[论文解读] Learnable Programming: Blocks and Beyond

David Bau, Jeff Gray+3 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2017

Teaching and Learning Programming参考文献 39被引用 167

一句话总结

本文分析了基于积木的编程如何通过减少内存负担、利用识别胜过回忆、以及防止错误来提升初学者的可学性，并讨论扩展、向文本的过渡以及用于创建积木语言的工具包。

ABSTRACT

Blocks-based programming has become the lingua franca for introductory coding. Studies have found that experience with blocks-based programming can help beginners learn more traditional text-based languages. We explore how blocks environments improve learnability for novices by 1) favoring recognition over recall, 2) reducing cognitive load, and 3) preventing errors. Increased usability of blocks programming has led to widespread adoption within introductory programming contexts across a range of ages. Ongoing work explores further reducing barriers to programming, supporting novice programmers in expanding their programming skills, and transitioning to textual programming. New blocks frameworks are making it easier to access a variety of APIs through blocks environments, opening the doors to a greater diversity of programming domains and supporting greater experimentation for novices and professionals alike.

研究动机与目标

• 评估基于积木的编程在识别、认知负荷和错误预防方面对初学者可学性的影响。
• 回顾从积木到文本语言的学习迁移的实证证据。
• 讨论提升基于积木的学习及向传统编程过渡的设计特征、工具和扩展。

提出的方法

• 对基于积木的学习及向文本语言转移的实证研究进行综述。
• 分析支持可学性的积木设计原则（调色板、默认运算数、可视化语法）等。
• 讨论直接操作、实时性和运行时状态可视化作为可学性辅助工具。
• 评估在线部署、实例重用以及用于过渡到文本编程的双模编辑器。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于积木的环境如何通过识别而非回忆影响学习？
• RQ2 基于积木的环境在何种程度上降低认知负荷并减少初学者的错误？
• RQ3 基于积木的学习能否转移到传统文本编程，在何种条件下？
• RQ4 哪些设计特征和工具最能支持从积木到文本的学习与迁移？
• RQ5 哪些领域应用展示了积木语言的益处与局限？

主要发现

• 基于积木的环境通过偏好识别胜过回忆、降低认知负荷并限制拼接以防止错误，从而提高可学性。
• 实证研究显示从基于积木的起点向后续文本语言学习的正向迁移的实例。
• 在线部署、实时反馈和示例分享提升了基于积木环境的可访问性与学习效果。
• 双向和文本风格的编辑方法可以缓解粘滞性并帮助过渡到文本编码。
• 领域特定的积木（如3D打印、SPARQL查询）展示了初学者和专业人士的快速上手。