可视化学习辅助工具中的视觉与语言交流差异对比研究

理论计算机科学电子笔记178（2007）181-186www.elsevier.com/locate/entcs学生制作的动画的同行评审Rainer Oechsle1 Thiemo Morth2德国特里尔应用科学大学计算机科学系摘要本文介绍了“视觉知识交流”项目合作伙伴是来自德国莱茵兰-普法尔茨州四所大学的心理学家和计算机科学家该项目的出发点是可视化在过去几年中引起了心理学和计算机科学然而，在过去，心理学家和该项目的主要目标是支持和促进心理学家和计算机科学家在几个可视化研究项目中的合作本文概述了整个项目。然后更详细地讨论了作者介绍了该项目的基本思路、主要目标和本文件是一份工作进展报告。因此，它不包含任何结果。关键词：1引言可视化对于不同类型的通信变得越来越重要。今天的报纸、报纸、电视节目和网页包含的图片、图形、图表等比几十年前或几年前多几倍。在过去几年中，可视化也引起了不同科学学科的极大兴趣在心理学中，图片和动画作为学习辅助工具的作用在大量研究项目中进行了研究[4]，[5]，[6]，[10]。一个有趣的研究领域是在图片的帮助下学习，重点是语言和视觉交流之间的基本差异。最重要的区别之一是可视化通常更具体1 电子邮件地址：oechsle@fh-trier.de2电子邮件：mortht@fh-trier.de1571-0661 © 2007 Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放访问。doi：10.1016/j.entcs.2007.01.047182R. Oechsle，T.Morth/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 178（2007）181比语言描述更复杂这意味着，不可能以一般的方式描述某个事实;图片总是通过例子来说明事实。例如，在一个示例中，画出的三角形总是一个特殊的三角形;不可能画出一个一般的三角形。因此，问题是图片和动画是否以及如何帮助学习，特别是学习者是否以及如何能够概括所感知的学习材料。在计算机科学中，有几个领域涉及可视化。计算机图形学领域取得了重大突破。借助现成的PC（近）真实感视图与不同种类的光源可以计算和实时渲染这些技术最突出的应用在未来，虚拟、增强和混合现实领域将变得越来越重要。第二个领域是科学可视化。该领域的目标是为从物理，化学，地质等不同类型的测量中收集的大量数据找到适当的表示。最后但并非最不重要的是，本次研讨会的主题，即程序和算法可视化，是计算机科学中处理图片和动画的第三个领域该领域涵盖，例如，用于计算机科学教育的算法动画技术以及大型（遗留）程序的适当可视化技术，以便概述不同部分（模块，类等）的现有依赖关系和使用关系。的源代码。在过去，心理学家和计算机科学家相互独立地进行研究一方面，心理学家通常不知道计算机科学的当前趋势另一方面，计算机科学家主要关注技术。计算机科学家经常忽视对人类感知、思维和学习的考虑这种情况是最近开始的一个名为“视觉知识交流”的联合项目的起点合作伙伴是来自德国莱茵兰-普法尔茨州四所大学的心理学家和计算机科学家：凯泽斯滕-茨魏布吕肯应用科学大学，科布伦茨-兰道大学，特里尔大学和特里尔应用科学大学。本文件第2节概述了整个项目。第3节将更详细地介绍作者的子项目的想法本文最后在第4节作了简要总结。2Project“视觉知识传播”项目由位于美因茨的德国莱茵兰-普法尔茨州它始于2006年3月。该项目的目标是调查视觉知识传播领域的不同问题该项目包括六个分项目。每个子项目由一个单独的研究小组推动。这些子项目相互独立。然而，每个研究小组将与一个研究小组合作，R. Oechsle，T.Morth/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 178（2007）181183或者其他两个研究小组。合作关系的详细信息在项目计划中列出我们在这里省略这方面下表简要介绍了六个次级项目及其目标：标题领导人目标交互式混合现实学习系统中的可视化S. Mueller，科布伦茨-兰道大学，计算机科学博士研究混合现实的有用应用，特别是交互式学习系统。利用交互式动画获取知识K.温德，特里尔大学，心理学系研究交互动画引起的基本学习机制，特别是研究有效的抽象知识获取的条件。信息检索界面的可视化形式与动态适应克劳斯，科布伦茨-朗道大学计算机科学系研究图形用户界面的设计以及用户界面对特定用户和特定情况的动态适应，特别是信息检索系统的用户界面。具有个性化图形用户界面的学习系统B. 更糟的是， 大学 应用凯撒大帝-茨魏布吕肯经济学研究学习系统图形用户界面个性化的可能性。中学科学教育中静态与动态图片的情感效应A.Mueller和W.Schnotz，科布伦茨-朗道大学，心理学装饰画在中学科学教育中发挥积极作用的条件调查。由学生开发并通过同行评审过程R. Oechsle，特里尔应用科学大学，计算机科学参见下一节。184R. Oechsle，T.Morth/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 178（2007）1813Subproject3.1基本思想在[7]中，定义了一种分类法，包括关于算法和程序可视化（AV）的六个参与级别1. 不使用AV技术。2. 查看：控制动画的方向和速度。3. 回答：回答有关AV内容的问题。4. 修改：修改AV内容。5. 构建：构建给定算法或数据结构的新可视化。6. 呈现：向观众呈现AV内容以供反馈和讨论。我们的子项目侧重于最高级别的参与。但是，我们提出了一种替代方法来加深学生的参与，而不是向观众展示算法动画：我们希望学生进行同行评审，以相互评估他们的动画。因此，我们用级别6 '替换了参与分类的级别66审查过程应该遵循众所周知的程序[11]：动画的开发和提交，同行学生对动画的审查（每个动画由其他N个学生审查，N= 2， 3， 4;因此每个学生必须评论N个动画），最后，每个学生不仅要学习她自己的动画的评论，还要学习她重新观看的这些动画的其他评论这个过程可以重复，从而迫使学生考虑评论并改进他们的动画。这个项目应该回答的基本问题是：与其他方法相比，这种方法在哪些方面真正增强了对计算机科学学科的知识和理解它能以有效的方式进行吗（即，就学习结果而言，排序是否合理）？是否有任何其他（积极或消极）的影响，这是不相关的纯知识转移？3.2项目计划因为这个项目几周前才开始，我们还没有任何结果。相反，我们描述了我们项目的前景，我们预见了三个阶段（第1阶段和第2阶段是相互独立的，可以同时完成1. 评估和选择或开发学生应使用的适当工具或系统，以开发他们的动画。我们计划在学生的第一年使用动画同行评审。在那里-R. Oechsle，T.Morth/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 178（2007）181185因此，要求那些仍在与他们的第一个编程语言斗争的学生不必为了构建他们的动画而学习很多;动画的构建应该尽可能地简单。作为第一步，我们尝试使用几种不同的动画工具来构建一个二叉搜索树动画。除了PowerPoint和Flash等通用动画工具外，我们还使用了Animal [9]，Jawaa [8]，MatrixPro [3]和ALVIS[2]等专业算法动画工具。这次试验的结果是，其中一个工具的范围非常有限（MatrixPro），所有其他工具都不足以满足我们的目的。因此，我们以几个用例的形式导出了动画工具的愿望清单。新动画的构建可以通过使用图形编辑器与屏幕记录工具相结合来近似。然而，后来对录制的动画进行修改将非常乏味。这就是为什么我们决定根据我们的愿望清单构建一个新的动画工具的原因。2. 开发或调整基于网络的同行审查制度。基于网络的同行审查系统不会从头开始。我们计划将动画的同行评审整合到我们自己的基于Web的系统中，我们目前正在开发同行评审和学生程序的半自动评估（风格检查，测试）。3. 实现了一个动画的同行评议实验该项目的这一部分对于实验，最重要的问题之一是：我们将学习结果与其他哪些学习方法进行比较（例如，构建有/没有同行评论的动画，构建有/没有演示的动画）？在过去，已经执行了几个实验来比较参与分类的不同水平[1]，例如观看与响应，观看与改变，以及观看与构建。由于时间和被试人数的限制，我们的实验显然可以将同行评议与其他单一的方法进行对比。我们决定将动画的构建和同行评审我们计划用两组人进行两个实验：在第一个实验中，一组人将进行动画构建和同行评审，而另一组人只进行动画构建。在第二个实验中，情况正好相反。另一个必须回答的问题是，动画是否应该只由那些为给定主题开发动画的学生进行审查？ 还是让以前没有学过动画的学生来复习动画更好？也因为资源有限，我们不能两者兼得。我们决定构建者和评审者是同一个人，因为这是同行评审过程的纯粹形式。这两所学校的学生将在哪些科目上进行动画制作，186R. Oechsle，T.Morth/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 178（2007）181实验，以及我们将如何衡量学习进度和其他可能的影响。4总结本文介绍了“视觉知识交流”项目，这是一个与德国莱茵兰-普法尔茨州四所大学的心理学和计算机科学合作伙伴的联合项目。该文件概述了整个项目。 然后，它更详细地讨论了作者的分项目，该项目涉及学生制作的动画的同行审查过程。阐述了该项目的基本思路、主要目标和项目计划5致谢我们要感谢德国莱茵兰-普法尔茨州美因茨研究部资助“视觉知识传播”项目。我们也感谢来自不同子项目的合作伙伴的想法和贡献。特别是，我们要感谢科布伦茨-朗道大学的Wolfgang Schnotz发起了“视觉知识传播”项目。最后，我们要感谢两位匿名评论者的评论。引用[1] 洪德豪森角，S.道格拉斯和J. T. Stasko，算法可视化有效性的元研究，视觉语言和计算杂志13（2002），pp.259-290。[2] 洪德豪森角和S.A. Douglas，227-240[3] Karavirta，V.，A. 科尔霍宁湖Malmi和K.Stalnacke，Matrixpro-一种用于数据结构和算法的在线演示的工具，在：第三次程序可视化研讨会论文集，英国华威大学，2004年，pp.26比33[4] 洛河K.，理解由复杂的动画图表示的信息，在：J。Rouet和A. Biardeau，编者，多媒体学习：认知和教学问题，Pergamon，2001年，pp。65-74.[5] 洛河K.，动画和学习：动态图形中信息的选择性处理，学习和教学13（2003），pp。第157-176页。[6] 洛河K. 和W.Schnotz，编辑，[7] 纳普斯，G. Roling，V.阿尔姆斯特鲁姆湾丹恩河弗莱舍角Hundhausen，A.科尔霍宁湖马尔米，M. McNally，S. Rodger和J. Velazquez-Iturbide，探索可视化和参与在计算机科学教育中的作用，ACMSIGCSE Bulletin35（2003），pp. 131-152.[8] Pierson，W.和S.H. Rodger，使用jawaa的基于Web的数据结构动画，在：第29届SIGCSE计算机科学教育技术研讨会，1998年，pp.267-271。[9] Roessling，G.和B. Freisleben，Animal：A system for supporting multiple roles in algorithm animation，Journal of Visual Languages and Computing13（2002），pp. 341-354.[10] Schnotz，W.和R. K. Lowe，External and Internal Representations in Multimedia Learning，Learningand Instruction13（2003），pp. 117-123[11] Sitthiworachart，J.和M. Joy，《学习计算机编程的有效同行评估》，载于：第九届计算机科学教育创新与技术年会（ITiCSE），2004年，第100页。122比126