This study investigated the potenti

This study investigated the potential for animations of Scheme functions to help novice computer science students understand difficult programming concepts. These animations used an instructional framework inspired by theories of constructivism and knowledge integration. The framework had students make predictions, reflect, and specify examples to animate to promote autonomous learning and result in more integrated knowledge. The framework used animated pivotal cases to help integrate disconnected ideas and restructure students' incomplete ideas by illustrating weaknesses in their existing models. The animations scaffolded learners, making the thought processes of experts more visible by modeling complex and tacit information.

The animation design was guided by prior research and a methodology of design and refinement. Analysis of pilot studies led to the development of four design concerns to aid animation designers: clearly illustrate the mapping between objects in animations with the actual objects they represent, show causal connections between elements, draw attention to the salient features of the modeled system, and create animations that reduce complexity.

Refined animations based on these design concerns were compared to computer-based tools, text-based instruction, and simpler animations that do not embody the design concerns. Four studies comprised this dissertation work. Two sets of animated presentations of list creation functions were compared to control groups. No significant differences were found in support of animations. Three different animated models of traces of recursive functions ranging from concrete to abstract representations were compared. No differences in learning gains were found between the three models in test performance. Three models of animations of applicative operators were compared with students using the replacement modeler and the Scheme interpreter. Significant differences were found favoring animations that addressed causality and salience in their design. Lastly, two binary tree search algorithm animations designed to reduce complexity were compared with hand-tracing of calls. Students made fewer mistakes in predicting the tree traversal when guided by the animations. However, the posttest findings were inconsistent. In summary, animations designed based on the design concerns did not consistently add value to instruction in the form investigated in this research.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การศึกษานี้ตรวจสอบศักยภาพในการเคลื่อนไหวของแผนงานจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ฝึกหัดเข้าใจแนวคิดการเขียนโปรแกรมยาก ภาพเคลื่อนไหวเหล่านี้ใช้กรอบการสอนด้วยทฤษฎีของเค้าโครงและความรู้รวม กรอบงานมีนักเรียนคะเน สะท้อน และระบุตัวอย่างการเคลื่อนไหวเพื่อส่งเสริมการเรียนรู้ด้วยตนเอง และส่งผลให้ความรู้มากขึ้น กรอบใช้กรณีสำคัญที่เคลื่อนไหวเพื่อช่วยผสมผสานความคิดต่อ และปรับโครงสร้างความคิดที่ไม่สมบูรณ์นัก โดยแสดงจุดอ่อนในรุ่นของพวกเขาที่มีอยู่ ภาพเคลื่อนไหว scaffolded ผู้เรียน การทำให้กระบวนการคิดของผู้เชี่ยวชาญขึ้น โดยการสร้างแบบจำลองข้อมูลที่ซับซ้อน และโดยปริยายการออกแบบภาพเคลื่อนไหวถูกนำ โดยงานวิจัยก่อนหน้านี้และวิธีการออกแบบและความประณีต วิเคราะห์ของนักศึกษานำไปสู่พัฒนาความกังวลออกแบบสี่เพื่อช่วยให้นักออกแบบภาพเคลื่อนไหว: การแม็ประหว่างวัตถุในภาพเคลื่อนไหวกับวัตถุจริงพวกเขาเป็นตัวแทน แสดงการเชื่อมต่อเชิงสาเหตุระหว่างองค์ประกอบ ดึงความสนใจไปคุณสมบัติเด่นของระบบการสร้างแบบจำลอง และสร้างภาพเคลื่อนไหวที่ลดความซับซ้อนที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนRefined animations based on these design concerns were compared to computer-based tools, text-based instruction, and simpler animations that do not embody the design concerns. Four studies comprised this dissertation work. Two sets of animated presentations of list creation functions were compared to control groups. No significant differences were found in support of animations. Three different animated models of traces of recursive functions ranging from concrete to abstract representations were compared. No differences in learning gains were found between the three models in test performance. Three models of animations of applicative operators were compared with students using the replacement modeler and the Scheme interpreter. Significant differences were found favoring animations that addressed causality and salience in their design. Lastly, two binary tree search algorithm animations designed to reduce complexity were compared with hand-tracing of calls. Students made fewer mistakes in predicting the tree traversal when guided by the animations. However, the posttest findings were inconsistent. In summary, animations designed based on the design concerns did not consistently add value to instruction in the form investigated in this research.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การศึกษานี้เป็นการศึกษาที่มีศักยภาพสำหรับภาพเคลื่อนไหวของฟังก์ชั่นโครงการเพื่อช่วยให้นักเรียนวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์สามเณรเข้าใจแนวคิดการเขียนโปรแกรมยาก ภาพเคลื่อนไหวเหล่านี้ใช้เป็นกรอบการเรียนการสอนแรงบันดาลใจจากทฤษฎีของ constructivism และบูรณาการความรู้ กรอบมีนักเรียนทำให้การคาดการณ์สะท้อนให้เห็นถึงและระบุตัวอย่างในการเคลื่อนไหวเพื่อส่งเสริมการเรียนรู้ของตนเองและผลในความรู้แบบบูรณาการมากขึ้น กรอบการเคลื่อนไหวที่ใช้ในกรณีสำคัญที่จะช่วยให้บูรณาการความคิดตัดการเชื่อมต่อและนักเรียนปรับโครงสร้างความคิดที่ไม่สมบูรณ์โดยแสดงให้เห็นถึงจุดอ่อนในรูปแบบที่มีอยู่ของพวกเขา ภาพเคลื่อนไหว Scaffolded เรียนทำให้กระบวนการคิดของผู้เชี่ยวชาญด้านการมองเห็นมากขึ้นโดยการสร้างแบบจำลองข้อมูลที่ซับซ้อนและโดยปริยาย.

การออกแบบภาพเคลื่อนไหวถูกแนะนำโดยการวิจัยก่อนและวิธีการของการออกแบบและการปรับแต่ง การวิเคราะห์การศึกษานำร่องที่จะนำไปสู่การพัฒนาของสี่กังวลการออกแบบที่จะช่วยให้นักออกแบบภาพเคลื่อนไหว: อย่างชัดเจนแสดงให้เห็นถึงการทำแผนที่ระหว่างวัตถุในภาพเคลื่อนไหวกับวัตถุที่เกิดขึ้นจริงพวกเขาเป็นตัวแทนการเชื่อมต่อแสดงสาเหตุระหว่างองค์ประกอบดึงความสนใจไปคุณสมบัติเด่นของระบบจำลองและ สร้างภาพเคลื่อนไหวที่ช่วยลดความซับซ้อน.

ภาพเคลื่อนไหวที่บริสุทธิ์อยู่บนพื้นฐานของความกังวลเหล่านี้ถูกออกแบบเมื่อเทียบกับเครื่องมือคอมพิวเตอร์ที่ใช้การเรียนการสอนแบบข้อความและภาพเคลื่อนไหวที่เรียบง่ายที่ไม่ได้รวบรวมความกังวลการออกแบบ สี่การศึกษาประกอบด้วยการทำงานวิทยานิพนธ์ฉบับนี้ สองชุดของการนำเสนอภาพเคลื่อนไหวของรายการฟังก์ชั่นการสร้างถูกเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการสนับสนุนของภาพเคลื่อนไหว สามรูปแบบภาพเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันของร่องรอยของฟังก์ชั่น recursive ตั้งแต่คอนกรีตเพื่อเป็นตัวแทนนามธรรมถูกนำมาเปรียบเทียบ ไม่มีความแตกต่างในการเรียนรู้กำไรจากการถูกพบระหว่างสามรูปแบบในการทดสอบประสิทธิภาพ สามรูปแบบของภาพเคลื่อนไหวของผู้ประกอบการปรับใช้เปรียบเทียบกับนักเรียนโดยใช้โมเดลทดแทนและล่ามโครงการ ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญนิยมภาพเคลื่อนไหวที่จ่าหน้าเวรกรรมและนูนในการออกแบบของพวกเขา สุดท้ายสองภาพเคลื่อนไหววิธีการค้นหาต้นไม้ไบนารีที่ออกแบบมาเพื่อลดความซับซ้อนถูกเมื่อเทียบกับมือของสายการติดตาม นักเรียนทำผิดพลาดน้อยลงในการทำนาย traversal ต้นไม้เมื่อได้รับคำแนะนำจากภาพเคลื่อนไหว อย่างไรก็ตามการค้นพบหลังการทดลองเป็นที่ไม่สอดคล้องกัน โดยสรุปภาพเคลื่อนไหวการออกแบบบนพื้นฐานของความกังวลการออกแบบไม่ได้อย่างต่อเนื่องเพิ่มมูลค่าให้กับการเรียนการสอนในรูปแบบการตรวจสอบในการวิจัยนี้