The impact of using program visualization techniques on learning basic programming concepts at the K–12 level

Abstract

Novices enrolled in introductory programming courses often face many difficulties. These difficulties are more emphasized when novices are K–12 students. Many new visual programming languages have primarily been designed to provide a smooth introduction to programming for children. However, at some point, a general‐purpose text‐based programming language should be used. A well‐known and studied method is to visualize program execution to assist novices in forming correct mental models. Although many studies have investigated the effects of using visualizations in teaching and learning, most of them focus on courses taught at the university level. Studies that focus on investigating the impact of program visualizations at the K–12 level are, to the best of our knowledge, scarce. Therefore, we investigated the impact of using program visualizations with a group of K–12 students. Because of the underrepresentation of girls in computer science and known gender stereotypes, we additionally investigated student performance based on gender. Our research included 98 fifth‐grade students from three elementary schools. The lectures in the experimental group included different visualization techniques, including a program visualization tool and PowerPoint animations, whereas the control group had no program visualizations. All students learned Python as part of their curriculum. We present the results of our research in this paper.

Uloga korištenja alata za vizualizaciju na razumijevanje algoritama sortiranja u online nastavi

“…Jedna od osnovnih poteškoća u učenju koncepata programiranja je nedostatak ispravnih mentalnih modela (Sorva, 2013). Nedostatkom mentalnih modela učenici često program doživljavaju kao "crnu kutiju" u kojoj se događa nešto što njima nije vidljivo (Mladenović, Žanko & Aglić Čuvić, 2020). Vizualizacija može pomoći učenicima u razjašnjavanju i ispravljanju mentalnih modela pojmovnog stroja (Cunningham, Blanchard, Ericson, & Guzdial, 2017) te "crnu kutiju" učiniti "staklenom" na način da učenici "vide" što se događa u programu (Mladenović et al, 2020).…”

“…Od učenika prirodoslovno-matematičkih gimnazija se očekuje da razumiju, opišu i primijene neke algoritme sortiranja. Za spuštanje razine apstrakcije se mogu koristiti metode vizualizacije u koje spadaju aktivnosti kao što su skiciranje (Cunningham et al, 2017), korištenje animacija, te korištenje različitih alata za vizualizaciju algoritama i/ili koda (Mladenović et al, 2020). Prema navedenom, pri poučavanju algoritama sortiranja se osim samog kodiranja u nekom programskom jeziku mogu koristiti statičke slike (ispisom stanja elemenata niza nakon svakog prolaza sortiranja), te animaci je ili simulacija.…”

“…Utvrdilo se da neki studenti kada je interaktivno predviđanje prisutno smatraju učenje igrom, te se fokusiraju na zabavu, a ne na učenje (Jarc et al, 2000). Iako vizualizacija može spustiti razinu apstrakcije potrebnu za razumijevanje poučavanog pojma te tako olakšati učenicima savladavanje istog, može se dogoditi suprotan efekt gdje učenici u tom slučaju ulažu manji kognitivni napor zbog čega se usvojeno znanje ne zadržava tij ekom vremena (Mladenović et al, 2020).…”

“…Rezultati ovog istraživanja nisu utvrdili prednosti grupe za čije poučavanje su korišteni vizualizacijski alati. Iako su neka istraživanja pokazala ima značajnu prednost u korištenju vizualizacije, prvenstveno kad su konstruktivistički utemeljene (Grissom, McNally, & Naps, 2003), rezultati ovog istraživanja su u skladu s istraživanjima koja nisu pokazala da korištenje vizualizacije pospješuje učenje (Jarc et al, 2000;Mladenović et al, 2020). Završni test (ZT) je u konačnici bila jedina aktivnost u kojoj je Eksperimentalna grupa postigla statistički značajno bolje rezultate u odnosu na Kontrolnu grupu.…”

BIM Visual Programming Tools Applications in Infrastructure Projects: A State-of-the-Art Review

“…Then, the scanned data was connected to BIM models using interoperable VP scripts. (3) Python; It is a programming language developed by Van Rossum [57]. Initially, this…”