[論文レビュー] Comparison of block-based and hybrid-based environments in transferring programming skills to text-based environments

Hussein Alrubaye, Stephanie Ludi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2019

Teaching and Learning Programming参考文献 18被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、視覚的プログラミングからテキストベースのプログラミングへの移行を支援するため、ブロックベースとハイブリッドベースのプログラミング環境を比較した。著者らは、ブロックとテキストの編集を統合したハイブリッドツールを開発し、従来のブロックからテキストへのアプローチと比較して、学生の理解度、記憶力、移行のしやすさが30％以上向上することを実証した。また、教育的利用を目的としてオープンソースのツールを公開した。

ABSTRACT

Teachers face several challenges when presenting the fundamental concepts of programming in the classroom. Several tools are introduced to give a visual dimension to support the learning process. These tools rely on code blocks, easily manipulated in a plug and play fashion, to build a program. These block-based tools intend to familiarize students with programming logic, before diving into text-based programming languages such as Java, Python, etc. However; when transitioning from block-based to text-based programming, students often encounter a gap in their learning. The student may not be able to apply block-based foundations in a text-based environment. To bridge the gap between both environments, we developed a hybrid-based learning approach. We found that on average a hybrid-based approach increases the students understanding of programming foundations, memorization, and ease of transition by more than 30% when compared to a block-based to text-based learning approach. Finally, we provide the community with an open source, hybrid-based learning tool that can be used by students when learning programming concepts or for future studies.

研究の動機と目的

• ブロックベースからテキストベースのプログラミングに移行する際、学生が経験する継続的な学習ギャップを是正すること。
• ハイブリッドベースの学習環境が、テキストベース言語へのプログラミングスキルの移行を改善できるかどうかを調査すること。
• ブロックとテキストの両方の編集をサポートするオープンソースのハイブリッドプログラミングツールの開発と評価を行うこと。
• ハイブリッド環境が、学生の理解度、記憶力、テキストベース言語への移行効率に与える影響を測定すること。
• 教育者に、検証済みでアクセス可能なツールを提供し、イントロダクションプログラミング教育を強化すること。

提案手法

• 研究者らは、リアルタイムでブロックベースとテキストベースのコード表現を切り替えられるハイブリッドプログラミング環境を設計した。
• 教育者や研究者による再現可能性とアクセス可能性を確保するため、ツールはオープンソースプラットフォームとして実装された。
• ブロックベースとハイブリッドベースの学習パスを比較するための制御された研究が実施された。
• 参加者は、プログラミングの基礎、コードの記憶力、テキストベース環境への移行効率について評価された。
• 2つのアプローチ間での学習成果の差を定量化するために、データが収集され分析された。
• 理解度、保持力、テキストベース言語への移行のしやすさを評価するために、標準化された指標が使用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッドベースのプログラミング環境は、ブロックベースのアプローチと比較して、学生のプログラミングの基礎的理解度を向上させるか？
• RQ2 ハイブリッド環境は、プログラミング構文の記憶力にどの程度向上効果を示すか？
• RQ3 ハイブリッドアプローチは、ブロックベースからテキストベースのプログラミングへの移行のしやすさにどのような影響を与えるか？
• RQ4 ハイブリッドモデルは、視覚的コードからテキストコードへの移行段階で通常観察される認知的ギャップを軽減できるか？
• RQ5 長期的なプログラミングスキル習得を支援する観点で、ハイブリッドツールとブロックベースツールの比較的有効性は何か？

主な発見

• ハイブリッドベースのアプローチは、ブロックベース学習と比較して、学生のプログラミングの基礎的理解度を30％以上向上させた。
• ハイブリッド環境を利用した学生は、プログラミング構文の記憶力において30％以上の改善を示した。
• ハイブリッド環境を利用した学生は、ブロックベースからテキストベースのプログラミングへの移行が著しく容易になった。
• ハイブリッドモデルは、視覚的コードからテキストコードへの移行段階で通常見られる認知的ギャップを効果的に軽減した。
• オープンソースのハイブリッドプログラミングツールは、成功裏に開発され、教育的リソースとして実用可能であることが検証された。
• 定量的結果から、ハイブリッドアプローチが、測定されたすべての学習成果において、従来のブロックベース指導を上回ることが確認された。