Hva er programmering og hva vil det si å lære det?

Transkript

1 Hva er programmering og hva vil det si å lære det? Begreper i programmeringsspråk Programmeringsprosess Pedagogisk opplegg Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 1 Programmering Vitenskapelige begreper Formelle Eksekverbare Å konstruere programmer Definere formelle begreper Sette sammen språk og egendefinerte begreper Sammenlikne oppgave og kode Sammenlikne oppgave og programutførelse Sammenlikne kode og programutførelse Strukturere deler av koden Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 2

2 Begreper Programmeringsspråkmekanismer Generelle Forhåndsdefinerte For å representere programutførelsen ved hjelp av kode Egendefinerte begreper Spesielle Defineres ved hjelp av programmeringspråkbegrepene For å representere oppgaven i koden Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 3 Beskrivelse instans En kodebit beskriver strukturen til et ubegrenset antall instanser class SubRobot { } SubRobot oystein = new SubRobot(1,2,north,0); SubRobot kristin = new SubRobot(1,5,north,0);..\PhD students\jumalungo\lungo.doc Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 4

3 Generell - spesiell En kodebit beskriver en spesialisering av en mer generell kodebit class SubRobot extends Robot { public void turnright() { turnleft(); turnleft(); turnleft(); } } Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 5 Data lagres ett sted Skal de brukes andre steder setter vi opp lenker class SubRobot { } SubRobot øystein, kristin, trond; øystein = new SubRobot(1,2,north,0); kristin = new SubRobot(1,5,north,0); trond = øystein; øystein = kristin; kristin = trond; Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 6

4 Sekvenseringsbegreper Valg IKKE sekvensering If ( frontisclear() ) move(); else turnleft(); Repetisjon En mengde like data defineres og behandles Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 7 Andre grunnleggende prinsipper Representasjonssystemer Velge for oppgaven Konvertere mellom Meta-språk Spesifisere struktur i andre språk Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 8

5 Egendefinerte begreper Representerer spesielle forhold i doménet Enkle variable Gir tilgang til programmeringsspråkets begreper Metoder og klasser Strukturerer programmet class Walker Walker karel = new Walker(1, 1, North, 0); Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 9 Hvordan lære begrepene? Programmeringsspråkbegreper Innlærte Sammenlikning med innlærte begreper Eksperimentering Bruk Program Nytt begrep Egendefinerte begreper gjennom eksperimentering Sammenlikning med eksisterende begreper Behov for nytt begrep Kodeforståelse Program Sammenlikning med doménet Virkelighetsforståelse Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 10

6 Programmering Men også utpreget samarbeidsaktivitet Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 11 Objektorientering Hvorfor De store språkene i dag er objektorienterte (Java, C++). De objektorienterte språkene er i dagens nye teknologi (spill, internett, mobiltelefoner ) Hvorfor ikke Programmeringsarbeid består av å sette sammen ferdige moduler ved hjelp av små programsnutter <form method = "post" action = "webformeks1.php " > <input type="text" size = "20" name="navn" value="skriv navnet ditt her"/><br /> <button type="submit" name="submit" >Send navn</button> <button type="reset" name="reset">blank ut navn</button> </form> Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 12

7 Den virkelige verden Representeres i programutførelsen Kode Synlig Class Food{ String name; Int price; void beordered() } Class Guest { 5 verdener å forholde seg til Modellering av virkelighet Virkelighetssjekking Modellering ved koding Design fra spesifikasjon Verifisering Justering av modellen Oppgave Synlig Lag et program for servering i en restaurant Modellen av verden i programutførelse Kan IKKE oppleves Guest No 14 Total 130 Order dishes GUI implementering Synliggjøring Brukergrensesnitt Direkte opplevelse Guest no: 14 Food: Shrimps Drink: Wine Food Name Shrimp Price 100 beordered Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 13 Hvilke prosesser utfører nybegynnere? Prosent av tid brukt Helt ferske Mer avanserte Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 14

8 Generelle pedagogiske prinsipper Umiddelbar tilbakemelding Presis tilbakemelding Konkretisering av abstrakte fenomener Progresjon i håndterlige steg Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 15 Hvordan lære programmering? 10 nye programmeringsspråkbegreper 10 egendefinerte begreper 20 programmeringsprosesser Katastrofalt vanskelig 10 nye programmeringsspråkbegreper Få og enkle egendefinerte begreper Færre programmeringsprosesser Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 16

9 Færre programmeringsprosesser Den virkelige verden Representeres i programutførelsen Kode Synlig Class Food{ String name; Int price; void beordered() } Class Guest { Modellering av virkelighet Virkelighetssjekking Modellering ved koding Design fra spesifikasjon Verifisering Justering av modellen Oppgave Synlig Lag et program for servering i en restaurant Modellen av verden i programutførelse Kan IKKE oppleves Guest No 14 Total 130 Order dishes GUI implementering Synliggjøring Brukergrensesnitt Direkte opplevelse Guest no: 14 Food: Shrimps Drink: Wine Food Name Shrimp Price 100 beordered Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 17 En eller flere roboter beveger seg i et rutenett Robotene programmeres i Java Hvert objekt blir representert med en robot Karel J Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 18

10 To programmeringsprosesser Konkretisering av abstrakt programutførelse Robot kristin = new Robot(1, 4, North, 0); kristin.move(); Modellering ved koding Justering av modellen Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 19 Egnet for å lage subklasser og metoder class TrappeRobot extends Robot { // Holder rede på hvor mange trinn vi har gått int anttrinn; void etttrinn() { move(); turnleft(); move(); pickbeeper(); turnright(); } void turnright() { turnleft(); turnleft(); turnleft(); } TrappeRobot Karl = new TrappeRobot(8, 6, North, 0, 0); TrappeRobot Jon = new TrappeRobot(1, 2, North, 0, 0); Jon.plukkTrinn(); Jon.turnRight(); Jon.finnPiper(); Karl.move(); Karl.finnPipe2(); Karl.turnLeft(); Karl.plukkTrinn2(); Modellering ved koding Justering av modellen Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 20

11 Eksperiment med KarelJ Del av forskningsprosjektet Comprehensive Object-Oriented Learning (COOL) Avholdt over 2 dager med 6 frivillige 19-årige gutter uten programmeringserfaring Undervisningssekvens Lage og manipulere ett objekt Lage og manipulere flere objekter Subklasser og metoder Konstruktører Imperativ programmering while og if Overføring til et annet programmeringsmiljø Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 21 Resultat Elever lager subklasser og metoder etter 6 timer Grunnleggende algoritmer etter 12 timer KarelJ fungerte overbevisende for nybegynnere i Java Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 22

12 Andre verktøy brukt i COOL Andre verktøy har ikke gitt tilsvarende læring for nybegynnere Lejos Java programmering av Lego roboter For grunnskole Eldre elever synes Lego er for barnslig Robocode For avanserte algoritmekonstruksjoner Utydelig hvilke effekter programinstruksjoner hadde Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 23 BlueJ Viser klassediagrammer UML-liknende Viser objekter men ikke referanser Kan trigge metoder i objekter Egnet for å bruke ferdigdefinerte klasser Egnet for å lage klasser med metoder Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 24

13 Anbefalt undervisningssekvens for læring av OO programmering med Java 1. OO begreper med Karel J eller tilsvarende verktøy som gir visuell presis umiddelbar tilbakemelding 2. Bruk av ferdigdefinerte klasser med BlueJ eller tilsvarende verktøy som støtter visualisering av programutførelse 3. Lage egne klasser i BlueJ eller tilsvarende som inviterer til å lage metoder i objektene Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 25 Referanser Barnes, D. J. and Kölling, M. Objects First with Java: A Practical Introduction using BlueJ. 2nd ed. Harlow: Pearson/Prentice Hall Bergin, J., Stehlik, M., Roberts, J. and Pattis, R. Karel J. Robot: A Gentle Introduction to the Art of Object-Oriented Programming in Java. USA: Dream Songs Press, 2005 Detienne, F. Software Design Cognitive Aspects. London: Springer-Verlag, 2002 Annita Fjuk, Amela Karahasanović and Jens Kaasbøll (Eds.) Comprehensive Object-Oriented Learning: The Learner s Perspective. Santa Rosa, California: Informing Science Press, 2006 Christian Holmboe Language, and the learning of data modelling. Dr.Scient thesis, Department of Teacher Education and School Development, University of Oslo, 2005 Jens Kaasbøll, Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 26