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変数のスコープの設計判断能力を育成するプログラミング教育

政策・メディア研究科　修士課程 1 年

杉浦　学manabu@sfc.keio.ac.jp

gackt@crew.sfc.keio.ac.jp

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発表の流れ

1. 本教育の概要2. 問題意識3. 教育手法4. 授業例5. まとめ

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1.本教育の概要

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教育の概要

変数のスコープについての設計判断能力を育成するための教育

プログラミングの初学者を対象とする

教育手法 HCPチャートからデータ設計を導出する 受講者間でソースコードレビューを行う

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2.問題意識

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重要と考える能力

プログラムの設計判断能力 構造化プログラミングでいえば

変数 メソッド化

オブジェクト指向プログラミングでいえば クラス設計

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既存の教育の問題点 ソースの読解能力のみに注目 文法エラーのないプログラムは書けるようになる

どのように変数のスコープを設計するかについては議論されない

図：ブロックについての解説例

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既存の教育の弊害

理由のないグローバル変数化 コンパイルエラーの場当たり的解決 結果，動的エラーの原因になる

int i = 0;　　　　・・・　　　　・・・　　　　・・・　　　　・・・for (i = 0; i < 10; i++) {　　　　・・・・・・・}

ソース：イテレーターの変数が局所化されていないソースコードの例

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問題の原因分析

プログラミングの初学者は， プログラムを設計せずに実装してしまう

有効な手法が教育されていない 必要性の認識が低い

データ設計を効率的に行う手法が教育されない 変数の型にこだわってしまう 細かい技術の知識を習得しようとする

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HCPチャート Hierarchical and Compact Description Chart （階層化コンパクトチャート）

NTTで開発された

プログラムの目的を階層化して表現する図法 記述された目的はそのままソースのコメントへ

処理の構造を記述する記号 繰り返し 条件分岐

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HCPチャートとソースの例/** * じゃんけんアプリケーション */void main() {

　　 // アプリケーションの説明をする　　 System.out.println(" じゃんけん♪アプリケーション ");　　 System.out.println(" （プレイヤー A の手に０を入力すると終了します） ");

　　 // 一人目の名前を入力する　　 System.out.println(" プレイヤー A の名前を入力してください ");　　 System.out.print(">>");　　 System.out.flush();　　 playerNameA = Input.getString();

　　 // 二人目のの名前を入力する　　 System.out.println(" プレイヤー B の名前を入力してください ");　　 System.out.print(">>");　　 System.out.flush();　　 playerNameB = Input.getString();

　　 // じゃんけんをする　　 while (true) {　　　 // 一人目の手を入力する　　　 System.out.println(playerNameA + " さんの手を入力してください ");　　　 System.out.println("1. グー , 2. チョキ , 3. パー (0. 終了 )");　　　 System.out.print(">>");　　　 System.out.flush();　　　 playerHandA = Input.getInt();　　　　　　 // 終了コードであるか調べる　　　 if (playerHandA == 0) { // 終了コードなら　　　　 break; // アプリケーションを終了する　　　 }

　　　 // 相手の手が見えないようにする　　　 for (int i = 0; i < 100; i++) {　　　　 System.out.println();　　　 }

　　・・・・・（以下略）

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3.教育手法

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HCPチャートの使用法

基本設計はデータを記述しないで行う チャートを元にデータと使用範囲を導出

それを設計の指針にする

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設計作業の手順

1. HCPチャートを作成する2. チャートを見ながら、プログラムに必要かつ重要であると考えられるデータとその目的をピックアップする

3. チャートの各項目とその目的達成に必要なデータを線で結ぶ

4. チャートの階層構造を見ながら、各データが必要な範囲を線で囲む

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1.HCPチャートを作成する

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2.データと目的をピックアップする

アプリケーションに登録されているデータを保存しておくため

入力されたコマンドを保存しておくため

単語

コマンド

つづり

意味

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3.各項目とデータを線で結ぶ

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4.データが必要な範囲を線で囲む

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相互ソースコードレビュー

内容 お互いに同じ課題を実装して，議論を行うプラクティス

効果 設計に正解はないという認識を育てる

様々な可能性を認識する効果 相手に理由が説明できることが重要

可読性の高いソース作成へのきっかけ

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採用手法の効果とねらい

HCPチャート→ 設計判断のひとつの指針となる

設計に正解はない 初学者にとっては指針が必要

Ex). メソッドのインターフェース設計の指針ソースレビュー→ 理由を考えて設計する能力を育成する

グローバル変数にする利点，欠点 設計の理由を考えて実装を行うことができる

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4.授業例

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具体的な授業例 前提知識

仕様書からある程度の HCPチャートが作成できること 変数の束縛範囲がどうなるかという知識があること

用意するもの データ記入演習用の HCPチャート 課題用のプログラムの仕様書

授業展開 HCPチャートにデータを記入する演習

1. 教師が用意した HCPチャートに必要なデータを書き込む2. HCPチャートを交換し、生徒同士が意見を交換する（データ設計の理由を述べる）

自分でデータを設計して実装する演習1. 課題のプログラムを提示し、 HCPチャートを作成させる2. 自作したチャートに必要なデータを記入する3. 実装を行う4. 実装過程で、チャートに記入したデータとの関連を変更した場合、その理由を記入させて

おく。5. 実装した課題のソースを授業の受講者の前でソースコードレビューを行い、 (4)で記入し

ておいた理由を同時に発表させる。

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5.まとめ

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まとめ

設計判断能力を育成する教育 HCPチャートからのデータの導出

初学者にとっては，設計判断の指針が必要 相互ソースレビュー

設計判断の議論が有益