九州大学 山田研究室

通过LAPLE实现学习状态可视化!C语言学习与教学的实时支持工具

2025年06月10日

大家好,我是硕士一年级的樋口尚宏。
去年我担任了一年的小学与初中的ICT支持员,今年开始正式参与硕士课程和研究室的活动。今后请多多关照。
我目前正在从事一个研究项目,旨在开发一个分析课堂学习日志并向教师反馈的系统。作为相关研究文献的回顾,我想介绍以下这篇论文。


论文信息
**标题:**Real-time learning analytics for C programming language courses
**收录于:**The Seventh International Learning Analytics & Knowledge Conference
**页码:**280–288
**出版年份:**2017
**作者:**Xinyu Fu, Atsushi Shimada, Hiroaki Ogata, Yuta Taniguchi, Daiki Suehiro
https://doi.org/10.1145/3027385.3027407


大家喜欢编程学习吗?
我最近也在努力学习编程,但在修复错误时还是经常会遇到困难……
本论文介绍了一种名为LAPLE(Learning Analytics in Programming Language Education)的工具,该工具用于在大学的C语言课程中,通过分析学生的日志来实时支持学习和教学,并详细阐述了其设计理念与可视化手法。


研究课题与背景

作者指出,在许多大学的C语言课程中,由于语法难度较高,初学者往往在定位和修复错误时遇到困难,而教师则常常在不了解学生掌握情况的情况下推进课程。因此,作者认为,为了促进有效的C语言教学和学习,有必要详细掌握学生的学习状况,并及时将其反映到教学活动中。


前期研究基础

作者此前已开展研究,对初学者编程过程中的编译日志进行了收集,并对错误类型进行了分类。本研究将这些分类结果用于教学反馈。

注:编译是指将人类可读的代码转换为计算机可执行的语言,通常在程序执行前进行。


系统开发与构成

【使用环境】
研究使用了电子教材平台“BookLooper”来收集阅读日志,并从服务器收集编译软件的错误日志。共从1975名学生中收集了989,560条编译错误日志(数据收集时间为2014年10月至2016年6月)。

【LAPLE系统】
LAPLE是开发为Moodle学习管理系统的一个插件。
学生可以通过该工具识别语法错误并获取相应教材的对策方法;教师也可以实时掌握学生的学习情况。


面向学生的支持功能

当发生错误时,LAPLE会在BookLooper上自动查找相关教材并提示学生参考页面。这不仅有助于学习者,也便于教师识别学生不理解的内容、确认需讲解部分,以及改进教材。


面向教师的支持功能(实时更新,每5分钟刷新)

LAPLE 提供一个包含6种图表的教学仪表盘:

  1. 错误类型柱状图:显示各类型编译错误的数量,便于教师分析并改善教学内容。

  2. 错误类型热图:横轴为错误类型,纵轴为时间,颜色深浅表示错误数量,辅助教师做出即时应对。

  3. 学生活动热图:展示编译活动频度,高频区域颜色更深,有助于识别学习参与度。

  4. 按学习水平划分的编译与错误图:将学生按学习行为分为五类(A-E),并可查看每类的编译与错误次数。

    • A: 完成≥4个编程任务,且无错误

    • B: 完成≥2个任务,且无错误

    • C: 完成≥2个任务,但仍有错误

    • D: 完成≤2个任务,但花费时间≥20分钟

    • E: 完成≤2个任务,且时间≤20分钟

  5. 各难度任务的编译与错误图:针对个别学生,按照任务难度(难、中、易)分类显示其学习过程中的编译与错误变化。

  6. 各难度任务的学习时间图:显示全体学生在各难度级别上的投入时间,帮助教师掌握学生的薄弱点并调整教材。


结论与未来展望

本研究提出了C语言教学中用于学习与指导支持的LAPLE系统。
作者指出的限制与今后方向包括:

  1. 更精确地定位错误原因
    当前仅基于编译器日志,无法还原引发错误的具体代码,因此需开发更深入的错误分析模型。

  2. 拓展LAPLE的适用范围
    现阶段使用者多为计算机专业学生,未来应扩大到更多学习者群体以验证其通用性。


我的感想

由于我正在从事实时学习仪表盘的开发研究,本论文中展示的六种数据可视化手法对我具有很大启发。虽然该论文尚未进入系统评估阶段,主要集中于功能设计与实现,但这也正好对应了我计划在JSET会议上发表的设计提案内容。

另一方面,可能因为本研究更偏向信息科学领域,其开发重点在于解决教学中“如何把握学生进度”等具体问题,并未明确依托于教育学理论。而我希望在自己的研究中结合教学与学习理论,从而提升研究在其他教育情境中的可扩展性与理论价值。

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