Learning to program through interactive simulation

Abstract

Extensive studies have been conducted on programming knowledge, instructional environments and effective pedagogies in order to improve the teaching and learning of computer programming. However, there have been few studies on the usefulness and effectiveness of using simulation. The aim of this paper is two‐fold: to describe the design and development of a computer‐based simulation tool for learning computer programming and to report a case study of four students’ learning experiences using the simulation tool, which provides a learning environment in the context of daily life. In solving the problem posed by the simulation tool, students are encouraged to think and construct their own solutions. Three categories with respect to students’ learning processes were observed in the study, namely dynamic learning experience, fostering cognitive approaches and stimulating attitude change. Implications of the simulation for learning programming are also discussed. It is hoped that the simulation tool will inspire students to look beyond a specific simulation and transfer insights gained from the simulation to the learning of computer programming.

Apprendre à programmer grâce à la simulation interactive

Des études importantes ont été menées sur la connaissance de la programmation, les environnements d’étude et les pédagogies effectives visant à améliorer l’enseignement et l’apprentissage de la programmation informatique. On compte cependant peu d’études sur l’utilité et l’efficacité de l’emploi des simulations. Le but de la présente étude est double : d’une part décrire la conception et le développement d’un outil de simulation sur ordinateur pour apprendre la programmation informatique et d’autre part présenter une étude de cas portant sur les expériences d’apprentissage de quatre étudiants ayant utilisé cet outil de simulation qui fournit un environnement d’apprentissage dans le contexte de la vie quotidienne. Trouver la solution du problème posé par l’outil de simulation encourage les étudiants à penser et à construire leurs propres solutions. Au cours de l’étude on a observé trois catégories en ce qui concerne les processus d’apprentissage des étudiants. Ce sont : une expérience d’apprentissage dynamique, l’encouragement des approches cognitives et la stimulation pour un changement d’attitude. On examine aussi les conséquences de la simulation sur l’apprentissage de la programmation. On espère que cet outil de simulation donnera aux étudiants l’idée de regarder plus loin que telle ou telle simulation et de transférer la compréhension acquise grâce à la simulation à l’apprentissage de la programmation informatique proprement dite.

Programmieren lernen durch interaktive Simulation

Umfangreiche Studien sind auf Programmierwissen, Unterrichtsumgebungen und wirksame Pädagogiken durchgeführt worden, um die Lehre und das Erlernen von Computerprogrammierung zu verbessern. Jedoch gibt es nur wenige Studien, die auf der Nützlichkeit und Wirksamkeit zielen, Simulationen zu verwenden. Dieser Beitrag hat ein doppeltes Ziel: den Entwurf und die Entwicklung eines rechnergestützten Simulationswerkzeugs für das Erlernen der Computerprogrammierung zu beschreiben und mit Hilfe von Fallstudien über die Erfahrungen zu berichten, die vier Studenten beim Verwenden des Simulationswerkzeugs gemacht haben, das eine Lernumgebung im Kontext des täglichen Lebens liefert. Beim Lösen des vom Simulationswerkzeug gestellten Problems werden Studenten ermutigt, eigenen Lösungen zu erdenken und zu realisieren. Drei Kategorien in Bezug auf die Lernprozesse der Studenten wurden in der Studie überwacht, nämlich dynamische Lernerfahrung, die Förderung kognitiver Ansätze, und das Anregen von Einstellungsänderung. Auswirkungen der Simulation auf das Erlernen von Programmierung wurden ebenfalls erörtert. Es wird gehofft, daß das Simulationswerkzeug Studenten inspiriert, hinter eine bestimmte Simulation zu schauen, und durch die Arbeit mit der Simulation des Erlernens der Computerprogrammierung gewonnene Einblicke zu übertragen.

Aprender a programar a través de la simulación interactiva

Se ha estudiado de manera extensiva los conocimientos de programación, los entornos de aprendizaje y las pedagogías efectivas para mejorar la enseñanza y el aprendizaje de la programación de los ordenadores pero hay pocos estudios sobre la utilidad y efectividad del uso de simulaciones. El propósito de este artículo es doble : por un lado describir el diseño y desarrollo de una herramienta informatizada de simulación para aprender la programación de los ordenadores y por el otro presentar un estudio de caso de las experiencias de aprendizaje de cuatro estudiantes en el uso de la herramienta de simulación que ofrece un entorno de aprendizaje dentro del contexto de la vida cotidiana. Para resolver el problema planteado por la herramienta de simulación, los estudiantes están animados a pensar y construír sus propias soluciones. En el estudio se observó tres categorías en relación con el proceso de aprendizaje de los estudiantes a saber una experiencia dinámica de aprendizaje, el fomento de una metodología cognoscitiva y el incentivo para el cambio de actitudes. Presentamos también una discusión del impacto sobre el aprendizaje de la programación. Esperamos que la herramienta de simulación podrá dar ánimo a los estudiantes para que miren más allá de tal o tal simulación específica y puedan transferir la visión ganada a través de esa simulación al aprendizaje de la programación informática.

Acknowledgement

The research reported in this article was supported by a CRCG research grant from the University of Hong Kong.