching testing earlier could become the students better testers and developers. Following this perspective, previous studies have investigated mechanisms to support the integrated teaching of programming foundations and software testing. Among them, we highlight the proposition of a environment for the submission and automatic evaluation of programming assignments, based on testing activities - PROGTEST. In its first version, PROGTEST was integrated with JABUTISERVICE tool, which supports the structural testing of Java programs. This work aims at identifying and integrating different testing tools to the PROGTEST environment, exploring both different testing criteria and different programming languages. The PROGTEST environment was also applied and validated in different teaching scenarios, with different languages and testing techniques. In general, the results show the feasibility of applying the environment in the integrated teaching of programming foundations and software testing

O ensino de fundamentos de programação não é uma tarefa trivial muitos estudantes têm dificuldades em compreender os conceitos abstratos de programação e possuem visões erradas sobre a atividade de programação. Uma das iniciativas que tem sido investigada a fim de amenizar os problemas associados refere-se ao ensino conjunto de conceitos básicos de programação e de teste de software. A introdução da atividade de teste pode ajudar o desenvolvimento das habilidades de compreensão e análise nos estudantes. Além disso, aprendendo teste mais cedo os alunos podem se tornar melhores testadores e desenvolvedores. Seguindo esta tendência, em trabalhos anteriores foram investigados alguns mecanismos de apoio ao ensino integrado de fundamentos de programação e teste. Dentre os mecanismos investigados destaca-se a proposição de um ambiente de apoio para submissão e avaliação automática de trabalhos práticos dos alunos, baseado em atividades de teste de software PROGTEST. Em sua primeira versão, a PROGTEST foi integrada à ferramenta JABUTISERVICE, que apoia o teste estrutural de programas escritos em Java. O presente projeto de mestrado visou a dar continuidade aos trabalhos já realizados, tendo como principal objetivo a identificação e integração de diferentes ferramentas de teste ao ambiente PROGTEST, explorando tanto técnicas e critérios de teste diferenciados como linguagens de programação distintas. O ambiente PROGTEST também foi aplicado e validado em diferentes cenários de ensino, considerando diferentes linguagens e técnicas de teste. Em linhas gerais, os resultados evidenciam a viabilidade da aplicação do ambiente em cenários de ensino e aprendizagem / The teaching of programming foundations is not a trivial task - many students have difficulty to understand the abstract concepts of programming and have wrong views about the programming activity. Initiatives have been investigated in order to address the related issues. One of them refers to the integrated teaching of programming foundations and software testing. The introduction of testing can help students to develop programming comprehension and analysis skills. Moreover, teaching testing earlier could become the students better testers and developers. Following this perspective, previous studies have investigated mechanisms to support the integrated teaching of programming foundations and software testing. Among them, we highlight the proposition of a environment for the submission and automatic evaluation of programming assignments, based on testing activities - PROGTEST. In its first version, PROGTEST was integrated with JABUTISERVICE tool, which supports the structural testing of Java programs. This work aims at identifying and integrating different testing tools to the PROGTEST environment, exploring both different testing criteria and different programming languages. The PROGTEST environment was also applied and validated in different teaching scenarios, with different languages and testing techniques. In general, the results show the feasibility of applying the environment in the integrated teaching of programming foundations and software testing

O ensino das disciplinas de fundamentos de programação e teste de software não é trivial. Várias iniciativas têm sido investigadas a fim de amenizar os problemas associados a essa atividade. Uma dessas iniciativas é o ensino conjunto de conceitos básicos de programação e de teste de software em disciplinas introdutórias dos cursos de Ciências da Computação. Este trabalho insere-se nessa perspectiva, tendo como principal objetivo fornecer subsídios para o ensino integrado de fundamentos de programação OO e teste de software. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvido um módulo educacional integrado de fundamentos de programação OO e teste de software, utilizando uma abordagem integrada para modelagem de conteúdos educacionais. Ênfase é dada na modelagem dos aspectos conceituais, instrucionais e didáticos dos domínios de conhecimento envolvidos. Além disso, também foi desenvolvido um ambiente, denominado ProgTest, baseado na Web e na concepção de software livre, para submissão e avaliação de trabalhos práticos dos alunos. O ambiente foi integrado com ferramentas de teste de modo que a avaliação dos trabalhos seja realizada com base em atividades de teste. Os programas e os resultados são avaliados com base em padrões de consistência, eficácia e eficiência uniformes. Os professores também podem ter uma redução na sua carga de trabalho, uma vez que o sistema avalia automaticamente tanto os casos de teste quanto o código do programa. / The teaching of fundamentals of programming and software testing is not trivial. Many attempts have been investigated in order to reduce the problems associated to this activity. One of these initiatives is the teaching of basic concepts and techniques of programming in conjunction with software testing in introductory courses of the Computer Science. In this sense, this work aims at providing mechanisms to the integrated teaching of fundamentals of OO programming and software testing. To achieve this goal, we developed an integrated educational module of fundamentals of OO programming and software testing, using an integrated approach to model the educational contents. We focus on conceptual, instructional and didactic modeling of the knowledge domains. Furthermore, an open source Web-based environment, named ProgTest, was also developed for the submission and evaluation of practical assignments to the students. The environment was integrated with testing tools, so the evaluation of the assignments is performed based on testing activities. The assignments and the results are evaluated based on the uniform standards in terms of consistence, efficacy and efficiency. The professors can have their workload reduced with this environment, once the system automatically evaluates both the code of the assignment as well as its test cases.

A importância das disciplinas de programação nas grades curriculares de cursos de computação, tanto no contexto nacional como internacional e as limitações e problemas apresentados em tais disciplinas, tem levado a um esforço significativo em pesquisas na área da Informática na Educação para propor soluções de software no domínio de ensino e aprendizagem de programação, com destaque para a adoção de soluções para a modalidade de aprendizagem eletrônica (e-learning). No entanto, é possível notar limitações nas pesquisas já conduzidas, principalmente em relação à quantidade ainda reduzida de estudos que adotam a aprendizagem móvel (m-learning) como modalidade para ensinar a programar. Observa-se, ainda, a incipiência de pesquisas que adotam metodologias provenientes da Engenharia de Software baseada em Reúso para apoiar o processo de criação de produtos de software educacionais. A adoção de tais metodologias pode permitir uma variação maior de produtos educacionais, permitindo o desenvolvimento de modo a atender um maior número de professores, instituições e domínios. Neste contexto, esta pesquisa de doutorado tem como objetivo propor e desenvolver uma infraestrutura para o desenvolvimento de aplicações educacionais móveis para o ensino de fundamentos de programação a serem utilizadas em nível superior. Para isso, diferentes soluções já existentes foram avaliadas permitindo a criação de um catálogo de requisitos educacionais móveis que serviu de artefato para o estabelecimento de uma arquitetura de linha de produtos de software (LPS) e de uma ferramenta de apoio, intitulada TANGRAM (an infrasTructure to support the development of mobile leArning applicatioNs for the teachinG and leaRning of progrAMming fundamentals), que permite a criação facilitada dos produtos dessa linha. Adicionalmente, um conjunto inicial de funcionalidades para a plataforma móvel foi desenvolvido. Para verificar a viabilidade do uso de tal infraestrutura, diversas avaliações foram conduzidas nas diferentes etapas de concepção da mesma. Ao final, foram observadas evidências preliminares de que a LPS e a ferramenta TANGRAM possibilitam a criação de aplicações educacionais móveis para serem utilizadas na mitigação de problemas no ensino e aprendizagem de fundamentos programação. Além de contribuições complementares referentes ao catálogo de requisitos para aplicações educacionais móveis, as escolhas metodológicas e tecnológicas na concepção do projeto arquitetural, e um conjunto de gestos de interação para telas sensíveis ao toque a integrar as aplicações educacionais, que possibilitam a condução de trabalhos futuros na exploração dos mesmos no que se refere à mitigação de problemas no ensino e aprendizagem de fundamentos programação. / The importance of programming disciplines in computer curricula courses worldwide has increasing the efforts of researches in informatics in education area to propose software for the mitigation of problems in programming domain, highlighting the adoption of electronic learning solutions (e-learning). Meanwhile, it is possible to identify limitations in researches that adopting other learning modalities, as mobile learning modality (m-learning) for teaching of programming. Furthermore, it is also noticed a lack of adoption of reused-based software engineering methodologies, for supporting the process of development of educational software for programming domain, in special, software product lines (SPL).The adoption of such methodologies may allow a higher variation of educational products and a higher support for a greater number of professors and institutions. In this perspective, this doctoral research aimed at the establishment of an infrastructure to support the development of m-learning applications for the teaching of programming fundamentals in undergraduates courses. For that, several software solutions in programming domain were analysed allowing the creation of a m-learning requirement catalog. Such catalog was used as the main artifact for the establishment of an SPL and a support tool entitled TANGRAM (an infrasTructure to support the development of mobile leArning applicatioNs for the teachinG and leaRning of progrAMming fundamentals). The tool was proposed to facilitate the creation of applications considering the SPLs artifacts and their management. Additionally, an initial set of features for the mobile learning applications were developed, e.g., a catalog of gestures. To investigate the viability in the use of such infrastructure, several evaluations were conducted in each phase of conception of the SPL. At the end, preliminar positive evidence indicates that both LPS and TANGRAM tool may allow the develpment of m-learning applications for the mitigation of problems in the teaching and learning of programming fundamentals. Besides, contributions related with the m-learning requirement catalog, the methods and technologies selected for the conduction of the architectural project, and a set of gesture for touchscreen interfaces were also identified, resulting in an infrastructure which may be better investigate and adopted to improve the processes of teaching and learning in the programming fundamentals domain.

O ensino das disciplinas de fundamentos de programação e teste de software não é trivial. Várias iniciativas têm sido investigadas a fim de amenizar os problemas associados a essa atividade. Uma dessas iniciativas é o ensino conjunto de conceitos básicos de programação e de teste de software em disciplinas introdutórias dos cursos de Ciências da Computação. Este trabalho insere-se nessa perspectiva, tendo como principal objetivo fornecer subsídios para o ensino integrado de fundamentos de programação OO e teste de software. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvido um módulo educacional integrado de fundamentos de programação OO e teste de software, utilizando uma abordagem integrada para modelagem de conteúdos educacionais. Ênfase é dada na modelagem dos aspectos conceituais, instrucionais e didáticos dos domínios de conhecimento envolvidos. Além disso, também foi desenvolvido um ambiente, denominado ProgTest, baseado na Web e na concepção de software livre, para submissão e avaliação de trabalhos práticos dos alunos. O ambiente foi integrado com ferramentas de teste de modo que a avaliação dos trabalhos seja realizada com base em atividades de teste. Os programas e os resultados são avaliados com base em padrões de consistência, eficácia e eficiência uniformes. Os professores também podem ter uma redução na sua carga de trabalho, uma vez que o sistema avalia automaticamente tanto os casos de teste quanto o código do programa. / The teaching of fundamentals of programming and software testing is not trivial. Many attempts have been investigated in order to reduce the problems associated to this activity. One of these initiatives is the teaching of basic concepts and techniques of programming in conjunction with software testing in introductory courses of the Computer Science. In this sense, this work aims at providing mechanisms to the integrated teaching of fundamentals of OO programming and software testing. To achieve this goal, we developed an integrated educational module of fundamentals of OO programming and software testing, using an integrated approach to model the educational contents. We focus on conceptual, instructional and didactic modeling of the knowledge domains. Furthermore, an open source Web-based environment, named ProgTest, was also developed for the submission and evaluation of practical assignments to the students. The environment was integrated with testing tools, so the evaluation of the assignments is performed based on testing activities. The assignments and the results are evaluated based on the uniform standards in terms of consistence, efficacy and efficiency. The professors can have their workload reduced with this environment, once the system automatically evaluates both the code of the assignment as well as its test cases.