Autor:
(1) J. Walker Orr, elektrotechnika a počítačová věda, Univerzita George Foxe, Newberg, OR, 97132, USA ([email protected]).
Tabulka odkazů
3.1 Struktura problému a dynamické lešení
3.2 Neformální hodnocení a zpětná vazba
Abstraktní
Tato studie zkoumá přizpůsobení studia řešení problémů výuce informatiky pomocí kombinace s párovým programováním. Párové programování je praxe softwarového inženýrství v průmyslu, ale ve třídě zaznamenalo smíšené výsledky. Nedávný výzkum naznačuje, že párové programování je příslibem a potenciálem být účinným pedagogickým nástrojem, avšak není jasné, co představuje dobrý návrh výuky a implementaci párového programování ve třídě. Vyvinuli jsme rámec pro výukový design pro párové programování přizpůsobením studia řešení problémů (PSS), pedagogiky původně z biomedicínského inženýrství. PSS zahrnuje týmy studentů řešící otevřené problémy se zpětnou vazbou v reálném čase poskytovanou instruktorem. Zejména PSS využívá problémy s nastavitelnou obtížností, aby udržely studenty všech úrovní v zapojení a fungování v zóně proximálního vývoje. Struktura kurzu má tři fáze, nejprve počínaje demonstrací, následuje sezení PSS a poté končí rozborem. Během tří let jsme studovali kombinaci PSS a párového programování ve třídě CS1. Průzkumy mezi studenty uvádějí vysokou úroveň angažovanosti, učení a motivace.
1 Úvod
Párové programování je metodologie extrémního programování (XP) (Beck, 2000), která nalezla určité využití v průmyslu (Hannay et al., 2009). Zahrnuje dva programátory, kteří pracují společně na jediném problému a počítači, přičemž jeden programátor přebírá roli „řidiče“ a druhý roli „navigátora“. „Řidič“ ovládá klávesnici a přímo píše kód, zatímco „navigátor“ sleduje a klade otázky, kritizuje a zpřesňuje kód a jeho design. „Navigátor“ není pasivní, sleduje chyby a defekty, vymýšlí alternativní návrhy a hledá související dokumentaci a zdroje. I když je efektivita párového programování smíšená (Hawlitschek et al., 2022; Hannay et al., 2009), v některých případech se ukázalo, že produkuje kvalitnější kód rychleji než sólové programování (Williams et al., 2000). Záměrem je, že párové programování pomůže vývojářům, kteří spolupracují, zachytit chyby a defekty mnohem rychleji než sami.
Pro vzdělávání je párové programování přesvědčivé, protože zapadá do paradigmatu učňovského školství a distribuovaného učení, myšlenky, že „znalosti jsou běžně vytvářeny sociálně, prostřednictvím společného úsilí o sdílené cíle nebo pomocí dialogů a výzev způsobených rozdílnými pohledy lidí“ ( Salomon, 1997). Dále bylo prokázáno, že zvyšuje spokojenost studentů, snižuje frustraci studentů, zlepšuje tendenci studentů přetrvávat a dává studentům pocit vlastní účinnosti (Williams a Upchurch, 2001). Rámec ICAP popisuje čtyři způsoby zapojení a chování studentů, přičemž identifikuje interaktivní režim jako způsob, který vytváří nejvyšší úroveň kognitivního zapojení studentů. Předpokládá se, že interaktivní způsoby učení produkují hluboké, přenositelné znalosti (Chi a Wylie, 2014). Párové programování zapadá do definice interaktivního učení ICAP, a má tedy potenciál produkovat robustní, přenositelné, koncepční učení. Nedávno Hawlitschek et al. (2022) provedli 3. listopadu 2023 přehled literatury arXiv:2311.01693v1 [cs.CY] a metastudie párového programování ve vzdělávání dospěla k závěru, že párové programování je důležité a efektivní pro studenty, zejména začátečníky, ale chyběl efektivní návrh výuky. Ukázalo se tedy, že párové programování má jako metodologie výuky velký potenciál, ale podrobnosti o tom, jak jej správně implementovat ve třídě, je třeba teprve objevit.
Navrhujeme, aby řešení efektivního výukového designu pro párové programování ve třídě bylo nalezeno ve výukovém prostředí Problem Solving Studio (PSS) (Le Doux a Waller, 2016). PSS byl navržen tak, aby učil studenty biomedicínského inženýrství řešit složité problémy, aniž by se museli uchýlit k memorování postupů a algoritmů nazpaměť. Studenti pracují ve dvou týmech na řešení špatně definovaných problémů ve veřejném prostoru, což umožňuje instruktorům poskytovat zpětnou vazbu v reálném čase, jak postupují. Klíčovým rysem PSS je dynamické lešení, cílené přizpůsobení obtížnosti problému, aby studenti byli napadáni, ale neodradili je. Zvyšováním nebo snižováním obtížnosti pro jednotlivé týmy v reálném čase lze udržet co nejvíce studentů v zóně proximálního rozvoje. Kurz založený na přednáškách bude mít potíže s přizpůsobením se různým úrovním, na kterých studenti jsou, protože všem studentům je sdělován stejný obsah a způsob přednášek. Existují dobré důkazy, že PSS zlepšuje konceptuální porozumění studentů (Le Doux a Waller, 2016).
PSS a párové programování se přirozeně hodí a jejich kombinace odpovídá cílům a pedagogickým potřebám kurzů CS1. Z tohoto důvodu se tato studie konkrétně zabývá adaptací PSS ve spojení s párovým programováním pro pedagogiku CS1. Dva klíčové cíle kurzu CS1 jsou naučit dovednosti algoritmického řešení problémů a konkrétní programovací jazyk. Jednou z výzev pro odborné instruktory je, že jak řešení problémů, tak jazykové znalosti jsou tak hluboce zakořeněné, že jsou pro instruktory druhou přirozeností. Paradoxně tato vysoká úroveň porozumění znamená, že instruktoři mají často potíže s předáváním těchto znalostí, protože jsou považovány za samozřejmé (Le Doux a Waller, 2016). Kromě toho se schopnosti a zázemí studentů v kurzech CS1 výrazně liší. Syntéza PSS a párového programování však tyto výzvy a cíle přímo řeší tím, že studentům poskytuje praktickou příležitost rozvíjet dovednosti v oblasti řešení problémů a programovacího jazyka. PSS s přidáním párového programování učí algoritmické řešení problémů prostřednictvím kognitivního učňovského prostředí (Collins et al., 1987). Studenti se učí jeden od druhého a jsou také vedeni instruktorem nebo jinými asistenty pedagoga. Učení se vrstevníky je užitečné, protože studenti s podobnou úrovní schopností mají nedávnou zkušenost s podobnými problémy. To znamená, že často lépe sdělují tato řešení, protože si pamatují podrobnosti a zvláštnosti toho, co považovali za náročné, a jak tyto překážky překonali. Schopnost párového programování poskytovat rychlou zpětnou vazbu pomáhá studentům naučit se syntaxi a sémantiku programovacího jazyka. Dále podporuje párovou spolupráci a řešení problémů. Ukázalo se, že párové programování pomáhá všimnout si, že programátoři řeší problémy, které nemohou zvládnout sami (Hawlitschek et al., 2022). Kombinace PSS a párového programování vytváří učňovské prostředí i prostředí vzájemného učení, ve kterém si studenti rozvíjejí jak řešení problémů, tak dovednosti programovacího jazyka.
Tento papír je
