Digital learning tools for software engineering education: design, development and evaluation of digital tools for game-based learning and peer assessment

Abstract

The rapid evolution of software development technologies and the increasing adoption of artificial intelligence tools are transforming the role of the modern software engineer. In this new landscape, critical evaluation, problem-solving, and effective collaboration have become just as important as technical expertise. Consequently, software engineering education must foster both technical and socio-technical competencies, preparing students for the demands of contemporary professional practice.This doctoral dissertation investigates the design, development, integration, and evaluation of digital educational interventions aimed at supporting the development of socio-technical competencies among Computer Engineering students. To this end, a suite of Serious Games was designed, developed, and evaluated, while a Peer Assessment platform was developed and deployed to support structured peer review activities in authentic educational settings. Through these interventions, the dissertation examines how digital systems can foster competencies such as collaboration, communication, critical thinking, decision-making, evaluative judgement, and feedback literacy. In doing so, it explores the role of technology-mediated learning environments in preparing students for the collaborative and feedback-intensive nature of contemporary software engineering practice. The developed tools are viewed as mechanisms for enhancing the learning process and bridging the gap between theoretical knowledge and professional practice. Serious Games were employed to simulate situations related to teamwork in software development projects, Agile methods, and the development of non-technical competencies (soft skills), providing students with experiential and interactive learning opportunities. In parallel, Peer Assessment was implemented systematically over seven years, enabling the study of the evolution of the process, its impact on students’ learning experiences, and the factors contributing to the establishment of an effective assessment framework. This practice gradually evolved from a manual process based on spreadsheets and email exchanges into an integrated digital environment that supports administration, monitoring, and feedback provision. The evaluation of these interventions was conducted in authentic educational contexts and over extended periods, allowing the investigation of both their educational effectiveness and the user experience of participants. The findings indicate that a structured and technology-supported peer assessment framework can enhance the consistency, reliability, and quality of the assessment process, while Serious Games can significantly improve learning performance, student engagement, and the development of socio-technical skills. Feedback constitutes a central theme of the dissertation and is approached as a fundamental mechanism for learning, reflection, and continuous improvement. The research focuses on students’ perceptions of feedback and on how feedback culture influences their learning experience, engagement, and development within educational settings. It explores how feedback is understood, valued, and embedded in learning processes, as well as the importance of fostering a constructive feedback culture among peers. Through this lens, students become familiar with practices that closely resemble modern software development environments, where continuous review, collaboration, and feedback exchange are integral aspects of professional practice. Finally, the dissertation investigates the emotional dimension of feedback, highlighting how the way comments are formulated and perceived can significantly influence both students’ emotional state and their ability to process and utilize the information they receive. This perspective is complemented by the analysis of physiological data, providing additional insights into students’ emotional responses during interactions with different forms of feedback.

Η ραγδαία εξέλιξη των τεχνολογιών ανάπτυξης λογισμικού και η αυξανόμενη χρήση εργαλείων τεχνητής νοημοσύνης μετασχηματίζουν τον ρόλο του σύγχρονου μηχανικού λογισμικού. Στο νέο αυτό περιβάλλον, η κριτική αξιολόγηση, η επίλυση προβλημάτων και η αποτελεσματική συνεργασία καθίστανται εξίσου σημαντικές με τις τεχνικές γνώσεις. Ως εκ τούτου, η εκπαίδευση των φοιτητών Μηχανικής Λογισμικού καλείται να καλλιεργήσει τόσο τεχνικές όσο και κοινωνικοτεχνικές δεξιότητες, προετοιμάζοντάς τους για τις απαιτήσεις της σύγχρονης επαγγελματικής πρακτικής. Η διδακτορική διατριβή διερευνά αρχές σχεδιασμού, στρατηγικές ενσωμάτωσης και προσεγγίσεις αξιολόγησης ψηφιακών εκπαιδευτικών παρεμβάσεων με στόχο την ανάπτυξη κοινωνικοτεχνικών δεξιοτήτων στην εκπαίδευση των φοιτητών Μηχανικής Λογισμικού. Στο πλαίσιο αυτό, σχεδιάστηκαν, αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν εκπαιδευτικά παιχνίδια (Serious Games), ενώ παράλληλα μελετήθηκε η εφαρμογή της ομότιμης αξιολόγησης (Peer Assessment) σε αυθεντικά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα. Μέσα από τις παρεμβάσεις αυτές διερευνάται ο ρόλος των ψηφιακών εργαλείων στην ανάπτυξη δεξιοτήτων όπως η συνεργασία, η επικοινωνία, η κριτική σκέψη και η λήψη αποφάσεων.Τα εργαλεία που αναπτύχθηκαν αντιμετωπίζονται ως μέσα ενίσχυσης της μαθησιακής διαδικασίας και γεφύρωσης του χάσματος μεταξύ θεωρητικής γνώσης και επαγγελματικής πρακτικής. Ειδικότερα, τα Serious Games αξιοποιήθηκαν για την προσομοίωση καταστάσεων που σχετίζονται με τη συνεργασία σε ομάδες ανάπτυξης λογισμικού, τις ευέλικτες μεθοδολογίες (Agile Methods) και την ανάπτυξη δεξιοτήτων πέρα των τεχνικών (soft skills), προσφέροντας στους φοιτητές βιωματικές και διαδραστικές εμπειρίες μάθησης. Παράλληλα, η ομότιμη αξιολόγηση (Peer Assessment) εφαρμόστηκε συστηματικά επί σειρά ετών, επιτρέποντας τη μελέτη της εξέλιξης της διαδικασίας, της επίδρασής της στη μαθησιακή εμπειρία και των παραγόντων που συμβάλλουν στη διαμόρφωση ενός αποτελεσματικού πλαισίου αξιολόγησης. Η πρακτική αυτή εξελίχθηκε σταδιακά από μια χειροκίνητη διαδικασία, βασισμένη σε υπολογιστικά φύλλα και ανταλλαγή ηλεκτρονικών μηνυμάτων, σε ένα ολοκληρωμένο ψηφιακό περιβάλλον που υποστηρίζει τη διαχείριση, την παρακολούθηση και την παροχή ανατροφοδότησης. Η αξιολόγηση των παρεμβάσεων πραγματοποιήθηκε σε πραγματικές συνθήκες διδασκαλίας και σε βάθος χρόνου, επιτρέποντας τη διερεύνηση τόσο της μαθησιακής τους αποτελεσματικότητας όσο και της εμπειρίας χρήσης των συμμετεχόντων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι ένα δομημένο και τεχνολογικά υποστηριζόμενο πλαίσιο ομότιμης αξιολόγησης μπορεί να ενισχύσει τη συνέπεια, την αξιοπιστία και την ποιότητα της αξιολογικής διαδικασίας, ενώ τα Serious Games συμβάλλουν ουσιαστικά στη βελτίωση της μαθησιακής επίδοσης, της ενεργού συμμετοχής και της ανάπτυξης κοινωνικοτεχνικών δεξιοτήτων. Η ανατροφοδότηση (feedback) αποτελεί κεντρικό άξονα της διατριβής και προσεγγίζεται ως θεμελιώδης μηχανισμός μάθησης, αναστοχασμού και συνεχούς βελτίωσης. Η έρευνα εστιάζει στις αντιλήψεις των φοιτητών σχετικά με την ανατροφοδότηση και στον τρόπο με τον οποίο η κουλτούρα ανατροφοδότησης επηρεάζει τη μαθησιακή τους εμπειρία, τη συμμετοχή και την εκπαιδευτική τους ανάπτυξη. Ειδικότερα, διερευνάται ο τρόπος με τον οποίο η ανατροφοδότηση γίνεται αντιληπτή, αξιολογείται και ενσωματώνεται στις μαθησιακές διαδικασίες, καθώς και η σημασία της καλλιέργειας μιας εποικοδομητικής κουλτούρας ανατροφοδότησης μεταξύ των φοιτητών. Μέσα από αυτή την οπτική, οι φοιτητές εξοικειώνονται με πρακτικές που προσεγγίζουν τις σύγχρονες συνθήκες ανάπτυξης λογισμικού, όπου η συνεχής ανασκόπηση, η συνεργασία και η ανταλλαγή ανατροφοδότησης αποτελούν αναπόσπαστα στοιχεία της επαγγελματικής πρακτικής. Τέλος, η διατριβή διερευνά τη συναισθηματική διάσταση της ανατροφοδότησης, αναδεικνύοντας ότι ο τρόπος διατύπωσης και πρόσληψης των σχολίων επηρεάζει σημαντικά τόσο τη συναισθηματική κατάσταση των φοιτητών όσο και την ικανότητά τους να επεξεργάζονται και να αξιοποιούν το περιεχόμενό τους. Η προσέγγιση αυτή συμπληρώνεται από την ανάλυση φυσιομετρικών δεδομένων, τα οποία παρέχουν πρόσθετες ενδείξεις για τη συναισθηματική ανταπόκριση των φοιτητών κατά την αλληλεπίδρασή τους με διαφορετικές μορφές ανατροφοδότησης.