Software Cinema

這篇 Paper [1] 介紹了一個以 Completion Strategy 為中心的 Programming Learning System.

Paper 中對於 Completion Strategy 的說明如下 :

The completion strategy uses well-designed programs as basic programs to be completed,modified and extended. The completion strategy suggests that the learning contents or programming skills should exist in the well-designed programs. These model programs may be complete or incomplete, and it is students’duty to modify or extend the original model program.

說白一點其實 Completion Strategy 跟 Fill-In-The-Blanks 有點像. 最單純的一種就是克漏字填充, 讓你清楚知道前後文, 請你填出正確或是合理的句子. 在 Programming Learning 中當然就是特定的語法, 或是變數宣告, Method Call 等等. 當然也會有比較複雜的情況, 例如留下一整個 Method 的內容, 要你根據 Spec. 或是說明, 把特定的演算法在該 Method 中實現. 這又比較像是利用 Design by Contract [2] 先規劃好框框, 再請你完成內容.

再有一種情況則可能是請學生 Extend 特定的 Class 或是 Function. 例如可以利用 Observer Pattern, 請學生建構自己的 Observer, 而教師利用 Subject 送出 State Information 去測試. 我以前給大一學生出作業時也作過類似的事情. 在 Paper 的敘述中也提到 Modification 的情況, 可能請你把某個 Depth 很深的 Loop 利用 Recursive 改掉, 或是修改某個 Function 的運作等等.

不管是哪一種, 基本上都是特過特別的規劃, 使得學生在完成練習的同時, 可以知道 Program 運作的細節, 以及學習到特定的 Programming Skill & Experience. 而在單一題目之外, 需要考量的還有如何安排一系列相關的 Completed/Incompleted Problem 給學生, 同時藉由學生的學習情況, 動態決定下一個題目該如何選擇以及製作. ( 以下圖片均參考取用自 [1] )


如上圖, 此 Paper 所提出的系統中, 具備一個 Problem Database 儲存各種 Problems. 一個 Problem 由主體的文字敘述, 以及相對的 Solution 組成. Solution 通常又是以數個 Templates 依序組成., 如下圖表示 ( 正確來說下圖的例子是 Problem Extension, 不過跟 Problem 的格式是一樣的 ) . Templates 被收納在 Template Library 中. 一個 Template 其實是一個 Code Slice/Fragment, 但是把其中要給學生填入的部分事先作宣告, 而在一個 Templates 中也允許嵌入其他的 Templates. 如下圖所示, 在 Average Template中, 也利用了 Output Template.

由於從 Problem/Solution 到 Templates, 以及 Templates 之間的組成關係, 因此一個給學生的 Completed/Incompleted Problem 的行程事實上是透過數個 Iterations 的 Expansion 所形成的, 例如 Paper 中所舉的例子 :


在第一張圖中央的 Problem Generator 具有一個 Learning Operator, 負責根據 Evaluation 結果決定下一個題目是什麼. 其實這個部分以及 Problem 之間關聯性的設計, 是我覺得整個系統是否有效的關鍵之一, 但是 Paper 並沒有在此著墨太多, 畢竟這應該是屬於 Completion Strategy 本身的問題了. 但我認為如果把問題縮小到Programming Learning 的框框下, 其實還是有探討的空間, 只是可能無法得到一個完美的答案, 就像盧梭無法為愛彌兒設計一個完美的教育流程一樣.


References

[1] Kuo-En Cheng, Bea-Chu Chiao, Sei-Wan Chen, and Rong-Shue Hsiao, "A Programming Learning System for Beginners - A Completion Strategy Approach," IEEE Transactions on Education, vol.43, no.2, May 2000

[2] Bertrand Meyer, "Applying Design by Contract", IEEE Computer, vol.25, no.10, pp.40-51, October 1992