アルゴリズム構築能力育成の導入教育：実作業による概念理解に基づくアルゴリズム構築体験とその効果

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  • アルゴリズム コウチク ノウリョク イクセイ ノ ドウニュウ キョウイク:ミノル サギョウ ニ ヨル ガイネン リカイ ニ モトズク アルゴリズム コウチク タイケン ト ソノ コウカ
  • Introductory Education for Algorithm Construction: Understanding Concepts of Algorithm through Unplugged Work and Its Effects
  • 初心者向け情報教育の評価

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抄録

一般情報教育の一環として実施するプログラミング教育においては「与えられた課題を理解・分析して，それを手順に分解・詳細化し，プログラムとして記述可能なアルゴリズムを組み立てる」という「アルゴリズム構築能力」をどのような方法で育成するかが課題となる．本論文では，アルゴリズムの概念を体感的に理解させるための導入教育を行うことにより，効果的にアルゴリズム構築能力を育成するという教育方法を提案し，その効果を検証した．提案方法における導入教育では，学習者に手作業でアルゴリズムを実行・理解させ，その体験を忠実にプログラミングさせる．その際，使用した教具を抽象データ型として用意し，手作業によるアルゴリズムをそのまま実行可能なプログラムとして記述できるようにした．これにより，学習者が理解したアルゴリズムを自力でプログラミングすることが可能になった．高校と大学で実験授業を行ったところ，演習に高い意欲を持って取り組ませることができ，受講者全員が挿入法による整列プログラムを作成できた．演習の実施後に受講者が取り組んだ自由作品制作の結果から，受講者にアルゴリズム構築能力が身についていることも確認できた．さらに，1）演習によって，人間とコンピュータそれぞれの情報処理の特性と関連付けたアルゴリズム概念の理解が得られること，2）アルゴリズム概念の理解が，アルゴリズムの構築における分析や詳細化の段階の重要性を認識させること，3）プログラミング言語として，Squeak eToysを拡張した「ことだまon Squeak」を用いたことが，演習を円滑に実施できた要因の1つであること，が分かった．

It is an important issue of informatics education for non-major students to develop "algorithm construction ability". We regard this ability as that of understanding and analyzing a given problem and constructing an algorithm which can be descried as a procedure in sufficient and complete detail. In this paper, we proposed an effective method for this issue by understanding the concept of the algorithm through real "unplugged" procedure. In this method, experiences of both "unplugged" work and those with computers of the same algorithm are given to learners. In order to facilitate for learners to develop programs, we use an abstract data type for describing objects used in "unplugged" work so as to reduce the difference between the algorithm description and the program. Those results of our experiments both in a high school and in a university showed that all students had completed developing and programming insertion sort algorithm by themselves. Further improvement in the students' ability to construct algorithms was observed in the result of the students' works. In addition, we also have found that 1) learners understand the algorithm concept with regards to the characteristics of the processing of information by human and by computer, 2) learners understand the importance of the stages of analyzing and refining of the algorithm construction, 3) "Kotodama on Squeak (extended edition of Squeak eToys)" contribute to the success of the practices.

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