Code.org 初学者常见问题分析

本文以「经典迷宫」和「Minecraft探险家」为例，在Code.org教学课程中整理出几个常见的问题，并尝试分析初学者问题形成的原因，提供适时协助克服困难。

此处谈论的程序执行，其实就是透过指令进行状态的改变与转移，而这些状态的改变是可以预期的。每次程序的执行都是从头开始、重新开始，也就是从最早的状态开始演变。除非有纪录或储存状态，否则程序执行结束后，再来修改的程序也必然重新执行。

问题一：初始状态

初学者知道指令的用途，但对于状态改变的概念并不明确。当现阶段的程序结束，而程序未达成任务，此时初学者会误以为再次执行即可从目前结束状态接续开始。如下图，玩家需要向前移动两步，也就是需要两个「移动-向前」的指令。

 

部份初学者先执行第一段程序

，当发现还差一步时，便会再重新执行一次程序

，想藉此达成任务所需的移动两步。当中并不了解「当运行时」的意义（回复初始状态），仅以现阶段的状态来考虑。如采取「试误（trial and error）」或「由下而上(bottom-up)」的方式逐步建构程序者，对于程序重新执行与初始状态的概念则需要特别澄清。

问题二：明确指令

当初学者知道指令可以造成状态的改变，如

指令可以让主角改变位置（状态），但并不知道作用程度，例如向前移动到底是移动多少距离？移动到何时才会停止？这里可以让初学者先观察单一指令执行后状态的改变为何，程度有多大。明确了解指令的作用与自己预期的结果是否有落差。

问题三：观点与视角

当主角的方向需要进行改变时，初学者多会以自身的角度和观点来判断左右转。而主角的方向与自身方向不同时，判别左右转会令其感到困惑。如能适时协助初学者转换视角（实际起身转至与主角同方向），或采取辅助标示将能顺利判别正确转向。

 

问题四：程序越来越复杂

随着关卡越往后面，任务的复杂度也随之增加。部份初学者在前面的关卡已累积足够经验，透过观察或计算（点数）直接判断所需积木数量，无须以试误的方式逐一放置指令积木来建构程序，换言之可以一步到位写出程序。但复杂度增加，出错的机会也增加。此时，可以协助初学者将程序进行「分段」，先求前段程序的正确，再依续迭加后段的程序。执行过程如果有错误可以立刻发现，避免错误累积或扩散。既然初学者可以快速写出一段程序，此时程序迭加的单元是「一段程序」，而不仅是「一个指令」。但采取迭加的方式建构程序，策略上是没有改变的。

问题五：过度复杂无法一步到位，失去信心

对于尝试错误的代价并不高，看似愚笨而缓慢的方式，试误法具有一定的效益。以现有程序为基础，尝试迭加指令后观察是否达到预期的状态，接着再做修正，如此反复的尝试与修正，对于初学者将会获得更具体的经验，也将更具信心。结构化程序的执行，是复杂的状态演变。反复的试误方式，让初学者的程序保持在最近的状态，而非初始状态，有助于思考下一步该怎么走。

 

问题六：不如预期，如何除错

已具备规划完整程序的能力，执行结果不如预期，且不易发掘出错误的地方。此时，可以协助初学者将程序拆解，先确保前段程序可以达到预期的阶段状态。接着，再把剩余的程序陆续迭加上来，直到发现问题症结点。如下段程序存在错误，无法达成任务。

 

但当程序被分解时，就可以清楚看到每个阶段的状态是否合乎预期。再次透过「拆解」与「迭加」的方式，正确的建构出程序。

 

问题七：发现规律，找出重复

当初学者已正确使用迭加方式达成任务时，可以试着引导学生观察规律的现象，以重复的方式简化指令的使用。

 

如采用口语的方式，说出指令的顺序「放置—向前，放置—向前，放置—向前，放置…」，试着让学生更容易听出规律，或以拆解指令的方式协助学生发现规律的现象，如下图。

 

但初学者可能会认为，前面有3次的「放置－向前」，但最后只有1次的「放置」，如何使用重复4次的「放置－向前」。此时，可以比较前3次的重复样式，找出缺漏的指令将之补齐。因为发现规律现象的「起始位置」与「周期」不同，初学者有可能发展出以下不同的程序结果。

 

上述三种程序案例整理(A为「放置」，B为「向前」)：

 

初学者使用重复之前，可试着先堆栈出完整的指令，求程序的正确性再求优化。当然，如果重复次数过大无法慢慢堆栈出来，势必就会找到重复的结构来使用。

问题八：不急着使用重复

以类似阶梯的迷宫为例，明显存在规律的样式，非常适合使用重复的方式来达成任务。也因为样式相当简单，让初学者在未经验证的情况下就直接使用重复的结构，倘若重复的内容有误，将不易发现与排除。

 

以下为常见的错误案例：

 

如同影印100份文件一样，我们会先试着印个1到2份，确认印出来没有问题后，再把后续的98到99份文件接着印出。倘若未经确认，就直接印出这100份文件，那么只要其中有误，问题就会变得很难收拾了。

问题九：如何优化，节省积木数量

以下为两个不同班级学生在「Minecraft探险家」的表现结果，可以预见的是「第8关」与「第12关」未能以较少的积木达成任务。

 

以第8关为例，初学者如果纯粹以过关为主，则不会继续思考如何以较少的积木达成任务。再者，即便以巨观的角度看出整体规则，光是左转与右转就足以让人感到困惑，如何直觉地找出重复样式当然不容易。

 

以红色路线为例，运用前述方法，不急着使用重复，反倒是先找出具体可行的解答。将指令逐一迭加出来，再来观察其中规律的样式，找出重复的「起始位置」与「周期」，运用重复来减少积木的使用，优化程序。这里的规律样式为阶梯形式，程序的组合不全然只有重复结构而已，尚有非重复部份。

 

而黄色路线适合熟悉使用重复的玩家，单纯的前进数步与左转。同样先求可行的解法，再找出规律样式，最后使用难度较高的巢状重复(nested loops)达到优化。

 

相对于第8关，第12关的开采红石则是要面对「不易预期」的熔岩，即便规划好程序，难免会在开采后掉入熔岩，此时就得加入判断熔岩的处理策略。同样的，初次尝试仍会以试误的方式进行，先开采红石，待发现底下的熔岩后，再试着放置物品避开熔岩。逐步探查虚实，尝试的过程中先求具体可行的解法，最后再发展出较佳的程序。重复3次所执行的程序虽然都一样，但这重复3次的过程中外界环境却是不相同，有的有熔岩、有的却没有熔岩，但透过「如果」结构却可以发展出一致而弹性的策略应付这些差异解决问题，此为「选择」结构的作用。

 

连结来源

1. Code.org—经典迷宫

https://studio.code.org/hoc/reset

2. Code.or—Minecraft 探险家

https://studio.code.org/s/mc/reset