Εκπαιδευτικό περιβάλλον απομακρυσμένου συνεργατικού προγραμματισμού υποστηριζόμενου από σενάρια και προσαρμοστικές μεθόδους συνεργασίας

Abstract

This thesis studies how to best monitor and support collaboration in distributed pair programming. On one hand, monitoring collaboration aims to support educators' teaching process. On the other hand, structuring collaborative activities aims to support students' learning process and to eliminate common collaboration problems. Pair programming, performed co-located or remotely, requires two programmers working together to develop software. All collaborative interactions that take place during the pair programming process, are various forms of collaborative learning such as discussion, negotiation and knowledge sharing. As a consequence, pair programming obtains the benefits, as well as the limitations, of collaborative learning. For instance, a common problem of groupwork, is unbalanced workload distribution which causes unequal student contributions. Furthermore, collaborations often fail, due to disparities in students' personality and knowledge level. Therefore, collaborative learning requires adequate support in order to be effective and beneficial. Collaboration scripts are widely used in the field of Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL) because they provide a way to structure learners’ interactions. Scripts describe the most important aspects of a collaborative activity, such as information about the roles of group members and instructions on task distribution. On the other hand, pair programming still lacks effective collaboration support. Considering the problems pair programming and collaborative learning have in common, this thesis introduces collaboration scripts in the field of distributed pair programming. This approach aims to improve collaborative work and to eliminate most of its drawbacks. At the same time, the provided instructional support aims to assist teachers and to reduce workload. This novel approach was implemented in an integrated system, designed specifically to meet the requirements of scripted distributed pair programming. The system consists of two separate subsystems supporting the different types of end-users. The first subsystem enables distributed pair programming sessions guided by collaboration scripts. The second subsystem was developed for the teacher and supports the management, monitoring and assessment processes of collaborative activities. The contribution of this thesis to pair programming, is the introduction of collaboration scripts and advanced instructional support. The evaluation of this approach included two studies in authentic learning situations. The results of these studies revealed that scripted collaboration has a positive effect on student participation, and that adaptive distribution of tasks may lead to improved student performance. Comparing individual and pair programming, the second study showed that the use of distributed pair programming improves course's pass rates and reduces teacher's workload. Conclusions drawn from these studies confirm the need of collaboration support during pair programming, and demonstrate that collaboration scripts provide a possible way to address this issue.

Το αντικείμενο μελέτης της διατριβής αποτελεί η αποτύπωση και υποστήριξη της συνεργασίας στον απομακρυσμένο συνεργατικό προγραμματισμό. Αφενός, η αποτύπωση της συνεργασίας στοχεύει να υποστηρίξει το εκπαιδευτικό έργο του καθηγητή, και αφετέρου, η κατάλληλη δόμηση της συνεργασίας στοχεύει στην υποστήριξη της μαθησιακής διαδικασίας και στον περιορισμό βασικών προβλημάτων της συνεργασίας. Ο συνεργατικός προγραμματισμός προϋποθέτει την από κοινού ανάπτυξη λογισμικού σε ομάδες των δύο ατόμων. Οι συνεργατικές δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού, αποτελούν μορφές συνεργατικής μάθησης, καθώς οι δύο συνεργάτες ανταλλάσουν απόψεις, διαπραγματεύονται, μοιράζονται γνώσεις και έχουν ένα κοινό στόχο. Επομένως, ο συνεργατικός προγραμματισμός κληρονομεί όλα τα οφέλη αλλά και τα προβλήματα που πηγάζουν από τη συνεργατική μάθηση. Για παράδειγμα, ένα από τα βασικότερα προβλήματα που παρατηρείται στις συνεργατικές δραστηριότητες είναι η μη ομοιόμορφη κατανομή του φόρτου εργασίας. Επιπλέον, το γνωστικό επίπεδο και η προσωπικότητα μπορούν να οδηγήσουν την ομάδα σε συγκρούσεις και αποτυχία στη συνεργασία. Η συνεργατική μάθηση, και κατ’ επέκταση ο συνεργατικός προγραμματισμός, χρειάζονται κατάλληλη υποστήριξη για να είναι εποικοδομητικοί και ωφέλιμοι. Ένας τρόπος για την υποστήριξη της συνεργασίας είναι τα σενάρια συνεργασίας, τα οποία καθορίζουν, μεταξύ άλλων, τους ρόλους που θα αναλάβει κάθε μέλος της ομάδας και τον τρόπο με τον οποίο θα συνεργαστεί, δημιουργώντας έτσι ένα συγκεκριμένο και οριοθετημένο πλαίσιο εργασίας. Λαμβάνοντας υπόψη τα κοινά προβλήματα του συνεργατικού προγραμματισμού και της συνεργατικής μάθησης, η διατριβή εισάγει τα σενάρια συνεργασίας στον απομακρυσμένο συνεργατικό προγραμματισμό. Στόχος αυτής της προσέγγισης είναι να βελτιωθεί ο τρόπος εργασίας των ομάδων και να αντιμετωπιστούν βασικά προβλήματα της συνεργασίας. Η υλοποίηση αυτής της ιδέας πραγματοποιήθηκε μέσω ενός ολοκληρωμένου συστήματος που αναπτύχθηκε γι’ αυτό το σκοπό, και το οποίο αποτελείται από δύο διαφορετικά υποσυστήματα. Το ένα υποσύστημα παρέχει την υποδομή για την εφαρμογή του απομακρυσμένου συνεργατικού προγραμματισμού από ομάδες των δύο ατόμων. Επιπλέον επιτρέπει την επίλυση προγραμματιστικών ασκήσεων ακολουθώντας ένα σενάριο συνεργασίας, το οποίο καθορίζει τους ρόλους που θα πρέπει να αναλάβει κάθε συμμετέχοντας και καθοδηγεί την ομάδα σε ένα σύνολο από δραστηριότητες. Το δεύτερο υποσύστημα προορίζεται για τον καθηγητή, στον οποίο παρέχει ένα σύνολο από εργαλεία που θα τον βοηθήσουν στην οργάνωση, παρακολούθηση και αξιολόγηση των συνεργατικών ασκήσεων. Στο πλαίσιο αξιολόγησης αυτής της διδακτικής προσέγγισης διενεργήθηκαν δύο ξεχωριστές μελέτες. Τα αποτελέσματα αυτών, έδειξαν ότι η σεναριογραφημένη συνεργασία είναι πιο αποδοτική από την ελεύθερη συνεργασία στη συμμετοχή των μαθητών, και ότι η προσαρμοσμένη κατανομή εργασιών μπορεί να οδηγήσει σε βελτιωμένη επίδοση των μαθητών. Σε ό,τι αφορά το συνεργατικό προγραμματισμό σε σύγκριση με τον ατομικό, η έρευνα έδειξε ότι ο συνεργατικός βελτιώνει το ποσοστό επιτυχίας των μαθητών στην επίτευξη των στόχων του μαθήματος και μειώνει το φόρτο εργασίας του καθηγητή. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω έρευνες επιβεβαιώνουν την ανάγκη υποστήριξης της συνεργασίας στην ανάπτυξη λογισμικού και δείχνουν ότι τα σενάρια συνεργασίας αποτελούν έναν αποτελεσματικό υποστηρικτικό μηχανισμό γι’ αυτό το σκοπό.