Webベースプログラミング学習支援環境 Wappen と WappenLite について

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みひなつくとの
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1 香川研究室の紹介香川考司

2 香川研の研究テーマ 1. プログラミング言語の型システムの研究 ( 理論 ) 2. プログラミング学習支援システムの研究 ( 実践 ) 2

3 プログラミング言語の型システムの研究究極のプログラミング言語を求めて 3

4 プログラミング言語の歴史ただし, 誕生 ( 公開 ) と流行には大きなズレがある場合が多い 1949 (EDSAC) 1967 Simula 1980 Smalltalk 2003 Scala 1954 FORTRAN 1970 Pascal 1983 C LISP 1958 ALGOL 1959 COBOL 1972 C 1972 Prolog 1974 ML 1975 Scheme 1987 Perl 1990 Python 1990 Haskell 1995 Java 1995 Ruby 今後も新しいプログラミング言語が誕生するのは間違いない!

5 様々なプログラミング言語 Fortran, C, C++, Java, C#, Haskell, Scala, O Caml, CommonLisp, Scheme, Prolog, Perl, Ruby, Python, Smalltalk, JavaScript, VB, PHP, Closure, Go, パラダイムによる分類命令型オブジェクト指向関数型論理型型付けによる分類静的型検査動的型検査他実行方式による分類コンパイラー方式インタプリター方式現状では万能の言語はない

6 型あり vs. 型なし * * ほんとうは型なしという言い方は語弊がある柔軟コンパイル時型検査なし理想 Lisp, JavaScript, PHP, Ruby, Perl, Python, epicurean? 快楽主義互いに影響 stoic? 禁欲主義窮屈危険 C, C++, Java, ML, Haskell, コンパイル時型検査あり安全

7 関数型 (FPL) vs. OOPL GUI など理想用途に特化したデータ型クラス(データ型)の増加OOPL ( が得意 ) C++, Java, 複数のデータ型を扱う処理を定義することが得意という点は同じ文字列記号処理など汎用のデータ型関数 ( メソッド ) の増加 FPL ( が得意 ) ML, Haskell, 7

8 純関数型 vs 命令型 (OOP を含む ) 有用任意の副作用あり理想命令型言語プラン A ( 着実 ) プラン B ( 過激 ) 役立たず危険純関数型副作用なし安全 Simon Peyton Jones: Caging the effects monster: the next big challenge より引用和訳 8

9 関数型プログラミング言語 Haskell, O Caml, F#, Scala, など本質的に単純な構造高度な型システム型推論など OOPL とは異なる方向の拡張性副作用撤廃または強く制限メジャーな言語とはまったく違う方向から理想に近づく! 9

10 プログラミング学習支援システムの研究魔法使いの弟子を育成 10

11 ここからの話プログラミングの学習の問題点香川研究室での研究テーマの例 WappenLite について WappenLite の構成まとめその他

12 The camel has two humps by Saeed Dehnadi & Richard Bornat 2006 プログラミングの学習者の成績は良い / 悪いに二分され中間がない ( 論文自体はプログラミングの素質のテスト法の提案 )

13 プログラミングの学習の問題学習者側の問題時間の割に多種の言語を学ぶ必要がある処理系のインストール使用法や詳細な文法規則に煩わされる統合開発環境は初心者向けに設計されたものではなく時折不可解な状態になる 13

14 プログラミングの学習の問題教育者側の問題ドキュメントを用意してもコンパイラなどと連動しないため学生が利用しづらい学習を支援するためのカスタムツールを用意しても今度はその使用法が煩雑になる他の教師が用意した教材はカスタマイズしないと利用しにくい

15 なぜ複数のプログラミング言語を学ぶのか汎用領域特化を含め多くのプログラミング言語がある C, C++, Java, C#, Haskell, O Caml, F#, CommonLisp, Scheme, Prolog, Perl, Ruby, Python, Smalltalk, JavaScript, VB, PHP, Yacc (Bison), Lex (Flex), assembler, 井の中の蛙大海を知らずにならないよう別の世界の存在を知る将来の新しい言語に備える

16 大目標特定のプログラミング言語慣用の計算機システムルーティン化したプログラム作成の手順などに規定される閉じた世界から解き放ち次元の異なった抽象的な視点からプログラミング言語やプログラムを眺める機会を与える中島玲二著数理情報学入門

17 マイナーな言語の場合の問題その言語専用の開発環境など期待できないあったとしてもそれはそれで大変かもエディタの syntax highlight ( 色分け ) 機能なども期待できないスペルミスなどつまらないミスで苦労する手軽なグラフィックスライブラリがないかあっても情報が少ないつまらない教師にとっては魅力的な例題課題を作ることが難しい

18 Wappen とは? Web-based applications for programming paradigms enlightenment プログラミング学習用 Web アプリケーションのための EclipseRCP ベースのフレームワーク学習者は Web ページ上のリンクのクリックだけで学習用のプログラミング環境を起動可能教師は Wappen のプラグインとして複数の言語処理系や学習者の理解を支援するツールを提供プログラミング学習の取っ掛かりを良くする 18

19 Wappen の欠点サイズが大きく ( キャッシュはされるが ) 学外で利用するには重い Eclipse のツールキット SWT が pure Java でなく配備に手間がかかる Eclipse プラグインのプログラミング自体が情報が少なく難しい

20 より軽量の Web アプリフレームワーク通常の Web アプリとして作成する UI は HTML などを使って記述する非 UI 部は Java Servlet として作成する対象プログラミング言語に依存する部分は一つのクラスにまとめられる

21 WappenLite の構成 Front-end Client host Back-end Server host config invoke Jetty (Web app. container) Browser invoke Starter applet download

22 Front-end (UI) editor.js console.js より詳細な構成 Client host Server Back-end (non-ui) host Servlet classes Context class (language-independent)(language-dependent) AuthFilter Login Load Save Run Write Read View Timeout Listener start() load() save() run() write() read() stop()

23 WappenLite スクリーンショット

24 Ajax による Front-end エディタ部には CodeMirror などの既存の Ajax ベースエディタを使用コンソール部はプログラム出力の読込みに WebSocket を使用コンソール部は普通の HTML なのでプログラム出力中に HTML タグなどを使うことができるより魅力的な例題課題の可能性

25 画像の使用例 (WappenLite for Scala) Conal Elliot: Functional Images (in The Fun of Programming) の作品を使用

26 WappenLite のまとめ簡単な配備格段に速い起動それでもアプレットが遅いけどかゆいところに手が届く UI よりきめ細かいカスタマイズの可能性拡張のための情報が豊富 (HTML, Ajax)

27 今後の研究テーマ例 Scratch や Alice のような Lego ブロック風エディタ C, Java, Bison/Flex などに対する高機能な Web ベースエディター (emscripten などを使用 ) プログラム可視化システムデバッグ支援システムの構築 (WebSocket, WebGL などを使用 )

28 研究紹介

29 研究紹介

30 研究紹介

31 その他の研究テーマ例スマホタブレット向けのフロントエンドとコンテンツ Web 上で C, Haskell などのプログラムを安全に実行できる環境の構築課題提出用サーバーシステムの改良 ( 自動採点リアルタイムメッセージ教師用可視化システムなど )

32 研究紹介

33 卒研ゼミについて

34 ゼミのやり方深夜にやったりはしません 3 年生主に輪講 Haskell, アルゴリズム ( 英語の本 ), etc 4 年生以上進捗報告論文紹介

35 最後にこういう人を求めていますプログラミングが得意に興味がある新しい技術に挑戦するのが好き英語が得意に拒否反応がない

Microsoft PowerPoint L02-Introduction-students ( )

Microsoft PowerPoint L02-Introduction-students ( ) プログラミング言語論 A (Concepts on Programming Languages) 趙建軍 ( チョウ ) (Jianjun Zhao) http://stap.ait.kyushu-u.ac.jp/~zhao/course/2018/concepts of Programming Languages.html 1 第 2 回講義の紹介 (Introduction) 2017.04.19