برنامه نویسی ایرانی

کد جاوا را خورد - هم رویه ای و هم شی گرا. آموزش کامپیوتر محیط توسعه به زبان آموز اجازه می دهد کد منبع دلخواه بنویسد و انیمیشن های پویا آن را ببیند.

ارزش افزوده این حالت با تولید خودکار آموزش کامپیوتر اقدامات انیمیشن برای کد هدف و در نتیجه اجرای برنامه انیمیشن بیان می شود. برای انجام این کار، ما زیرساخت پیچیده ای را توسعه داده ایم که یکی از کمک های فنی اصلی این کار را نشان می دهد. معماری پیوست شده (شکل 7) مولفه Scene Animations Mediator را با معماری جدا شده به اشتراک می گذارد.

شکل 7

شکل 7

معماری متصل

تصویر در اندازه کامل

ایده توسعه آموزش کامپیوتر ماژولی به نام Catalyst از مهندسی مکانیک به عاریت گرفته شده است. اصل این بود که یک ورودی کد منبع عمومی را ایجاد کنیم و یک خروجی کاملاً تعریف شده تولید کنیم: دستورات Diogene-CT. کاتالیست به گونه ای طراحی شده است که تا حد امکان عمومی باشد. در حال حاضر، پیاده سازی بر روی زبان برنامه نویسی JShell متمرکز شده است، اما می توان آن را با پیاده سازی دیگری جایگزین کرد که می تواند هر زبان برنامه نویسی را شرح دهد. در طول اجرا، کاتالیست تمام رویدادهایی را که توسط برنامه هدف ایجاد می‌شود آموزش کامپیوتر ، ضبط می‌کند و آنها را در حال حرکت متحرک می‌کند (یعنی به صورت پویا دستورات انیمیشن Diogene-CT مربوطه را می‌سازد). این رویدادها توسط منطق اشکال زدایی ضبط می شوند. در واقع، اطلاعات اشکال زدایی - که کد منبع را توصیف می کند - برای تولید انیمیشن ها استفاده می شود. در جزئیات، کاتالیزور باید کد منبع را به خروجی دستورات تبدیل کند و اجرای کامل کد منبع را با رهگیری نقاط کلیدی هدف پیگیری کند. آموزش کامپیوتر به این ترتیب، نقاط شکست پویا برای جمع آوری تمام پارامترهای لازم برای ساخت دستوراتی که به واسطه ارسال می شود، قرار می گیرند.

آزمایش

همانطور که اشاره کردیم، روش‌شناسی و ابزارهای مورد بحث در این مقاله در طول سال‌ها در دوره‌های برنامه‌نویسی از مقطع کارشناسی علوم کامپیوتر در دانشگاه توسعه یافته‌اند. به طور خاص، پذیرش برنامه های انیمیشن به طور سیستماتیک در دو دوره به تصویب رسیده است.

من.

دوره برنامه نویسی رویه ای (PP)، یعنی کدگذاری 101، دوره مقدماتی برنامه نویسی (سال اول برنامه درسی علوم کامپیوتر). دوره PP با تکنیک های مقدماتی رویه ای-برنامه نویسی در چندین زبان، در درجه اول C/C++، و در درجه دوم MatLab سروکار دارد، که اصول، ساختارهای کنترل، آموزش کامپیوتر توابع و برنامه نویسی ماژولار، آرایه ها و رکوردها، اشاره گرها و مقدمه ای بر ساختارهای داده را پوشش می دهد. روی ساختار داده لیست تمرکز کنید. امتحان نهایی از دو بخش تشکیل شده است: یک آزمون کتبی با 30 سوال چند گزینه ای که در 40 دقیقه تکمیل می شود. یک آزمون برنامه نویسی عملی که مستلزم پیاده سازی یک برنامه کاربردی آموزش برنامه نویسی کودکان ساده با رابط کاربری مبتنی بر کنسول است که یک یا چند الگوریتم را بر روی مجموعه ای – یعنی فهرستی – از رکوردها پیاده سازی می کند. این یک دوره سال اول است و ما فرض می کنیم که اکثر دانش آموزان هیچ سابقه برنامه نویسی ندارند.

ii

دوره برنامه نویسی شی گرا (OOP)، یعنی دوره مقدماتی شی گرایی (سال دوم برنامه درسی). دوره OOP کلاس ها، اشیا، مراجع، روش ها و پیام ها، لایه های برنامه، استثناها و تست های رگرسیون را در چندین زبان، در درجه اول جاوا و در درجه دوم C# معرفی می کند. امتحان نهایی از نظر ساختار شبیه به دوره PP است: آموزش کامپیوتر یک آزمون کتبی با 30 سوال چند گزینه ای که در 40 دقیقه تکمیل می شود. یک آزمون برنامه نویسی عملی که نیاز به پیاده سازی منطق کاربردی با پیچیدگی متوسط و آزمون های رگرسیون نسبی دارد. دانش‌آموزان باید مناسب‌ترین ساختار داده، یعنی فهرست، مجموعه یا نقشه را انتخاب کنند.

در این بخش برخی از نتایج تجربی جمع آوری شده در این چارچوب را گزارش می کنیم. ما دو آزمایش را مورد بحث قرار می‌دهیم: (1) اول، تجزیه و تحلیل آمار تکمیل دوره، به منظور ارزیابی مزایای واقعی رویکرد ما از نظر نتایج یادگیری. و (ii) دوم، یک مطالعه کاربر بین گروهی از دانش آموزان انجام شد تا بینشی در مورد درک آنها از نقاط قوت و محدودیت های روش به دست آورد.

اثربخشی بر نرخ های تکمیل دوره

به عنوان اولین مجموعه از نتایج تجربی، نرخ تکمیل دوره را برای گروه های مختلف دانش آموزان گزارش می کنیم. ما گروه آزمایشی خود را، دانش‌آموزانی که کدنویسی در PP و OOP با کمک روش و ابزار Diogene-CT آموزش داده شده‌اند، با گروه کنترلی از دانش‌آموزان مقایسه کردیم. برای انجام این کار، درصد دانش آموزانی که امتحان نهایی دوره PP و OOP را از سال تحصیلی 2013-2014 تا 2018-2019 قبول کردند، اندازه گیری کردیم. در حالی که مدرسان و محتویات دوره تا حد زیادی بدون تغییر باقی ماندند، روش تدریس به طور قابل توجهی در این سال ها تکامل یافته است:

در سال‌های 2013-2014 و 2014-2015 هیچ تکنیک Diogene-CT در این دوره استفاده نشده است. ما به این گروهها به عنوان شماره اشاره خواهیم کرد.

گروه 2015-2016 یک دوره گذرا بود، به این معنا که استعاره بازوی رباتیک برای پشتیبانی از معرفی مفاهیم برنامه نویسی computer educationبه کار گرفته شد، اما مجموعه ابزار Diogene-CT در آن زمان آماده تولید نبود و بنابراین ابزارهای ابتدایی تر بودند. تو بودی

کد جاوا را خورد - هم رویه ای و هم شی گرا. آموزش کامپیوتر محیط توسعه به زبان آموز اجازه می دهد کد منبع دلخواه بنویسد و انیمیشن های پویا آن را ببیند.

ارزش افزوده این حالت با تولید خودکار آموزش کامپیوتر اقدامات انیمیشن برای کد هدف و در نتیجه اجرای برنامه انیمیشن بیان می شود. برای انجام این کار، ما زیرساخت پیچیده ای را توسعه داده ایم که یکی از کمک های فنی اصلی این کار را نشان می دهد. معماری پیوست شده (شکل 7) مولفه Scene Animations Mediator را با معماری جدا شده به اشتراک می گذارد.

شکل 7

شکل 7

معماری متصل

تصویر در اندازه کامل

ایده توسعه آموزش کامپیوتر ماژولی به نام Catalyst از مهندسی مکانیک به عاریت گرفته شده است. اصل این بود که یک ورودی کد منبع عمومی را ایجاد کنیم و یک خروجی کاملاً تعریف شده تولید کنیم: دستورات Diogene-CT. کاتالیست به گونه ای طراحی شده است که تا حد امکان عمومی باشد. در حال حاضر، پیاده سازی بر روی زبان برنامه نویسی JShell متمرکز شده است، اما می توان آن را با پیاده سازی دیگری جایگزین کرد که می تواند هر زبان برنامه نویسی را شرح دهد. در طول اجرا، کاتالیست تمام رویدادهایی را که توسط برنامه هدف ایجاد می‌شود آموزش کامپیوتر ، ضبط می‌کند و آنها را در حال حرکت متحرک می‌کند (یعنی به صورت پویا دستورات انیمیشن Diogene-CT مربوطه را می‌سازد). این رویدادها توسط منطق اشکال زدایی ضبط می شوند. در واقع، اطلاعات اشکال زدایی - که کد منبع را توصیف می کند - برای تولید انیمیشن ها استفاده می شود. در جزئیات، کاتالیزور باید کد منبع را به خروجی دستورات تبدیل کند و اجرای کامل کد منبع را با رهگیری نقاط کلیدی هدف پیگیری کند. آموزش کامپیوتر به این ترتیب، نقاط شکست پویا برای جمع آوری تمام پارامترهای لازم برای ساخت دستوراتی که به واسطه ارسال می شود، قرار می گیرند.

آزمایش

همانطور که اشاره کردیم، روش‌شناسی و ابزارهای مورد بحث در این مقاله در طول سال‌ها در دوره‌های برنامه‌نویسی از مقطع کارشناسی علوم کامپیوتر در دانشگاه توسعه یافته‌اند. به طور خاص، پذیرش برنامه های انیمیشن به طور سیستماتیک در دو دوره به تصویب رسیده است.

من.

دوره برنامه نویسی رویه ای (PP)، یعنی کدگذاری 101، دوره مقدماتی برنامه نویسی (سال اول برنامه درسی علوم کامپیوتر). دوره PP با تکنیک های مقدماتی رویه ای-برنامه نویسی در چندین زبان، در درجه اول C/C++، و در درجه دوم MatLab سروکار دارد، که اصول، ساختارهای کنترل، آموزش کامپیوتر توابع و برنامه نویسی ماژولار، آرایه ها و رکوردها، اشاره گرها و مقدمه ای بر ساختارهای داده را پوشش می دهد. روی ساختار داده لیست تمرکز کنید. امتحان نهایی از دو بخش تشکیل شده است: یک آزمون کتبی با 30 سوال چند گزینه ای که در 40 دقیقه تکمیل می شود. یک آزمون برنامه نویسی عملی که مستلزم پیاده سازی یک برنامه کاربردی آموزش برنامه نویسی کودکان ساده با رابط کاربری مبتنی بر کنسول است که یک یا چند الگوریتم را بر روی مجموعه ای – یعنی فهرستی – از رکوردها پیاده سازی می کند. این یک دوره سال اول است و ما فرض می کنیم که اکثر دانش آموزان هیچ سابقه برنامه نویسی ندارند.

ii

دوره برنامه نویسی شی گرا (OOP)، یعنی دوره مقدماتی شی گرایی (سال دوم برنامه درسی). دوره OOP کلاس ها، اشیا، مراجع، روش ها و پیام ها، لایه های برنامه، استثناها و تست های رگرسیون را در چندین زبان، در درجه اول جاوا و در درجه دوم C# معرفی می کند. امتحان نهایی از نظر ساختار شبیه به دوره PP است: آموزش کامپیوتر یک آزمون کتبی با 30 سوال چند گزینه ای که در 40 دقیقه تکمیل می شود. یک آزمون برنامه نویسی عملی که نیاز به پیاده سازی منطق کاربردی با پیچیدگی متوسط و آزمون های رگرسیون نسبی دارد. دانش‌آموزان باید مناسب‌ترین ساختار داده، یعنی فهرست، مجموعه یا نقشه را انتخاب کنند.

در این بخش برخی از نتایج تجربی جمع آوری شده در این چارچوب را گزارش می کنیم. ما دو آزمایش را مورد بحث قرار می‌دهیم: (1) اول، تجزیه و تحلیل آمار تکمیل دوره، به منظور ارزیابی مزایای واقعی رویکرد ما از نظر نتایج یادگیری. و (ii) دوم، یک مطالعه کاربر بین گروهی از دانش آموزان انجام شد تا بینشی در مورد درک آنها از نقاط قوت و محدودیت های روش به دست آورد.

اثربخشی بر نرخ های تکمیل دوره

به عنوان اولین مجموعه از نتایج تجربی، نرخ تکمیل دوره را برای گروه های مختلف دانش آموزان گزارش می کنیم. ما گروه آزمایشی خود را، دانش‌آموزانی که کدنویسی در PP و OOP با کمک روش و ابزار Diogene-CT آموزش داده شده‌اند، با گروه کنترلی از دانش‌آموزان مقایسه کردیم. برای انجام این کار، درصد دانش آموزانی که امتحان نهایی دوره PP و OOP را از سال تحصیلی 2013-2014 تا 2018-2019 قبول کردند، اندازه گیری کردیم. در حالی که مدرسان و محتویات دوره تا حد زیادی بدون تغییر باقی ماندند، روش تدریس به طور قابل توجهی در این سال ها تکامل یافته است:

در سال‌های 2013-2014 و 2014-2015 هیچ تکنیک Diogene-CT در این دوره استفاده نشده است. ما به این گروهها به عنوان شماره اشاره خواهیم کرد.

گروه 2015-2016 یک دوره گذرا بود، به این معنا که استعاره بازوی رباتیک برای پشتیبانی از معرفی مفاهیم برنامه نویسی computer educationبه کار گرفته شد، اما مجموعه ابزار Diogene-CT در آن زمان آماده تولید نبود و بنابراین ابزارهای ابتدایی تر بودند. تو بودی