[論文レビュー] ClassCode: An Interactive Teaching and Learning Environment for Programming Education in Classrooms

Ryo Suzuki, Jun Kato+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2020

Teaching and Learning Programming参考文献 20被引用数 8

ひとこと要約

ClassCodeは、埋め込み型のコーディング演習とリアルタイムでの学生進捗追跡を備えた、ウェブベースのインタラクティブな学習環境であり、教室におけるパーソナライズドでペース設定可能なプログラミング教育を可能にする。インストラクターはパフォーマンス概要を提供され、即時のフィードバックと同級生のソリューション共有を通じて学生の関与を高める。これはユーザースタディおよび専門家レビューによって検証された。

ABSTRACT

Programming education is becoming important as demands on computer literacy and coding skills are growing. Despite the increasing popularity of interactive online learning systems, many programming courses in schools have not changed their teaching format from the conventional classroom setting. We see two research opportunities here. Students may have diverse expertise and experience in programming. Thus, particular content and teaching speed can be disengaging for experienced students or discouraging for novice learners. In a large classroom, instructors cannot oversee the learning progress of each student, and have difficulty matching teaching materials with the comprehension level of individual students. We present ClassCode, a web-based environment tailored to programming education in classrooms. Students can take online tutorials prepared by instructors at their own pace. They can then deepen their understandings by performing interactive coding exercises interleaved within tutorials. ClassCode tracks all interactions by each student, and summarizes them to instructors. This serves as a progress report, facilitating the instructors to provide additional explanations in-situ or revise course materials. Our user evaluation through a small lecture and expert review by instructors and teaching assistants confirm the potential of ClassCode by uncovering how it could address issues in existing programming courses at universities.

研究の動機と目的

• 従来の教室環境における標準化された指導スピードと多様な学生のプログラミングスキルレベルの不一致を是正すること。
• インストラクターが個々の学生の進捗状況をリアルタイムで可視化し、早期の干渉や教材の調整を可能にすること。
• オンラインチュートリアル内に埋め込まれたインタラクティブで実践的なコーディング演習を通じて、学生の学習を向上させること。
• 学生がシステム内でソリューションやコメントを共有できる仕組みを提供することで、ペア学習とコミュニケーションを促進すること。
• 教室利用に特化したスケーラブルなウェブベースのプラットフォームを設計し、フォーマティブ評価とフィードバックメカニズムを統合すること。

提案手法

• 学生が自分のペースで学べるウェブインターフェースを通じてプログラミングチュートリアルを提供し、埋め込み型のインタラクティブなコーディング演習を実施する。
• すべての学生のインタラクション（コード提出、テスト結果、ナビゲーション行動など）を追跡し、詳細なパフォーマンス分析に活用する。
• インストラクターに、学生の進捗状況、完了率、一般的な誤りを示す集計および個別ダッシュボードを提供する。
• 学生が作業中のコードを閲覧・共有・コメントできるソリューションギャラリーを通じて、ペア学習を支援する。
• コードの正しさを二値のパス/フィールドフィードバックで検証するための基本的なテストケースチェックを統合する。
• 小規模な講義とインストラクターおよびTAとの専門家インタビューを通じて、ユーザーエバリュエーションを実施し、使いやすさと教育的価値を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウェブベースのインタラクティブなチュートリアルシステムは、教室におけるプログラミング教育の学生の関与と学習成果を向上させることができるか？
• RQ2 学生のインタラクションのリアルタイム追跡は、インストラクターが困難を抱える生徒を特定し、指導を調整するのをどのように支援できるか？
• RQ3 同級生のソリューション共有とコメント機能は、プログラミング教育における協働学習をどの程度向上させることができるか？
• RQ4 インストラクターおよびTAの視点から、このようなシステムの利点と制限は何か？
• RQ5 このシステムの設計は、多様なスキルレベルを持つ学生が混在する教室環境におけるパーソナライズド学習をどの程度支援できるか？

主な発見

• 学生は、インタラクティブなコーディング演習と即時演習が、学習の強化と関与の維持に非常に有益であると感じた。
• インストラクターは、追跡メカニズムが学生の進捗状況に関する貴重なインサイトを提供し、手動での進捗確認の負担を軽減したと報告した。
• 専門家レビュアーは、ClassCodeが現在のプログラミングコースにおける主な課題、特に即時のフィードバックと同級生間の協働ツールの欠如に対処できると合意した。
• ソリューションギャラリー機能は強力なモチベーターと見なされ、インストラクターは、プラットフォームがあれば学生が互いのコードを共有し、学び合う可能性が高まると考えた。
• インストラクターは、テストケースの逆引き（reverse-engineering）の懸念を示し、トレース解析やプログラム合成などのより洗練されたフィードバックメカニズムの必要性を指摘した。
• 言語対応（現在はJavaScriptのみ）とフィードバックの粒度（二値のパス/フィールド）の制限は存在するが、このシステムは教室への導入において強いポテンシャルを示した。