[論文レビュー] The Art of Software Design, a Video Game for Learning Software Design Principles

Dave R. Stikkolorum, Michel R. V. Chaudron+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2014

Educational Games and Gamification参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、『ソフトウェア設計のアート』と題された、パズルベースのビデオゲームを提示する。このゲームは、結合度、凝集度、情報隠蔽、モularityといったソフトウェア設計の原則を、インタラクティブなゲームプレイを通じて学習することを目的としている。UMLに基づく可視化と制御フローやデータフローに関するリアルタイムフィードバックを用いて、複雑さが段階的に増す設計パズルを解くことで、ユーザーのテストによる学習の初期的証拠と、ソフトウェア設計用語の無意識的採用を示している。

ABSTRACT

This paper introduces our gamification of a part of our software design curriculum. Based on typical design principles a motivating learning game is developed to train students in software design. We use Bloom's taxonomy to determine learning objectives. We keep the player engaged with direct feedback in a challenging level based game with increasing complexity. Players can evaluate their design actions with the help of the visualisation of control and data flows. The main learning objective: applying design principles, fits the game's main activity. This supports the learning by doing approach of lecturers. A user test indicates possible learning effects and a playable game.

研究の動機と目的

• 抽象的なソフトウェア設計の原則を学ぶことの動機付けを高めるために、魅力的でインタラクティブなメディアを提供すること。
• 学びの実践（学びながらやること）のアプローチを支援するゲームを開発し、コアな設計原則をゲームメカニクスに統合すること。
• ユーザーのテストを通じて、ゲームが概念的理解とソフトウェア設計用語の無意識的習得を促進するかどうかを評価すること。
• とりわけモularity、凝集度、結合度、情報隠蔽に注目し、ゲームベースの学習がソフトウェア設計の教育に実現可能かどうかを検討すること。

提案手法

• ゲームは、クラス、属性、メソッドを表すために簡略化されたUMLサブセットを用いたパズルベースのビデオゲームとして設計されている。
• プレイヤーは、設計選択に対して直接的な視覚的および音声的フィードバックを受け取り、制御フローとデータフローのリアルタイム可視化が可能である。
• 学習目標はブルームのタクソノミーに基づき、コアなソフトウェア設計原則（結合度、凝集度、情報隠蔽、モularity）と整合させられている。
• スコアリングメカニズムは、平均結合度やキーワードベースの凝集度分析といった指標を用いて、設計の質を評価する。
• 迅速なプロトタイピングとインタラクティブなゲームプレイを可能にするために、Gamemaker 8.1 Standardが使用された。
• ユーザーのテストは、「声を出して考える」方法を用いて実施され、プレイヤーの推論、意思決定、ゲーム中の関与状況を観察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲームは、インタラクティブなパズル解決を通じて、コアなソフトウェア設計原則の適用をどの程度支援しているか？
• RQ2 プレイヤーのゲーム内での相互作用と発話内容は、概念的理解とソフトウェア設計用語の無意識的採用をどのように示しているか？
• RQ3 制御フローやデータフローに関するリアルタイムフィードバックは、プレイヤーの設計品質理解を向上させることができるか？
• RQ4 タスクの複雑さを段階的に増加させながら、プレイヤーの関与をどの程度維持できているか？
• RQ5 ゲームのスコアリングメトリクスは、健全なソフトウェア設計実践を的確に反映していると見なせるか？

主な発見

• プレイヤーは、ゲームプレイ中に『ボックスと線』といった非公式な用語から『クラス、メソッド、関連』といった公式なソフトウェア設計用語への移行を示し、無意識的な学習が見られた。
• 選択の自由を保証することで、プレイヤーの関与がゲーム全体で維持された。特に、難易度の高いパズルをスキップして後で戻れる仕組みが有効であった。
• ユーザーのテストでは、明確で構造化された説明（導入文、説明文、指示文）が、濃厚で曖昧なテキストよりも効果的であることが判明した。
• 一部のパズルは難易度が低く感じられ、今後のバージョンではより適切な難易度の段階的上昇の必要性が示された。
• 制御フローとデータフローの視覚的フィードバックは、プレイヤーが設計意思決定を評価し、解決策の改善を的確に行うのを支援した。
• 予備的な結果では学習効果の可能性が示唆されたが、学習成果を確認するには、制御されたケーススタディによるさらなる検証が必要である。