Μία τεχνολογικά υποστηριζόμενη διδακτική προσέγγιση για τον αντικειμενοστρεφή προγραμματισμό

Abstract

This thesis deals with the research problem of creating a complete teaching approach for designing and developing object oriented (OO) programming philosophy applications, with the aim to help essentially: (a) the development of OO problem solving skills by the learners, (b) the consolidation of main concepts-principles for this programming paradigm, (c) the development of skills for design, implementing (coding), checking, debugging of simple Java programs using Computer Aided Software Engineering tools and programming environments and (d) the treatment of recorded learning problems. The teaching approach, which this thesis proposes, (a) exploits in its philosophy previous research findings in the area, (b) includes supporting teaching material with a variety of resources, which emphasises on the treatment of learning problems, (c) incorporates teaching recommendations and selected instructional practices recorded either in the form of guidelines or design patterns in previous research studies and (d) utilises educational tools and programming environments in the context of specific targets. The subjects included in that approach are in accordance with topics recommended by the IEEE/ACM Computing Curricula 2001, and the approach’s implementation in educational settings uses WEB technologies and the blended learning strategy. Moreover, the approach adopts the pedagogical principle of learning by experts (apprenticeship) with experimentation while emphasising on modelling, and also proposes a set of learning activities that take place with specific order and method, in order to reach the respective targets. It is possible to use these learning activities, as a guide for implementing the approach in actual educational settings. The proposed teaching approach was tested during two academic years, in three case studies and in authentic educational environments in Higher education for undergraduate and postgraduate students. During these studies, and with the aim to investigate the learning effectiveness of the approach, systematic evaluations have been conducted. The result of each evaluation study was used as source of improvement, so that the teaching approach was developed evolutionally until its final form. Essential novel components of this thesis are: ## The exploitation of previous research findings and the incorporation of mediations towards the direction of treatment of recorded learning difficultiesmisconceptions, both in learning material and in the design-application of the approach. ## The coverage of sections recommended by the IEEE/ACM Computing Curricula 2001, throughout the teaching content. ## The number of case studies that were implemented, their duration and the number of participated students. ## The diversity among the case studies, concerning environments and each application’s conditions. ## The systematic evaluation study performed in each application and method’s improvement upon completion of the repeated applications and evaluations, until its final form. Additionally, the application of the approach in educational settings, has added significant empirical data about teaching OO, a subject with less recorded experience –compared to the experience accumulated about procedural programming– and thus, these applications advanced this subject’s research area and revealed learning problems and students’ difficulties-misconceptions for the subject, unrecorded till now.

Το ερευνητικό πρόβλημα το οποίο πραγματεύεται η παρούσα διδακτορική διατριβή, είναι η δημιουργία μιας ολοκληρωμένης διδακτικής προσέγγισης για τη σχεδίαση και ανάπτυξη εφαρμογών Αντικειμενοστρεφούς φιλοσοφίας Προγραμματισμού, με στόχο να βοηθήσει ουσιαστικά: (α) στην ανάπτυξη Αντικειμενοστρεφούς σκέψης επίλυσης προβλημάτων (development of object oriented (OO) problem solving skills), (β) στην εμπέδωση βασικών εννοιών-αρχών του παραδείγματος αυτού, (γ) στην ανάπτυξη ικανότητας σχεδίασης, υλοποίησης, ελέγχου, αποσφαλμάτωσης απλών προγραμμάτων σε Java με τη χρήση Computer Aided Software Engineering (CASE) εργαλείων και προγραμματιστικών περιβαλλόντων και (δ) στην αντιμετώπιση καταγεγραμμένων μαθησιακών προβλημάτων. Η διδακτική προσέγγιση που προτείνεται στη διατριβή (α) αξιοποιεί στη φιλοσοφία της προηγούμενα ερευνητικά ευρήματα, (β) περιλαμβάνει υποστηρικτικό μαθησιακό υλικό με ποικιλία στη μορφή του το οποίο δίνει έμφαση στην αντιμετώπιση μαθησιακών προβλημάτων, (γ) ενσωματώνει συστάσεις διδασκαλίας (teaching recommendations) και καλές διδακτικές-παιδαγωγικές πρακτικές που έχουν διατυπωθεί με τη μορφή οδηγιών (guidelines) ή σχεδιαστικών προτύπων (design patterns) σε προηγούμενες ερευνητικές μελέτες προκειμένου να αντιμετωπιστούν ήδη καταγεγραμμένα μαθησιακά προβλήματα και (δ) αξιοποιεί στοχευμένα, εκπαιδευτικά εργαλεία και προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Τα θέματα που η προσέγγιση περιλαμβάνει συνάδουν με τις οδηγίες του Οδηγού Σπουδών για θέματα Πληροφορικής των IEEE/ACM (Computing Curricula 2001) και η εφαρμογή της στη διδακτική πράξη κάνει χρήση των τεχνολογιών του Παγκόσμιου Ιστού και της συνδυασμένης μαθησιακής στρατηγικής (blended learning strategy). Επιπλέον διέπεται από συγκεκριμένη παιδαγωγική αρχή που είναι η εκμάθηση του γνωστικού αντικειμένου κοντά σε ειδικούς (apprenticeship) με πειραματισμό και με έμφαση στη μοντελοποίηση (modeling approach) και προτείνει ένα σύνολο μαθησιακών δραστηριοτήτων για τους εμπλεκόμενους στη μαθησιακή διαδικασία, που λαμβάνουν χώρα με συγκεκριμένη σειρά και τρόπο για την επίτευξη του στόχου της. Οι μαθησιακές αυτές δραστηριότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οδηγός υλοποίησης της προτεινόμενης προσέγγισης σε πραγματικές εκπαιδευτικές συνθήκες.