[论文解读] 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 8

一句话总结

本研究比较了基于模块的编程环境与混合式编程环境在促进从可视化编程向文本编程过渡方面的效果。作者开发了一款集成模块与文本编辑的混合工具，与传统的模块到文本的过渡方式相比，学生在理解、记忆和过渡顺畅度方面均提升了30%以上，且已发布开源工具供教育使用。

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.

研究动机与目标

• 为解决学生在从基于模块的编程向文本编程过渡时持续存在的学习差距问题。
• 探究基于混合式的学习环境是否能提升编程技能向文本编程语言的迁移能力。
• 开发并评估一款支持模块与文本编辑的开源混合编程工具。
• 衡量混合环境对学生理解力、记忆能力及过渡效率的影响。
• 为教育工作者提供一款经验证、可访问的工具，以增强入门级编程教学效果。

提出的方法

• 研究人员设计了一款混合编程环境，支持用户实时在基于模块的代码表示与文本代码表示之间切换。
• 该工具以开源平台形式实现，以确保教育工作者与研究人员的可访问性与可复现性。
• 开展了一项对照实验，比较学生在基于模块与基于混合式学习路径中的表现。
• 评估内容包括编程基础、代码记忆能力以及向文本编程环境的过渡效率。
• 收集并分析数据，以量化两种方法在学习成果上的差异。
• 研究采用标准化指标评估理解力、记忆保持力以及向文本编程语言的过渡难易度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与基于模块的方法相比，基于混合式的编程环境是否能提升学生对编程基础的理解？
• RQ2 混合环境在多大程度上增强了学生对编程结构的记忆能力？
• RQ3 混合方法如何影响学生从基于模块编程向文本编程过渡的难易程度？
• RQ4 混合模型能否减少过渡阶段常见的认知差距？
• RQ5 在支持长期编程技能习得方面，混合式工具与基于模块的工具相比，有效性如何？

主要发现

• 与基于模块的学习相比，基于混合式的方法使学生对编程基础的理解提高了30%以上。
• 使用混合环境的学生在编程结构的记忆能力方面提升了30%以上。
• 使用混合环境的学生从基于模块编程向文本编程的过渡明显更加容易。
• 混合模型有效减少了从可视化编程向文本编程转换过程中通常出现的认知差距。
• 已成功开发并验证了一款开源混合编程工具，可作为有效的教育工具。
• 定量结果证实，混合方法在所有测量的学习成果方面均优于传统的基于模块的教学方式。