Explorando o estado da educação em ciência da computação em meio à rápida expansão política Explorando o estado da educação em ciência da computação em meio à rápida expansão política

O papel dos computadores na vida cotidiana e na economia cresce a cada ano, e espera-se que essa tendência continue no futuro previsível. Espera-se que aqueles que aprendem e dominam as habilidades de ciência da computação (CS) desfrutem de maiores oportunidades de emprego e mais flexibilidade em seus futuros, embora os EUA atualmente produzam poucos especialistas para atender às futuras demandas de emprego. Assim, acredita-se que fornecer exposição à CS durante os anos de escolaridade obrigatória seja fundamental para manter o crescimento econômico, aumentar os resultados de emprego para os indivíduos e reduzir as lacunas históricas na participação em campos de tecnologia por gênero e raça. Consequentemente, fornecer aos jovens acesso à educação de qualidade em CS é cada vez mais visto como uma prioridade urgente para os sistemas de escolas públicas nos EUA e em todo o mundo.

Objetivos primários da educação em CS, conforme descrito no “K-12 Computer Science Framework”—um documento orientador reunido por vários grupos de educação CS e STEM em colaboração com líderes escolares em todo o país—é para ajudar os alunos a “se desenvolverem como aprendizes, usuários e criadores de conhecimentos e artefatos de ciência da computação” ( p. 10) e entender o papel geral da computação na sociedade. As habilidades de CS permitem que os indivíduos entendam como a tecnologia funciona e a melhor forma de aproveitar seu potencial em suas vidas pessoais e profissionais. A educação em CS é distinta da alfabetização digital, pois se preocupa principalmente com o design e as operações do computador, e não com o simples uso de software de computador. Ocupações comuns que utilizam fortemente habilidades de CS incluem engenheiros de software, cientistas de dados e gerentes de rede de computadores; no entanto, conforme descrito abaixo, as habilidades de CS estão se tornando mais essenciais para muitas ocupações na economia além dos campos de tecnologia.

A última década foi um período ativo de expansão de políticas na educação de ciência da ciência em todos os estados e crescente envolvimento dos alunos nos cursos de ciência da ciência. No entanto, pouco se sabe sobre como as políticas podem ter influenciado os resultados dos alunos. Este relatório oferece um primeiro olhar sobre a relação entre as mudanças políticas recentes e a participação, bem como as taxas de aprovação nos exames de Ciência da Computação de Colocação Avançada (AP CS).

Com base em nossa análise da última década, apresentamos cinco descobertas principais:

Oferecendo acesso universal à educação em CS

A educação em CS está passando por uma importante transformação nas escolas. Aulas de computação e ciência da computação há muito são oferecidas em escolas públicas K-12, embora não sejam exigidas de maneira uniforme, nem estejam disponíveis universalmente. Assim, o acesso ao CS tem sido desigual entre as populações estudantis. No entanto, a crescente importância das habilidades tecnológicas e de computação na sociedade moderna obrigou muitos sistemas escolares a adotar políticas para fornecer acesso universal à educação em CS. Vários motivos costumam motivar esse acesso ampliado.

Em primeiro lugar, espera-se que a expansão da educação em ciência da computação beneficie diretamente os alunos. Indivíduos que desenvolvem experiência em campos de informática e tecnologia desfrutam de salários e empregos mais altos. Mesmo aqueles que não buscam ocupações técnicas ainda colhem esses benefícios, pois as habilidades de computação e análise de dados foram amplamente integradas em muitos setores e ocupações. Finalmente, a educação em CS também beneficia os alunos que não usam computadores em suas carreiras futuras. Estudos anteriores documentaram habilidades cognitivas e interpessoais que a educação em CS oferece exclusivamente aos alunos, que são transferidas para fora dos domínios da computação. Além disso, a compreensão dos fundamentos da CS contribui com valiosas habilidades para a vida que preparam e protegem os alunos para um futuro em que muitos aspectos da vida diária são realizados em contextos digitais.

“A crescente importância das habilidades tecnológicas e de computação na sociedade moderna obrigou muitos sistemas escolares a adotar políticas para fornecer acesso universal à educação em ciência da computação.”

Em seguida, as economias em geral se saem melhor quando os indivíduos são mais competentes tecnologicamente. Estudos mostram uma relação positiva entre crescimento econômico, tecnologia e investimentos em capital humano em habilidades relacionadas. Muitos estados e países veem os empregos em computação e tecnologia como motores do crescimento econômico; assim, fornecer aos alunos de escolas públicas uma educação de qualidade em CS permite um crescimento sustentável. Os políticos federais e locais geralmente apelam para essa lógica econômica para justificar os investimentos em educação de CS para as partes interessadas públicas - o Arkansas, um dos primeiros a adotar políticas de CS, é um excelente exemplo.

E terceiro, o acesso universal à educação de alta qualidade em ciência da computação é necessário para fechar as lacunas históricas nos campos tecnológicos. Populações negras, latinas e indígenas e mulheres há muito são sub-representadas em ocupações STEM que dependem fortemente de habilidades de computação e computação. Dados os salários mais altos e as perspectivas de emprego associadas a esses campos, essa sub-representação de diversas populações em STEM contribui implicitamente para as lacunas baseadas em raça e gênero ao longo das linhas econômicas. O desenvolvimento de habilidades técnicas oferece um caminho para a mobilidade social ascendente, como demonstrado pela experiência de assimilação de alguns grupos de imigrantes: aqueles com habilidades em computação e outras STEM alcançam a paridade salarial com trabalhadores nativos muito mais rapidamente do que aqueles sem essas habilidades.

Pesquisas anteriores indicam que o baixo acesso a oportunidades e recursos educacionais de CS são fatores críticos de lacunas de participação em STEM, que tendem a refletir desigualdades socioeconômicas maiores com base em raça, renda ou localidade. Por exemplo, quando a única oferta de CS em uma escola é um clube de robótica extracurricular, apenas aqueles com motivação intrínseca e recursos para participar terão acesso a essa oportunidade de aprendizado. O menor acesso ao CS pode se manifestar de várias maneiras, desde exposições pouco frequentes a aplicativos de aprendizado baseados em computador na sala de aula até menos cursos sendo oferecidos em escolas de ensino médio. O acesso desigual não explica as lacunas de participação baseadas em gênero, embora provavelmente sejam impulsionadas por outras normas socializadas de gênero que impedem as meninas de usar a computação e outras áreas STEM. Espera-se, no entanto, que o acesso universal forneça habilidades de CS a todos os alunos e estimule um maior envolvimento entre grupos sub-representados, aumentando a diversidade nas ocupações STEM.

“O acesso dos alunos à educação em ciência da computação é altamente variável nos EUA.”

O acesso dos alunos à educação em ciência da computação é altamente variável nos EUA. Embora muitas escolas ofereçam laboratórios de informática e aulas de alfabetização em informática (por exemplo, digitação, uso da Internet, processamento de texto), os cursos de ciência da computação vão além do básico para fornecer instruções sobre pensamento computacional e outras operações digitais e exigem professores com essas habilidades. Em muitos lugares nos EUA, o CS é oferecido apenas aos alunos como disciplinas eletivas ou atividades extracurriculares, se houver. Deixar a oferta de educação em SC para esses contextos voluntários deixa a qualidade da experiência em SC altamente variável e dependente da disponibilidade de recursos locais. No entanto, espera-se que o acesso universal à educação em CS padronize os padrões de aprendizagem, aumente as restrições de recursos locais e garanta o acesso igualitário à instrução de qualidade.

Promulgar leis de política educacional sobre ciência da ciência

Os apelos para a educação universal sobre ciência da ciência existem há anos - variando de esforços corporativos e defesa sem fins lucrativos a eventos federais de conscientização - embora o progresso tenha sido lento até muito recentemente. Somente desde 2015 esses esforços renderam a massa crítica para pressionar muitos estados a adotar mudanças radicais em apoio à educação em CS.

Para ilustrar essa transformação, considere as mudanças de política documentadas nos relatórios anuais "State of Computer Science Education" (State of CS), co-autoria de Code.org Advocacy Coalition, Computer Science Teachers Association e Expanding Computing Education Pathways . Desde 2017, os relatórios State of CS promoveram e rastrearam nove políticas diferentes destinadas a promover a educação em SC nas escolas.¹ As nove políticas são:

Em apenas cinco anos, os estados apresentaram uma notável transformação política; A Figura 1 combina e anima essa evolução.² No relatório de 2017, o Arkansas foi o único estado que adotou pelo menos sete das nove políticas rastreadas. Enquanto isso, 36 estados adotaram três ou menos políticas, incluindo nove estados que não adotaram nenhuma política estadual de CS. Mas no relatório de 2021, 24 estados tinham pelo menos sete políticas nos livros – uma mudança notável observada em todas as regiões geográficas. Apenas 10 estados permanecem na categoria de adoção mais baixa e todos os estados adotaram pelo menos uma política.

A Figura 1 também identifica quais políticas são adotadas. A política mais comumente adotada é fazer com que um curso de CS satisfaça um requisito básico de graduação do ensino médio, com todos os 50 estados mais Washington, DC, adotando-o até 2021. Outras políticas populares incluem ter um plano estadual de CS, financiar iniciativas de CS, criar um oficial CS de nível, adotando padrões K-12 CS e reconhecendo uma certificação CS para professores; cada uma dessas categorias de políticas conta com mais de 30 estados atuando na área até 2021.

Fornecer acesso universal à educação em ciência da computação em muitos locais geralmente segue o fornecimento de acesso (quase) universal a dispositivos de computação pessoal e banda larga. Embora alguns elementos dos fundamentos de CS possam ser ensinados sem o auxílio de computadores e uma conexão com a Internet, esses são insumos necessários para um currículo completo de CS. Historicamente, escolas e famílias localizadas em comunidades rurais ou de baixa renda tiveram menor acesso à infraestrutura digital – um fenômeno amplamente conhecido como exclusão digital. Além de uma série de outras consequências negativas, as implicações dessa divisão na educação de CS é que os alunos nesses contextos têm menos oportunidades de interagir regularmente com dispositivos de computação em contextos de aprendizagem e terão menos acesso a instrução de CS de alta qualidade.

Mais recentemente, no entanto, a pandemia do COVID-19 atuou como um catalisador para fazer progressos reais no fechamento da exclusão digital. Fornecer amplo acesso aos recursos de computação necessários tem sido uma prioridade urgente para muitos sistemas escolares, pois eles trabalham para permanecer conectados com os alunos enquanto as escolas ficam fechadas por longos períodos. Com novos dispositivos e acesso imediato à internet, alunos antes desconectados estão começando a interagir regularmente com computadores para facilitar seu aprendizado. Assim, onde algumas comunidades podem ter sido menos capazes de oferecer CS por esses motivos no passado, prevemos que as barreiras de hardware e infraestrutura devem ser menos formidáveis ​​no futuro.

Mais alunos estão fazendo exames AP CS

Nesta era ativa de adoção de políticas de CS, exploramos se essas ações correspondem a mudanças nos resultados dos alunos em CS. Os alunos têm mais chances de participar e ter sucesso no aprendizado de CS? As lacunas baseadas em raça e sexo diminuem com um acesso mais universal?

Para investigar essas questões, usamos os resultados estaduais nos exames AP do College Board em CS. Os exames AP são medidas de resultado úteis para esta investigação porque são padronizados, administrados nacionalmente e representam competências significativas no campo que são amplamente reconhecidas. Esta seção fornece detalhes de fundo sobre os exames AP CS.

Situados no ponto de transição entre o ensino médio e a faculdade, os cursos AP em várias disciplinas são oferecidos na maioria das escolas de ensino médio para alunos avançados, geralmente no(s) último(s) ano(s) do ensino médio. Os alunos podem optar por fazer o exame AP no final do ano letivo para demonstrar seu domínio do material do curso. Quando os alunos se matriculam na faculdade, muitas instituições premiam aqueles que passaram no teste AP com créditos universitários correspondentes a um curso introdutório na área. Assim, participar e passar em um exame AP CS provavelmente deve ser considerado como um resultado final do aluno; isto é, aquele que é realizado após vários anos de oportunidades de aprendizado de ciência da computação.

A participação dos alunos em cursos e exames AP é amplamente percebida como sinais importantes de prontidão para a faculdade, e muitas escolas de ensino médio expandiram suas ofertas de cursos AP para sinalizar rigor aos pais e motivar os alunos. Alguns estudiosos questionam até que ponto a participação em aulas de AP aumenta genuinamente a probabilidade de sucesso dos alunos na faculdade (uma vez que são principalmente alunos avançados que estão se matriculando nesses cursos), e o controle de muitas características de histórico do aluno diminui acentuadamente a vantagem aparente da participação em AP. Outras evidências de expansões impulsionadas por incentivos de cursos de AP em ambientes desfavorecidos apontam para que a participação em AP tenha um impacto positivo e causal nas pontuações do SAT/ACT e nas matrículas na faculdade. Apesar de analisar muitos estudos do programa AP, os benefícios acadêmicos se acumulam quase exclusivamente para aqueles que passam no exame AP (participar do curso sem passar no exame oferece pouco ou nenhum benefício acadêmico).

“Grupos socioeconomicamente desfavorecidos não têm acesso igualitário à programação de AP em suas escolas.”

Mesmo que apenas aqueles que passam com sucesso no exame de AP se beneficiem, os grupos socioeconomicamente desfavorecidos carecem de acesso igualitário à programação de AP em suas escolas. Em 2014, o Escritório de Direitos Civis do Departamento de Educação realizou uma coleta especial de dados sobre o acesso dos alunos a cursos avançados. Os relatórios mostram que os alunos negros e latinos representam 27% dos matriculados em pelo menos um curso de AP e 18% dos aprovados em pelo menos um exame de AP, apesar de esses grupos representarem 37% de todos os alunos. Além disso, essas lacunas não se limitam aos cursos AP, mas também são evidentes em cursos STEM avançados (como álgebra II e física).

Durante os anos de nossa investigação, o College Board administrou dois exames AP cobrindo o conteúdo de CS: Ciência da Computação A (AP CS A) e Princípios de Ciência da Computação (AP CS P). O AP CS A destina-se a cobrir o material esperado de um curso de CS do primeiro ano na faculdade (com forte ênfase em codificação), enquanto o AP CS P deve cobrir um curso de computação do primeiro ano (incluindo conteúdo mais básico, como os impactos da tecnologia sobre a sociedade e entender como algoritmos e redes funcionam). Os alunos de ambos os cursos aprenderão a projetar um programa de computador, mas apenas os alunos do AP CS A desenvolverão os algoritmos e o código necessários para a implementação. Isso não significa necessariamente que o AP CS A seja mais eficaz - embora seja mais rigoroso e venha depois do AP CS P em uma sequência de curso. Um relatório recente do College Board conclui que os alunos que fazem AP CS P (em relação aos que não tiveram a chance) têm maior probabilidade de fazer AP CS A nos últimos anos do ensino médio ou declarar um curso superior de CS. Embora não sejam causais, essas descobertas ressaltam a importância do AP CS P no desenvolvimento do interesse dos alunos no campo, principalmente entre os grupos de alunos sub-representados.

Dos dois exames, AP CS A tem uma história mais longa, traçando suas origens até 1984. Durante grande parte de sua história, modestos 20.000 ou menos alunos fariam o exame anualmente, embora esses números tenham começado a se expandir no última década. O exame AP CS P, no entanto, foi introduzido no ano letivo de 2016-17 e ganhou popularidade rapidamente. Na primavera de 2018, seu segundo ano de administração, a demanda de alunos para o exame AP CS P (62.868 alunos de escolas públicas) já havia superado a demanda de AP CS A (51.645 alunos).

A Figura 2 apresenta o número de exames realizados entre 2012-2020 (o ano mais recente com dados disponíveis). Na primeira metade da série, AP CS A foi o único exame AP CS oferecido e a demanda estudantil cresceu modestamente ano a ano. O exame AP CS P rapidamente dominou uma vez introduzido. Em 2020, mais de 150.000 alunos fizeram um desses exames AP CS, com quase dois terços dessa demanda vindo do AP CS P. Para referência, a participação em exames AP em geral cresceu de mais de 950.000 alunos em 2012 para 1,21 milhão em 2020 ( 27% de crescimento). O crescente interesse nos exames AP CS ultrapassou significativamente os aumentos gerais nas outras disciplinas AP.

Um recente estudo comparativo dos dois exames AP CS encontra diferenças importantes entre os alunos, o domínio de habilidades e os campos ocupacionais pretendidos. Os alunos que fazem o exame AP CS A frequentemente fazem vários outros exames AP e pretendem fazer especialização em CS ou outras áreas STEM quando estiverem na faculdade. Por outro lado, os alunos que fizeram o exame AP CS P relataram apenas menos interesse em seguir carreiras e carreiras em CS ou STEM e expressaram menor confiança em computação (como esperado, dado o material mais básico).

Além disso, os alunos que fizeram apenas o AP CS P foram mais diversos do que aqueles que fizeram o AP CS A, embora a sub-representação de alunas negras, latinas e mulheres ainda seja aparente em ambos os exames.³ Figura 3 ilustra as diferenças na diversidade entre os dois exames AP CS. Como a figura anterior, ela mostra a série temporal recente de participantes do teste AP, embora, em vez de contagens numéricas, estejamos analisando a parcela de participantes negros e latinos (linhas azuis claras) ou mulheres (linhas azuis escuras) no ano -eixo. Alunos negros e latinos constituem entre 13-18% dos participantes do teste AP CS A para toda a série, mas representam 28-30% dos participantes do teste AP CS P. Da mesma forma, as alunas cresceram de 18% dos participantes do teste AP CS A em 2012 para 25% em 2020; eles constituíram uma parcela ainda maior de participantes do teste AP CS P durante os anos em que foi administrado (aumentando de 30% em 2017 para 34% em 2020).

Ao longo do restante do relatório, combinamos os resultados dos alunos em ambos os exames AP CS e relatamos estatísticas agrupadas. Fazemos isso principalmente para simplificar o relatório, já que a maioria dos resultados mostra padrões aproximadamente redundantes quando analisados ​​separadamente por exame; exceções a isso serão observadas no texto.

Explorando os resultados do AP CS por raça e sexo do aluno

Os resultados do exame AP CS fornecem dois resultados distintos que usamos na análise restante: realização do teste e aprovação. O College Board relata estatísticas estaduais por ano e raça e sexo dos alunos para ambos os resultados, e estes serão vinculados às mudanças nas políticas estaduais que descrevemos anteriormente. Esta seção primeiro investiga como a expansão dos testes em AP CS evoluiu através da lente da representação de raça e sexo.

Antes de prosseguir, devemos observar uma limitação importante em relação aos dados de aprovação no exame AP CS: quando um pequeno número de alunos está presente em uma cela denunciada, o College Board censura a cela para proteger a privacidade dos alunos. A censura celular é comum em estados com populações pequenas quando os relatórios são divididos por combinações de estado, ano, exame e raça ou gênero. Consequentemente, somos limitados em nossa capacidade de investigar políticas estatais e sua associação com resultados transitórios por raça e sexo. Relataremos algumas taxas de aprovação como pertinentes abaixo, embora grande parte da análise a seguir use a realização de testes como o principal resultado do AP CS.

Conforme discutido anteriormente, aumentar a diversidade racial e de gênero em CS e campos STEM relacionados é um importante fator motivador na adoção de políticas educacionais universais de CS. O estreitamento das lacunas na realização e aprovação no teste AP CS coincidiu com a expansão das políticas educacionais estaduais de CS?

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A Figura 4 ilustra como as diferenças na representação na realização de testes de AP evoluíram nos últimos anos. A figura é composta por dois gráficos de dispersão animados que traçam as diferenças na representação entre grupos super-representados no eixo x (homens à esquerda, estudantes brancos e asiáticos à direita) e grupos sub-representados no eixo y (mulheres à esquerda, Alunos negros e latinos à direita). Em ambos os eixos estão a proporção do estado de cada grupo de alunos representado entre os participantes do teste (com referência à população do estado de alunos da 12ª série).⁴ Ambos os painéis têm 45 - linha de referência de grau, marcando a paridade na realização do teste AP CS entre grupos super-representados e sub-representados. Os pontos abaixo dessa linha de referência representam lacunas na realização de testes em que brancos, asiáticos e homens continuam super-representados. Uma linha também é ajustada entre as observações de estado - os pontos situados nessa linha compartilham as mesmas proporções relativas na população que faz o teste entre os grupos sub e super-representados.

Em 2012, o primeiro ano da animação, todos os estados estão agrupados no canto inferior esquerdo dos gráficos de dispersão. A posição desses pontos mostra baixa participação geral, e a participação é especialmente baixa entre estudantes negros, latinos e do sexo feminino. Quando o play é pressionado na animação, os pontos se afastam das origens, embora quase exclusivamente dentro das mesmas metades das áreas de plotagem a sudeste das linhas de referência. A linha ajustada entre as observações de estado mostra que as lacunas de representação na realização do teste diminuíram ligeiramente com o tempo (como a linha ajustada assume uma inclinação mais acentuada, aproximando-a da paridade), embora grandes lacunas persistam na maioria dos estados.

A Tabela 1 abaixo fornece duas métricas principais que ajudam a descrever como esses padrões de realização de testes por subgrupos de alunos evoluíram ao longo do tempo. A primeira métrica é a proporção de lacunas de participação (grupos sub-representados/grupos super-representados), que é essencialmente o que as linhas ajustadas na Figura 4 ilustram. Um valor de 1 representa a paridade entre os grupos (assim como a linha de 45 graus acima tem uma inclinação de 1). As taxas de participação foram mais de quatro vezes maiores entre os alunos do 12º ano do sexo masculino em comparação com as mulheres em 2012, resultando em uma taxa de participação de 0,24. O aumento da participação feminina nos últimos anos aproximou-as da paridade com um valor de 0,46 em 2020. A Tabela 1 também relata a diferença na parcela de examinandos de grupos super-representados menos grupos sub-representados, onde um valor de 0 representa uma divisão de 50-50 na demografia dos examinandos. Em 2012, os participantes do teste AP CS eram pouco menos de 20% do sexo feminino e pouco mais de 80% do sexo masculino, resultando em uma diferença de participação no teste superior a 62 pontos percentuais. Essa lacuna diminuiu para menos de 40 pontos percentuais em 2020. Padrões semelhantes de progresso são mostrados em métricas baseadas em corrida.

A Tabela 1 mostra as taxas de participação e as lacunas de participação em testes calculadas por sexo e raça para três anos selecionados: o primeiro ano de dados (2012), o ano em que o AP CS P foi introduzido (2017) e o último ano (2020). Examinar como essas métricas mudaram ao longo da série é instrutivo: muitas das melhorias gerais nas métricas foram realizadas em 2017 com a introdução do exame AP CS P. O progresso feito nos anos seguintes foi mais modesto em comparação, e os ganhos foram maiores nas diferenças sexuais do que nas diferenças raciais.

Encontramos outros padrões encorajadores de estreitamento das lacunas ao focar nas taxas de aprovação do AP CS. Ao expandir rapidamente o pool de realização de testes, pode-se preocupar que os alunos induzidos a fazer os exames AP CS não estejam tão preparados para os exames quanto os alunos que já se prepararam para o AP CS antes da expansão. Essa preocupação ressoa especialmente para o exame AP CS P, que se expandiu drasticamente para mais de 100.000 exames realizados anualmente em apenas alguns anos. Ao contrário, porém, nossa análise dos dados sugere que as taxas de aprovação entre os grupos sub-representados aumentaram durante esse período de expansão do AP CS e aumentaram mais rapidamente do que entre os grupos super-representados.

A Figura 5 apresenta as taxas de aprovação nos exames AP CS por sexo (à esquerda) e raça (à direita) nos últimos anos. Os eixos x representam anos e os eixos y representam as taxas de aprovação de cada grupo de alunos; as taxas de aprovação são agrupadas em ambos os exames AP CS. Em ambos os painéis, os grupos super-representados estão passando nos exames em taxas mais altas, e uma margem especialmente grande é aparente entre os grupos raciais. No entanto, durante esses anos de crescimento da participação, as taxas de aprovação entre os grupos sub-representados aumentaram simultaneamente. Enquanto isso, as taxas de aprovação de grupos super-representados (homens à esquerda, brancos e asiáticos à direita) aumentaram gradualmente durante esse período de expansão. Na rede, as diferenças entre esses grupos diminuíram e as taxas de aprovação feminina ultrapassaram as masculinas em 2020.

Para confirmar que as lacunas cada vez menores representadas na Figura 5 não são simplesmente impulsionadas pela crescente popularidade do exame AP CS P, investigamos separadamente as taxas de aprovação em cada um dos exames AP CS. Os intervalos de estreitamento observados na Figura 5 também são observados em cada teste. Por exemplo, as taxas de aprovação feminina no exame AP CS A aumentaram de 56% (2012) para 68% (2020) e aumentaram no exame AP CS P de 70% (2017) para 75% (2020). Aumentos de 5 ou mais pontos percentuais foram observados de forma semelhante entre os participantes negros e latinos em ambos os testes durante este período. Enquanto isso, as taxas de aprovação entre os grupos super-representados aumentaram ligeiramente no exame AP CS A durante o período, enquanto caíram ligeiramente no exame AP CS P. Mais uma vez, os resultados líquidos mostraram lacunas estreitas para grupos sub-representados por raça e sexo em ambos os exames.

Associando as mudanças nas políticas educacionais de CS com a realização de testes AP

Finalmente, exploramos se os estados que estão fazendo mais progresso em suas políticas educacionais de CS mostram resultados mais favoráveis ​​nos exames AP CS. Por exemplo, é possível que os estados que adotam mais ações políticas para melhorar o acesso universal à educação em CS tenham visto uma maior aceitação na participação da AP CS ou reduções mais acentuadas nas lacunas sub-representadas em comparação com os estados que fazem pouco.

Antes de discutir nossos resultados, porém, devemos reconhecer que as métricas de adoção de políticas são proxies imperfeitos para a prática. Os relatórios State of CS têm o cuidado de observar que as políticas estaduais variam amplamente, mesmo dentro das mesmas categorias de políticas. Além disso, um estado pode decidir adotar uma determinada política educacional de CS, mas a implementação pode ser frustrada por barreiras que restringem seu impacto prático. Outros estados podem implementar práticas de melhoria da CS mesmo na ausência de uma política estadual formalizada. Essa dificuldade pode ser vista na Figura 6, que representa as diferenças nas práticas observadas em três diferentes categorias de status de política. A Figura 6 enfoca a porcentagem de escolas de ensino médio em um estado que oferece cursos básicos de CS (eixo y), uma prática que fornece acesso mais universal a CS para todos os alunos. A política do estado de CS correspondente a esta ação é se os estados têm uma política exigindo que todas as escolas de ensino médio ofereçam CS (exigir HS). O eixo x separa os estados que não possuem política, os que adotaram uma política com meta de implantação futura (em andamento) e os que já possuem a política (sim).

Os gráficos box-whisker representam as médias e distribuições dos estados observados dentro de cada uma das três categorias de status de política. Os estados com política estadual vigente têm o maior percentual médio de escolas de ensino médio que oferecem EC, e aqueles com a política em andamento têm percentuais mais elevados do que os estados sem política. No entanto, as diferenças observadas na prática entre os estados são muito menores do que as variáveis ​​de status da política sozinhas indicariam. O ponto-chave aqui é que somos obrigados a olhar para os dados disponíveis sobre o status da política, não sobre as práticas reais; conseqüentemente, podemos estar falhando em capturar diferenças importantes na prática em nossas análises.

Para realizar a análise, mesclamos os dados de adoção de políticas do estado de CS com os dados do exame AP CS por estado e ano.⁵ Executamos uma série de modelos bidirecionais de efeitos fixos, que destinam-se a identificar outras mudanças correlacionadas no comportamento de realização de testes observadas no estado ao longo do tempo e em outros estados simultaneamente. Executamos um modelo separado em cada uma das nove políticas de CS rastreadas e repetimos essa operação em diferentes métricas de realização de testes como variáveis ​​dependentes. Os resultados deste exercício são apresentados na Tabela 2 abaixo.

As colunas da Tabela 2 correspondem a diferentes modelos analíticos nos quais os resultados de interesse são a taxa geral de realização do teste (coluna 1), bem como a porcentagem de participantes do sexo feminino (coluna 2) e negros ou latinos (coluna 3). As nove políticas CS são representadas nos títulos das linhas. A célula correspondente a uma combinação linha-coluna representa a estimativa pontual e o erro padrão de um modelo bidirecional de efeitos fixos com a política no cabeçalho da linha sendo usada como variável explicativa e o grupo de alunos no cabeçalho da coluna como a saída de interesse. As células são codificadas por cores para facilitar a interpretação para destacar onde as estimativas são maiores.

O resumo de alto nível dos resultados da Tabela 2 é que várias dessas políticas educacionais de CS estão positivamente associadas ao comportamento de fazer testes AP CS entre os alunos em geral. A primeira coluna mostra que as estimativas maiores e mais significativas estatisticamente correspondem a políticas que 1) alocam fundos estaduais para iniciativas educacionais de CS, 2) exigem que as faculdades estaduais reconheçam os cursos de CS como cursos STEM nas decisões de admissão e 3) exigem que todas as escolas de ensino médio do estado para oferecer cursos de CS. Em geral, não estamos surpresos com esse resultado, pois todas essas três políticas têm um impacto direto viável sobre os alunos do ensino médio tardio, que são a população-alvo dos exames AP CS. Outras políticas, como oferecer um programa de certificação de professores em educação de CS ou ter um funcionário estadual responsável pela educação de CS, provavelmente influenciariam esses resultados no final do ensino médio por meios mais indiretos.

Outra descoberta da Tabela 2 é que nenhuma das políticas parece estar associada a um aumento relativo na proporção de participantes de grupos sub-representados. Apenas uma estimativa pontual é significativa na coluna 2 (se um curso de CS conta para um requisito de graduação STEM) e está na direção de ampliar a lacuna baseada no sexo. Este resultado deve ser tomado com cautela porque esta política (Count) foi adotada principalmente nos primeiros anos da última década, quando as lacunas eram maiores. Um fator crucial que impulsiona essas estimativas é a proporção (quase) constante de candidatos sub-representados entre 2018 e 2020, anos para os quais temos uma sobreposição de implementação de políticas e dados de realização de testes AP.

Também devemos observar que, com os altos níveis de atividade política estadual coincidindo com uma rápida expansão da realização de testes AP CS, não podemos afirmar que nenhuma das estimativas pontuais relatadas na Tabela 2 representam uma relação causal. Em vez disso, esta é nossa melhor tentativa de isolar associações que são exclusivas de certas combinações de políticas e resultados para explorar a relação; os resultados não pretendem ser avaliações definitivas de nenhuma política específica.

Mesmo que a expansão dessas políticas de EC tenha pouca relação aparente com as lacunas de realização de provas em geral, isso não significa que essa foi a experiência dos alunos em todos os estados. Queremos explorar se os aumentos no desempenho de grupos sub-representados acompanharam as expansões da política de CS em qualquer estado, e fazemos isso no mapa apresentado na Figura 7.

A Figura 7 apresenta um mapa bivariado dos EUA, onde os estados são codificados por cores com base nas mudanças observadas em duas direções: crescimento na adoção de políticas educacionais de CS em nível estadual e crescimento nas taxas de realização de testes AP para negros e latinos. Os estados acima da mediana em ambas as dimensões são sombreados em azul escuro e os estados abaixo da mediana em ambas são sombreados em cinza claro. Os tons de azul claro e cinza escuro representam estados altos em uma dimensão ou outra, mas não em ambas.

Esta análise revela algumas diferenças geográficas surpreendentes. Usando o rio Mississippi como linha divisória, quase todos os estados com os maiores aumentos na realização de testes entre os grupos de estudantes negros e latinos estão a leste do rio (Nevada e Montana são as únicas exceções a oeste do Mississippi). E entre os estados com os maiores aumentos de realização de testes no Leste, os estados estão divididos igualmente entre as categorias de alta e baixa adoção de políticas. Compare esse padrão com os estados a oeste do Mississippi, onde quase todos os estados estão na categoria de baixo crescimento para negros e latinos AP CS fazendo o teste, com mais de dois terços deles na categoria de política de baixo crescimento.

Refletir sobre o mapa nos deixa com duas lições importantes. Primeiro, o mapa ilustra vividamente que a adoção de políticas em si não é um indicador preciso de resultados mais fortes para grupos sub-representados. Observamos muitos estados com alto crescimento de políticas que veem comparativamente poucas melhorias nos resultados de testes para estudantes negros e latinos; enquanto isso, também vemos muitos exemplos com alto crescimento entre estudantes negros e latinos que não apresentaram os mesmos níveis agressivos de adoção de políticas.

“A adoção de políticas em si não é um indicador preciso de resultados mais fortes para grupos sub-representados.”

Em segundo lugar, o mapa sugere que as semelhanças geográficas podem ser uma importante alavanca de apoio aos resultados dos alunos de ciência da computação. Não está claro a partir desta análise como essas relações geográficas serão importantes, mas isso oferece algumas orientações úteis para trabalhos futuros. Uma pista sugestiva vem do relatório State of CS de 2021 (p. 14), que mostra um mapa de políticas da porcentagem de escolas que oferecem CS básico, com uma divisão leste-oeste semelhante evidente. Confirmamos que a porcentagem de escolas de ensino médio que oferecem CS no nível estadual também está positivamente correlacionada com nossa medida de crescimento de políticas e com o aumento da participação de negros e latinos. Embora meramente sugestivas, as ofertas de CS do ensino médio mais universais apresentam um mecanismo claro por meio do qual maiores parcelas de grupos sub-representados serão expostas à instrução de CS e, portanto, participarão de cursos significativos que levem a exames AP CS.

Discussão final e recomendações

Investigamos a adoção da política educacional de CS e os resultados do exame AP CS nos últimos anos - ambos tiveram uma rápida expansão durante esse período. Encontramos lacunas diminuindo modestamente para grupos de estudantes historicamente sub-representados nos campos de CS e STEM, embora grande parte do estreitamento esteja associado à introdução do exame AP CS P. Nossas investigações posteriores deixaram claro que as taxas gerais de participação nos exames AP CS parecem estar associadas à adoção de políticas de CS, embora nenhuma dessas políticas mostre qualquer relação clara com o aumento da parcela de grupos historicamente sub-representados entre os candidatos.

Reconhecemos que algumas dessas descobertas vão contra uma narrativa dominante nos círculos de educação em ciência da ciência, que afirma que o aumento do acesso à educação em ciência da ciência levará ao estreitamento das lacunas de participação. Embora encontremos lacunas diminuindo nos últimos anos, elas não parecem estar relacionadas à adoção de políticas. Esclarecemos, no entanto, que esses resultados são baseados em um conjunto de dados restrito imediatamente após as mudanças de política. Essas descobertas não são observadas durante longos períodos de implementação nem em um amplo conjunto de resultados, o que poderia contrariar esses padrões iniciais. Por exemplo, lembre-se de nossa discussão anterior de que os alunos brancos e asiáticos são mais propensos a se matricular em um conjunto mais rico de cursos de nível STEM e AP em geral, e eles são mais propensos a se envolver em cursos de CS especificamente. Parece provável que, à medida que os estados iniciam as iniciativas de educação em CS, os grupos de estudantes super-representados que desfrutam de acesso preferencial podem estar melhor posicionados para aproveitar as novas oportunidades disponíveis. Da mesma forma, resultados mais fundamentais, como a exposição do aluno à codificação ou discussões sobre novas tecnologias em sala de aula (que contrastam com os resultados principais do AP CS em nossos dados), podem ter maior probabilidade de ter um impacto desproporcional em grupos sub-representados, reduzindo as lacunas de exposição formativa. Em ambos os casos, parece plausível que a redução das lacunas de participação em CS e STEM durante um período de vários anos de implementação de políticas ainda possa resultar, mesmo que as lacunas AP CS pareçam não estar correlacionadas com mudanças de política de curto prazo.

“Mesmo que a realização de testes avançados de ciência da computação tenha aumentado entre os grupos sub-representados, a taxa de aprovação também aumentou, resultando em lacunas mais estreitas com alunos super-representados.”

Nossos resultados também fornecem algumas notícias inequivocamente encorajadoras. Em primeiro lugar, mesmo que a realização de testes AP CS tenha aumentado entre os grupos sub-representados, a taxa de aprovação também aumentou, resultando em lacunas mais estreitas com alunos super-representados. Além disso, mesmo os estados que não foram tão ativos na promoção de políticas educacionais de CS ainda mostraram grandes aumentos na participação da AP CS; assim, mesmo na ausência de ação política, vemos motivos para sermos otimistas sobre a trajetória geral da educação em CS.

Esperamos que essas descobertas convidem à reflexão e à reavaliação de como os estados estão abordando a expansão da educação em CS. Ao encerrarmos, oferecemos as seguintes recomendações às agências estaduais de educação e formuladores de políticas que trabalham para expandir a educação em CS:

A computação e a tecnologia serão partes integrantes do futuro econômico e social que aguarda as crianças de hoje. Fornecer acesso à educação de alta qualidade em ciência da computação será fundamental para garantir que todos os alunos possam enfrentar esse futuro de frente.

Os autores agradecem a Logan Booker e Marguerite Franco pela excelente assistência na pesquisa, e Nicol Turner Lee, Pat Yongpradit e Jon Valant pelo feedback útil.

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