[논문 리뷰] ClassCode: An Interactive Teaching and Learning Environment for Programming Education in Classrooms

Ryo Suzuki, Jun Kato외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 22.

Teaching and Learning Programming참고 문헌 20인용 수 8

한 줄 요약

ClassCode는 코딩 연습을 통합하고 실시간 학생 진도 추적 기능을 통해 개인화되고 속도 조절이 가능한 프로그래밍 교육을 교실 환경에서 가능하게 하는 웹 기반 상호작용 학습 환경입니다. 강사에게는 성과 개요를 제공하고, 즉각적인 피드백과 동료의 솔루션 공유를 통해 학생의 참여도를 높이며, 사용자 연구와 전문가 리뷰를 통해 검증되었습니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 교실 환경에서 표준화된 수업 속도와 다양한 수준의 학생 프로그래밍 능력 간의 괴리를 해소하기 위해.
• 강사가 개별 학생의 진도를 실시간으로 파악하여 조기에 간섭하고 교육 자료를 조정할 수 있도록 지원하기 위해.
• 온라인 튜토리얼 내에 통합된 상호작용형 실습 코딩 연습을 통해 학생의 학습을 향상시키기 위해.
• 학생들이 시스템 내에서 솔루션과 댓글을 공유할 수 있도록 하여 동료 학습과 소통을 촉진하기 위해.
• 교실 사용에 특화된 확장 가능한 웹 기반 플랫폼을 설계하여 형성 평가 및 피드백 메커니즘을 통합하기 위해.

제안 방법

• 학생들이 스스로의 속도로 학습할 수 있도록 웹 인터페이스를 통해 프로그래밍 튜토리얼을 제공하고, 내장된 상호작용형 코딩 연습을 통합합니다.
• 모든 학생의 상호작용(코드 제출, 테스트 결과, 탐색 행동 포함)을 기록하여 성능 분 析에 활용 가능한 상세한 데이터를 확보합니다.
• 강사가 학생의 진도, 완료율, 일반적인 오류를 보여주는 집계 및 개인화된 대시보드를 제공합니다.
• 학생들이 작동하는 코드를 볼 수 있고 공유하고 댓글을 달 수 있는 솔루션 갤러리를 통해 동료 학습을 지원합니다.
• 코드 정확성을 이진(pass/fail) 피드백으로 확인하기 위해 기본 테스트 케이스 검사를 통합합니다.
• 소규모 강의를 실시하고 강사 및 TA와의 전문가 인터뷰를 통해 사용성과 교육적 가치를 평가하기 위한 사용자 평가를 수행합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 웹 기반 상호작용 튜토리얼 시스템은 교실 프로그래밍 수업에서 학생의 참여도와 학습 성과를 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 학생 상호작용의 실시간 추적은 강사가 어려움을 겪는 학생을 식별하고 지도를 조정하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ3 동료 솔루션 공유 및 댓글 기능은 프로그래밍 교육에서 협동 학습을 어느 정도 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 강사와 조교의 관점에서 볼 때, 이러한 시스템의 잠재적 이점과 한계는 무엇인가?
• RQ5 시스템의 설계는 다양한 수준의 학생이 포함된 교실 환경에서 개인화 학습을 어떻게 지원하는가?

주요 결과

• 학생들은 상호작용형 코딩 연습과 빠른 연습을 통해 학습 강화와 참여 유지에 매우 유용하다고 평가했습니다.
• 강사는 추적 기능이 학생의 진도를 이해하는 데 유용한 통찰을 제공하여 수동 진도 점검의 부담을 줄였다고 보고했습니다.
• 전문가 리뷰어들은 ClassCode가 현재 프로그래밍 수업에서 겪는 주요 과제, 특히 실시간 피드백과 동료 협업 도구의 부재를 해결할 수 있다고 동의했습니다.
• 솔루션 갤러리 기능은 강력한 동기 요소로 평가되었으며, 강사는 플랫폼이 존재한다면 학생들이 더 자주 동료의 코드를 공유하고 배우게 될 것이라 믿었습니다.
• 강사는 테스트 케이스를 역으로 분석하는 것을 우려하며, 추적 분석이나 프로그램 합성과 같은 더 정교한 피드백 메커니즘의 필요성을 제기했습니다.
• 현재 JavaScript만 지원하는 언어 지원의 제한과 피드백의 세분성(이진 pass/fail)의 한계가 있음에도 불구하고, 시스템은 교실 배포에 강력한 잠재력을 보였습니다.