ΕΠΙΜΟΡΥΩΗ ΕΚΠΑΙΔΕΤΣΙΚΩΝ ΠΕ19/20 Β ΕΠΙΠΕΔΟΤ 2013 Αγγελικό Νικολού, Άλκησ Γεωργόπουλοσ, Νύκοσ Κωνςταντύνου, Φωτεινό Τςιϊμη, Χρόςτοσ Μπύτςησ
Διδακτικό του αντικειμενοςτραφούσ προγραμματιςμού κλϊςη αντικεύμενο ιδιότητεσ πεδύα οντότητεσ μϋθοδοσ πολυμορφιςμόσ λειτουργύεσ ςτιγμιότυπο υπογραφό μεθόδου κατϊςταςη αντικειμϋνου κληρονομικότητα
Η διδαςκαλύα του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού, όπωσ προκύπτει από τη διεθνό βιβλιογραφύα, ςυνοδεύεται από ποικύλεσ δυςκολύεσ. παρανοόςεισ των ςπουδαςτών για τισ βαςικϋσ αντικειμενοςτρεφεύσ ϋννοιεσ απόρροια μιασ διδαςκαλύασ που επικεντρώνεται ςτην παρουςύαςη των βαςικών προγραμματιςτικών δομών (δομό ακολουθύασ, επιλογόσ και επανϊληψησ) και όχι ςτην ανϊδειξη των αρχών τησ ςυγκεκριμϋνησ τεχνικόσ προγραμματιςμού. μασ ενδιαφϋρει η αποτελεςματικό οργϊνωςη τησ διδαςκαλύασ του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού θα αςχοληθούμε με: βαςικϋσ ϋννοιεσ του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού και η ςημαςύα τουσ, καταγεγραμμϋνεσ δυςκολύεσ και παρανοόςεισ, γνωςτϊ διδακτικϊ προβλόματα, εκπαιδευτικϊ περιβϊλλοντα και μικρόκοςμουσ προγραμματιςμού.
Βαςικϋσ Έννοιεσ Ορολογύασ Αντικειμϋνων Κοιτϊζουμε ςτον πραγματικό κόςμο και βλϋπουμε αντικεύμενα Ανθρώπουσ ζώα φυτϊ αυτοκύνητα κτύρια υπολογιςτϋσ κεφτόμαςτε με όρουσ αντικειμϋνων Κινούμενα αντικεύμενα «ζωντανϊ» (μετακινούνται και κϊνουν πρϊγματα) Μη κινούμενα αντικεύμενα δεν μετακινούνται μόνα τουσ 4
Όλα τα αντικεύμενα ϋχουν: Φαρακτηριςτικϊ (attributes fields) Μϋγεθοσ χόμα Χρώμα Βϊροσ Ύψοσ Πυκνότητα Ηλικύα 5
Όλα τα αντικεύμενα παρουςιϊζουν: υμπεριφορϋσ (behaviors methods) Μια μπϊλα κυλϊ, αναπηδϊ, φουςκώνει, ξεφουςκώνει Ένα μωρό κλαύει, κοιμϊται, μπουςουλϊει, περπατϊ, ανοιγοκλεύνει τα μϊτια Ένα αυτοκύνητο επιταχύνει, φρενϊρει, ςτρϋφεται Μια πετςϋτα απορροφϊ νερό Οι δοκού φορτύζονται, παραμορφώνονται Σα κτύρια διεγεύρονται ςειςμικϊ, ταλαντώνονται Οι δεξαμενϋσ γεμύζουν ό αδειϊζουν 6
Διαφορετικϊ αντικεύμενα μπορεύ να ϋχουν: Παρόμοια χαρακτηριςτικϊ μπορεύ να εκφρϊζουν: Παρόμοιεσ ςυμπεριφορϋσ Π.χ. Μωρϊ Ενόλικεσ Άνθρωποι - Χιμπαντόδεσ 7
Ένα αντικειμενοστρευές πρόγραμμα δημιοσργεί ζηον σπολογιζηή ένα μοντέλο ενός ζσζηήμαηος ηοσ κόζμοσ. Ο εκπαιδευτικόσ πρϋπει να δώςει ϋμφαςη ςτη διαδικαςύα εντοπιςμού των οντοτότων (αντικειμϋνων) από τα οπούα εύναι δομημϋνο το μοντϋλο ςτου ςυςτόματοσ (που θα αναπαραςταθεύ με το πρόγραμμα που θα αναπτυχθεύ). Σα αντικεύμενα -ανϊλογα με τισ ιδιότητεσ που τα χαρακτηρύζουν και τισ λειτουργίεσ που μπορούν να εκτελούν- κατηγοριοποιούνται και περιγρϊφονται με ϋνα γενικό (αφηρημϋνο) τρόπο ςε μύα κλϊςη.
Παρϊδειγμα Ασ υποθϋςουμε ότι θϋλουμε να μοντελοποιόςουμε μια προςομούωςη τησ κυκλοφορύασ. Ένα εύδοσ οντότητας εύναι τα αυτοκύνητα. Σι εύναι το αυτοκύνητο ςτο προβλημϊ μασ: κλϊςη ό αντικεύμενο; Μερικϋσ ερωτόςεισ μπορεύ να μασ βοηθόςουν να πϊρουμε μια απόφαςη. Σι χρώμα ϋχει το αυτοκύνητο; Πόςο γρόγορα μπορεύ να πϊει; Πού εύναι τώρα;
Παρϊδειγμα Δεν μπορούμε να απαντόςουμε ςε αυτϊ τα ερωτόματα μϋχρι να μιλόςουμε για ϋνα ςυγκεκριμϋνο αυτοκύνητο. Ο λόγοσ εύναι ότι «το αυτοκύνητο» ςτο πλαύςιο του προβλόματοσ αναφϋρεται ςτην κλϊςη «αυτοκύνητο»- μιλϊμε για αυτοκύνητα ςε γενικϋσ γραμμϋσ, όχι για ϋνα ςυγκεκριμϋνο αυτοκύνητο. Αν αναφϋρω: «Σο παλιό μου αυτοκύνητο εύναι παρκαριςμϋνο ςτο γκαρϊζ του ςπιτιού μου», μπορούμε να απαντόςουμε ςτισ παραπϊνω ερωτόςεισ: Σο αυτοκύνητο εύναι κόκκινο, δεν πϊει πολύ γρόγορα και εύναι ςτο γκαρϊζ μου. Σώρα μιλϊω για ϋνα αντικεύμενο - (ϋνα ςυγκεκριμϋνο παρϊδειγμα ενόσ αυτοκινότου). υνόθωσ αναφερόμαςτε ςε ϋνα ςυγκεκριμϋνο αντικεύμενο, ωσ ςτιγμιότυπο.
Δραςτηριότητεσ για το περιβάλλον BlueJ Χρηςιμοποιώντασ ϋτοιμεσ κλϊςεισ, οι μαθητϋσ μϋςω διερεύνηςησ και πειραματιςμού εξοικειώνονται με τισ βαςικϋσ ϋννοιεσ: κλϊςη αντικεύμενο δημιουργύα αντικειμϋνου μϋθοδοι ιδιότητεσ κατϊςταςη αντικειμϋνου Οι κλϊςεισ που θα χρηςιμοποιηθούν πρϋπει να περιγρϊφουν με απλό τρόπο οντότητεσ γνωςτϋσ ςτουσ μαθητϋσ.
Παρανόηςη: Σαύτιςη κλϊςησ/αντικειμϋνου Ο μαθητόσ να κατανοόςει ότι: Μύα κλϊςη περιγρϊφει με αφηρημϋνο τρόπο ϋνα εύδοσ αντικειμϋνων. Αποτελεύ το «καλούπι» βϊςει του οπούου καταςκευϊζονται τα αντικεύμενα. Σα αντικεύμενα δημιουργούνται από κλϊςεισ και αντιπροςωπεύουν ανεξϊρτητα ςτιγμιότυπα τησ κλϊςησ Μπορούμε ςτο πλαύςιο επύλυςησ ενόσ προβλόματοσ να δημιουργόςουμε οποιοδόποτε αριθμό αντικειμϋνων (ςτιγμιοτύπων) από μύα κλϊςη Ο εκπαιδευτικόσ Πρϋπει να χρηςιμοποιόςει από τα πρώτα μαθόματα παραδεύγματα και αςκόςεισ, ςτισ οπούεσ χρηςιμοποιούνται περιςςότερα (από ϋνα) αντικεύμενα από κϊθε κλϊςη.
Δημιουργώντασ αντικειμϋνα Ξεκινόςτε το BlueJ και ανούξτε το παρϊδειγμα shapes. Κϊθε ϋγχρωμο τετρϊγωνο ςτο διϊγραμμα αντιπροςωπεύει μύα κλϊςη ςτο project. Έχουμε τισ κλϊςεισ: Circle, Square, Triangle, Canvas. Δεξύ κλικ ςτην κλϊςη Circle και επιλϋξτε new Circle( ) Σο ςύςτημα ςασ ζητϊ ϋνα όνομα (αναγνωριςτικό) για το ςτιγμιότυπο (name of the instance). Κλικ ΟΚ. Θα δεύτε ϋνα κόκκινο τετρϊγωνο ςτη βϊςη του παραθύρου με ετικϋτα circle1. Μόλισ δημιουργόςατε το πρώτο ςασ αντικείμενο, που εμφανύςτηκε ςτον πάγκο των αντικειμένων. ύμβαςη: Τα ονόματα των κλϊςεων ξεκινούν με κεφαλαύο γρϊμμα (π.χ. Circle). Τα ονόματα των αντικειμϋνων ξεκινούν μεμικρό γρϊμμα (π.χ. circle1) Άςκηςη 1.1 : Δημιουργόςτε ϋναν ακόμη κύκλο. Στη ςυνϋχεια δημιουργεύςτε ϋνα τετρϊγωνο.
Καλώντασ μεθόδουσ Δεξύ κλικ ςε ϋνα από τα αντικεύμενα circle. Θα δεύτε ϋνα μενού με τισ διαθϋςιμεσ λειτουργύεσ (μεθόδουσ) για αυτό το αντικεύμενο. Καλϋςτε τη μϋθοδο makevisible. Θα ςχεδιϊςει ϋναν κύκλο ςε ϋνα νϋο παρϊθυρο. Καλϋςτε τισ μεθόδουσ moveright και movedown, τόςεσ φορϋσ, ώςτε να μετακινόςετε τον κύκλο ςτο κϋντρο τησ ςκηνόσ. Πειραματιςτεύτε με τισ μεθόδουσ makeinvisible και makevisible. Άςκηςη 1.2 Τι ςυμβαύνει όταν καλεύται τη μϋθοδο movedown δύο ό τρεισ φορϋσ; Τι ςυμβαύνει όταν καλεύται τη μϋθοδο makeinvisible δύο φορϋσ;
Παρϊμετροι Καλϋςτε τη μϋθοδο movehorizontal. Θα δεύτε ϋνα πλαύςιο διαλόγου. Πληκτρολογόςτε 50 και ΟΚ. Ο κύκλοσ μετακινόθηκε 50 pixel δεξιϊ. Η μϋθοδοσ movehorizontal, απαιτεύ επιπλϋον πληροφορύεσ για να εκτελεςτεύ (distance->απόςταςη), κϊνοντασ την πιο ευϋλικτη από τισ μεθόδουσ movedown και moveright. Άςκηςη 1.3 Καλϋςτε τισ μεθόδουσ movevertical, slowmovevertical, changesize. Πωσ μπορεύτε με τη μϋθοδο movehorizontal να μετακινόςετε τον κύκλο 70 pixel αριςτερά;
Παρϊμετροι Οι επιπλϋον τιμϋσ που απαιτούνται από κϊποιεσ μεθόδουσ, ονομϊζονται παρϊμετροι. Μύα μϋθοδοσ προςδιορύζει τι εύδουσ παραμϋτρων απαιτεύ. π.χ. Όταν καλούμε τη μϋθοδο movehorizontal, εμφανύζεται η υπογραφό τησ void movehorizontal (int distance) Για κϊθε παρϊμετρο δηλώνεται ο τύποσ και το όνομα τησ. Άςκηςη 1.4 Καλϋςτε τη μϋθοδο changecolor ςε ϋνα από τα αντικεύμενα circle, και ειςϊγετε το String «red». Δοκιμϊςτε και ϊλλα χρώματα. Αςκηςη 1.5 Τι ςυμβαύνει όταν κϊποιο χρώμα δεν εύναι γνωςτό; Άςκηςη 1.6 Καλϋςτε τη μϋθοδο changecolor και ειςϊγετε το χρώμα χωρύσ ειςαγωγικϊ. Τι ςυμβαύνει;
Πολλαπλϊ ςτιγμιότυπα Άςκηςη 1.7 Δημιουργεύςτε διϊφορα αντικεύμενα κύκλων ςτον πϊγκο των αντικειμϋνων. (Δεξύ κλικ ςτην κλϊςη Circle και new Circle()). Κϊντε τα ορατϊ, μετακινόςτε τα. Κϊντε ϋναν κύκλο μεγϊλο και κύτρινο και ϊλλον μικρό και πρϊςινο. Δοκιμϊςτε και ϊλλα ςχόματα. Αλλϊξτε τη θϋςη τουσ, το μϋγεθόσ τουσ και το χρώμα τουσ. Από τη ςτιγμό που ϋχετε μύα κλϊςη μπορεύτε να δημιουργεύτε όςα αντικεύμενα (ςτιγιότυπα) θϋλετε από τη ςυγκεκριμϋνη κλϊςη. Κϊθε αντικεύμενο ϋχει τη δικό του θϋςη, χρώμα, μϋγεθοσ. Μπορεύτε να αλλϊξετε μύα ιδιότητα του αντικειμϋνου, καλώντασ την αντύςτοιχη μϋθοδο, η οπούα θα επηρεϊςει το ςυγκεκριμϋνο αντικεύμενο. Παρατηρόςτε την υπογραφό τησ μεθόδου changesize του τριγώνου void changesize(int newheight, int newwidth). Αυτό η μϋθοδοσ ϋχει δύο παραμϋτρουσ.
Κατϊςταςη Σο ςύνολο των ςυγκεκριμϋνων τιμών όλων των ιδιοτότων (attributes) που χαρακτηρύζουν ϋνα αντικεύμενο (π.χ. x-θϋςη, y-θϋςη, χρώμα, διϊμετροσ, ορατότητα) αναφϋρεται ωσ κατϊςταςη του αντικειμϋνου. Δεξύ κλικ ςε ϋνα αντικεύμενο κύκλου και επιλϋξτε Inspect. Άςκηςη 1.8 Έχοντασ πολλϊ και διαφορετικϊ αντικεύμενα ςτον πϊγκο αντικειμϋνων, δεύτε την κατϊςταςό τουσ. Προςπαθόςτε να αλλϊξετε την κατϊςταςη ενόσ αντικειμϋνου (καλώντασ την κατϊλληλα μϋθοδο) ϋχοντασ τον object inspector ανοιχτό.τι παρατηρεύτε;
Αντικεύμενα-Πεδύα Σα αντικεύμενα τησ ύδιασ κλϊςησ ϋχουν τα ύδια πεδύα (ιδιότητεσ), ενώ οι τιμϋσ των αντύςτοιχων πεδύων μπορεύ να εύναι διαφορετικϋσ. Αντικεύμενα διαφορετικών κλϊςεων μπορούν να ϋχουν διαφορετικϊ πεδύα π.χ. Ένασ κύκλοσ ϋχει το πεδύο «diameter», ενώ ϋνα τρύγωνο, ϋχει τα πεδύα «width», «height»
Αντικεύμενα-Πεδύα Αυτό ςυμβαύνει γιατύ Ο αριθμόσ, τα ονόματα των πεδύων και οι τύποι τουσ ορύζονται ςε μύα κλϊςη και όχι ςε ϋνα αντικεύμενο π.χ. Η κλϊςη Circle ορύζει ότι κϊθε αντικεύμενο circle, θα ϋχει πϋντε (5) πεδύα με ονόματα diameter, xposition, yposition, color, isvisible diameter, xposition, yposition ->int color ->String isvisible ->boolean
Αντικεύμενα-Πεδύα αντύςτοιχα Οι μϋθοδοι ορύζονται ςτην κλϊςη του αντικειμϋνου. επομϋνωσ όλα τα αντικεύμενα μύασ κλϊςησ ϋχουν τισ ύδιεσ μεθόδουσ. τα αντικεύμενα καλούν τισ μεθόδουσ.
Αντικεύμενα-Πεδύα
Άςκηςη 1.9 Χρηςιμοποιώντασ τα ςχόματα από το project «shapes», δημιουργεύςτε την εικόνα ενόσ ςπιτιού με ϋναν όλιο. Σημειώςτε τισ ενϋργειεσ που κϊνετε. Μπορεύ να γύνει με διαφορετικό τρόπο;
Αλληλεπύδραςη αντικειμϋνων Άςκηςη 1.10 Κλεύςτε το project shapes και ανοίξτε το project «picture». Δημιουργεύτε ϋνα ςτιγμιότυπο τησ κλάςησ Picture και καλϋςτε τη μέθοδο draw. Δοκιμϊςτε τισ μεθόδουσ setblackandwhite και setcolor. Άςκηςη 1.11 Πωσ νομύζετε ότι η κλάςη Picture, ςχεδιϊζει την εικόνα; Δημιουργόςαμε μύα επιπλϋον κλϊςη Picture, η οπούα όταν δημιουργούμε ϋνα ςτιγμιότυπο, αυτό το ςτιγμιότυπο δημιουργεύ δύο(2) αντικεύμενα square, ϋνα αντικεύμενο triangle, ϋνα αντικεύμενο κύκλοσ, τα μετακινεύ και αλλϊζει το χρώμα τουσ και το μϋγεθοσ τουσ. Επομϋνωσ αντικεύμενα μπορούν να δημιουργούν ϊλλα αντικεύμενα και να καλούν τισ μεθόδουσ τουσ.
Πηγαύοσ κώδικασ Άςκηςη 1.13 Στον πηγαύο κώδικα τησ κλϊςησ Picture (δεξύ κλικ Open Editor), βρεύτε το κομμϊτι που ςχεδιϊζει την εικόνα. Αλλϊξτε το ώςτε ο όλιοσ να εύναι μπλε και όχι κύτρινοσ. Άςκηςη 1.14 Προςθϋςτε ϋνα δεύτερο όλιο ςτην εικόνα. Προςϋξτε τον οριςμό πεδύων ςτην κορυφό τησ κλϊςησ. Θα βρεύτε τον παρακϊτω κώδικα private Square wall; private Square window; private Triangle roof; private Circle sun; Θα χρειαςτεύ να προςθϋςετε private Circle sun2; Γρϊψτε τον κατϊλληλο κώδικα για να δημιουργηθεύ ο δεύτεροσ όλιοσ
Εκπαιδευτικό προγραμματιςτικό περιβϊλλον BlueJ Σο BlueJ (http://www.bluej.org/) (Kölling et al., 2003) αποτελεύ ϋνα πολύ αξιόλογο εκπαιδευτικό προγραμματιςτικό περιβάλλον για την υιοθϋτηςη τησ object first προςϋγγιςησ ςτη διδαςκαλύα. ημαντικϊ χαρακτηριςτικϊ του εύναι: α) η ευχρηςτύα του ςε ςχϋςη με ϊλλα ολοκληρωμϋνα προγραμματιςτικϊ περιβϊλλοντα (Integrated development environment-ides), β) η δυνατότητα να αντιληφθεύσ ότι μια εφαρμογό εύναι ϋνα ςύνολο από ςυνεργαζόμενεσ κλϊςεισ, γ) η οπτικό υπόςταςη των κλϊςεισ και των αντικειμϋνων, δ) η αλληλεπύδραςη του εκπαιδευόμενου με τισ κλϊςεισ δημιουργώντασ αντικεύμενα (μπορεύ να δει τα αντικεύμενα, να ελϋγξει (inspect) τισ τιμϋσ των ιδιοχαρακτηριςτικών τουσ (attributes), να αλληλεπιδρϊςει με αυτϊ καλώντασ και εκτελώντασ μεθόδουσ και να παρατηρόςει και ελϋγξει τα αποτελϋςματα τησ εκτϋλεςόσ τουσ), ε) η ευκολύα ςτο πϋραςμα από το οπτικό περιβϊλλον ςτο περιβϊλλον κώδικα καθώσ και η εύκολη μεταγλώττιςη με επιςόμανςη των λαθών κατευθεύαν ςτο ςυντϊκτη του κώδικα.
Δυςκολύεσ και Παρανοόςεισ Οι ϋννοιεσ τησ κλϊςησ και του αντικειμϋνου Αρκετού ςπουδαςτϋσ ςυγχϋουν τισ ϋννοιεσ τησ κλϊςησ και του αντικειμϋνου και δεν μπορούν να τισ διαχωρύςουν Μια κλϊςη εύναι μια ςυλλογό αντικειμϋνων και όχι ϋνα πρότυπο δημιουργύασ αντικειμϋνων (παρανόηςη) Δυςκολύα κατανόηςησ τησ ςτατικόσ φύςησ μιασ κλϊςησ και τησ δυναμικόσ φύςησ ενόσ αντικειμϋνου Ο εντοπιςμόσ τησ ςυγκεκριμϋνησ παρανόηςησ από τον διδϊςκοντα μπορεύ να γύνει εύκολα απευθύνοντασ ςχετικϋσ ερωτόςεισ ανοικτού ό κλειςτού τύπου ςτουσ ςπουδαςτϋσ ό δύνοντασ τον προςδιοριςμό ενόσ απλού προβλόματοσ και ζητώντασ από τουσ ςπουδαςτϋσ να καθορύςουν τισ απαιτούμενεσ κλϊςεισ και αντικεύμενα. Για την αποφυγό τησ παρανόηςησ ότι οι ϋννοιεσ κλϊςη και αντικεύμενο εύναι ϋννοιεσ ταυτόςημεσ, πρϋπει να χρηςιμοποιούνται από τα πρώτα μαθόματα παραδεύγματα και αςκόςεισ, ςτισ οπούεσ δημιουργούνται περιςςότερα από ϋνα αντικεύμενα από κϊθε κλϊςη.
Δυςκολύεσ και Παρανοόςεισ Η ϋννοια των ιδιοτότων και τησ κατϊςταςησ ενόσ αντικειμϋνου Κϊθε αντικεύμενο αποτελεύ απλϊ ϋνα «περιτύλιγμα» μιασ μεταβλητόσ θα πρϋπει να αποφεύγεται η χρόςη παραδειγμϊτων ςτα οπούα χρηςιμοποιεύται ϋνα μόνο πεδύο ςε κϊθε κλϊςη Δυςκολύα κατανόηςησ τησ επύδραςησ που ϋχει η εκτϋλεςη μιασ μεθόδου ςτην κατϊςταςη ενόσ αντικειμϋνου οι ςπουδαςτϋσ πρϋπει μϋςα από ειδικϊ ςχεδιαςμϋνεσ δραςτηριότητεσ να κληθούν να προςδιορύςουν το αποτϋλεςμα τησ εκτϋλεςησ διαφόρων μεθόδων ςτην κατϊςταςη των αντικειμϋνων μιασ κλϊςησ Δύο αντικεύμενα τησ ύδιασ κλϊςησ δεν μπορούν να ϋχουν τισ ύδιεσ τιμϋσ πεδύων οι ςπουδαςτϋσ πρϋπει μϋςα από ειδικϊ ςχεδιαςμϋνεσ δραςτηριότητεσ να διαπιςτώςουν ςτην πρϊξη ότι μπορεύ τα αντικεύμενα μιασ κλϊςησ ςε διϊφορεσ φϊςεισ τησ εκτϋλεςησ ενόσ προγρϊμματοσ να ϋχουν την ύδια κατϊςταςη
Δυςκολύεσ και Παρανοόςεισ Η ϋννοια των λειτουργιών και τησ ςυμπεριφορϊσ ενόσ αντικειμϋνου οι ςπουδαςτϋσ ςυχνϊ επαναλαμβϊνουν πανομοιότυπα τμόματα κώδικα ςε ϋνα πρόγραμμα, αντύ να ορύζουν μια μϋθοδο για την υλοπούηςη τησ ςυγκεκριμϋνησ λειτουργύασ και να την καλούν ςτα απαραύτητα ςημεύα. θα μπορούςε να δοθεύ ςτουσ ςπουδαςτϋσ ο οριςμόσ μιασ κλϊςησ ςτην οπούα επαναλαμβϊνεται το ύδιο τμόμα κώδικα και να τεθούν ςχετικϋσ ερωτόςεισ, να ακολουθόςει ςυζότηςη, να εντοπιςτεύ το πρόβλημα και να βελτιωθεύ ο οριςμόσ τησ κλϊςησ με την αντικατϊςταςη των ύδιων τμημϊτων κώδικα από μια κλόςη ςε μια νϋα μϋθοδο που θα προςτεθεύ.
Παρϊδειγμα ε μύα αγορϊ κινούνται οι αγοραςτϋσ και υπϊρχουν οι πωλητϋσ με τα προώόντα τουσ. Οι αγοραςτϋσ ϋχουν ϋνα καλϊθι ςτο οπούο τοποθετούν τα προώόντα που αγορϊζουν και το πορτοφόλι από το οπούο πληρώνουν ότι αγορϊςουν. Αντύςτοιχα οι πωλητϋσ ϋχουν το «ταμεύο» τουσ με τα χρόματα που ειςπρϊττουν από τισ πωλόςεισ. Οι αγοραςτϋσ διαλϋγουν προώόντα, τα οπούα ζυγύζονται, υπολογύζεται η αξύα τουσ, πληρώνουν το ποςό ςτον πωλητό ο οπούοσ το ειςπρϊττει και το βϊζει ςτο «ταμεύο» του και τοποθετούν τα προώόντα που αγόραςαν ςτο καλϊθι τουσ. Σα προώόντα που υπϊρχουν ςτην αγορϊ εύναι δύο κατηγοριών: τα πρώτησ ποιότητασ, τα οπούα πωλούνται ςτην κανονικό τουσ τιμό, και τα δεύτερησ ποιότητασ, τα οπούα πωλούνται με ϋκπτωςη. Οντότητεσ Αγοραςτόσ (Customer) Προιόν (Product) Προιόν Πρώτησ Ποιότητασ (FirstClassProduct) Προιόν Δεύτερησ Ποιότητασ (SecondClassProduct) Καλϊθι (Basket) Πωλητόσ (Seller)
Μετϊβαςη από τον διαδικαςτικό ςτον αντικειμενοςτρεφό προγραμματιςμό η αντικειμενοςτρεφόσ προςϋγγιςη προγραμματιςμού πρϋπει να παρουςιϊζεται ςτα αρχικϊ ςτϊδια διδαςκαλύασ του προγραμματιςμού οι μαθητϋσ αντιμετωπύζουν περιςςότερεσ δυςκολύεσ όταν μεταβαύνουν από τον κατηγορηματικό (imperative) - διαδικαςτικό (procedural) προγραμματιςμό ςτον αντικειμενοςτρεφό (το αντύςτροφο δεν ιςχύει) δυςκολεύονται να αλλϊξουν τρόπο ςκϋψησ και να αρχύςουν να ςχεδιϊζουν αντικειμενοςτρεφεύσ λύςεισ ςε προβλόματα δεν αξιοποιούνται τα πλεονεκτόματα του αντικεύμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού (π.χ. παρουςιϊζουν την τϊςη να χρηςιμοποιούν τισ μεθόδουσ ωσ διαδικαςίεσ, αγνοώντασ το ρόλο τουσ ςτα πλαύςια του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού )
Μετϊβαςη από τον διαδικαςτικό ςτον αντικειμενοςτρεφό προγραμματιςμό Εύναι απαραύτητο να κατανοόςουν οι μαθητϋσ ότι: για την επύλυςη ενόσ προβλόματοσ με την τεχνικό του διαδικαςτικού προγραμματιςμό εντοπύζουμε τα υποπροβλόματα από τα οπούα αποτελεύται το πρόβλημα και αναπτύςςουμε ϋνα υποπρόγραμμα για κϊθε ϋνα από αυτϊ. για την επύλυςη ενόσ προβλόματοσ με την τεχνικό του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού εντοπύζουμε τισ οντότητεσ, τα διακριτϊ ςτοιχεύα ενόσ προβλόματοσ και για κϊθε ϋνα από αυτϊ ορύζουμε μύα κλϊςη. τα υποπρογρϊμματα και οι μϋθοδοι δεν εύναι ϋννοιεσ ταυτόςημεσ. Ένα αντικεύμενο μπορεύ να εκτελεύ μόνο τισ μεθόδουσ που ϋχουν οριςτεύ ςτην κλϊςη από την οπούα προϋρχεται.
Προγραμματιςτικού μικρόκοςμοι Οι προγραμματιςτικού μικρόκοςμοι (programming microworlds) αναπτύςςονται για καθαρϊ εκπαιδευτικούσ ςκοπούσ, βαςύζονται ςε μια φυςικό μεταφορϊ (metaphor) (χελώνα, ρομπότ, καγκουρό, τριςδιϊςτατα αντικεύμενα ςε εικονικούσ κόςμουσ) δηλαδό πρωταγωνιςτϋσ που ζουν μϋςα ςτο περιβϊλλον του μικρόκοςμου, εύναι εύχρηςτοι, ενςωματώνουν δυνατότητεσ οπτικοποίηςησ και κίνηςησ (animation), ςυνόθωσ χρηςιμοποιούν μια εκπαιδευτική γλώςςα προγραμματιςμού παρϋχουν τη δυνατότητα τησ δυναμικήσ προςομοίωςησ τησ εκτέλεςησ των προγραμμάτων, δηλαδό τησ βόμα προσ βόμα εκτϋλεςησ του και ςυγχρόνωσ απεικόνιςη του αποτελϋςματοσ τησ εκτϋλεςησ ςτην κατϊςταςη του μικρόκοςμου.
Σα πλεονεκτόματα των προγραμματιςτικών μικρόκοςμων Η βαςικό ιδϋα των μικρόκοςμων (microworlds) και των μικρογλωςςών (mini-languages) προγραμματιςμού εύναι η δημιουργύα μιασ μικρόσ και απλόσ γλώςςασ προγραμματιςμού για τη ςτόριξη των πρώτων βημϊτων τησ εκμϊθηςησ του προγραμματιςμού. την περύπτωςη του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού, ϋνασ μικρόκοςμοσ ενςωματώνει ϋνα ό περιςςότερα μοντϋλα (κλϊςεισ) πρωταγωνιςτών, τα οπούα χρηςιμοποιούνται για τη δημιουργύα του κατϊλληλου αριθμού πρωταγωνιςτών για ϋνα πρόβλημα. Ο μαθητόσ δημιουργεύ τον κατϊλληλο αριθμό πρωταγωνιςτών και ςτϋλνει ςε αυτούσ τα απαραύτητα μηνύματα για την επύλυςη ενόσ προβλόματοσ. Οι μϋθοδοι εύναι ιδιαύτερα απλοποιημϋνεσ, ενώ το αποτϋλεςμα τησ εκτϋλεςησ τουσ εύναι ορατό ςτην οθόνη.
Σα πλεονεκτόματα των προγραμματιςτικών μικρόκοςμων ο χρόςτησ βλϋπει τον πρωταγωνιςτό ό τουσ πρωταγωνιςτϋσ του μικρόκοςμου να ανταποκρύνονται ςε κϊθε μόνυμα εκτελώντασ την αντύςτοιχη μϋθοδο, μεταβϊλλοντασ κατ' αυτό τον τρόπο την κατϊςταςη τουσ και την κατϊςταςη του περιβϊλλοντοσ ςτο οπούο ζουν. το ςύνολο των διαθϋςιμων μηνυμϊτων/μεθόδων εύναι μικρό, ωςτόςο υπϊρχει η δυνατότητα επύλυςησ τόςο απλών όςο και αρκετϊ πολύπλοκων προβλημϊτων. οι περιςςότεροι μικρόκοςμοι περιλαμβϊνουν όλεσ τισ βαςικϋσ δομϋσ ελϋγχου ϋνα μηχανιςμό δημιουργύασ νϋων κλϊςεων, ό τουλϊχιςτον προςθόκησ νϋων μεθόδων ςτισ υπϊρχουςεσ κλϊςεισ.
υγκριτικό παρουςύαςη (1) Κλαςική Προςέγγιςη Μικρόκοςμοι προγραμματιςμού Η γλϊςςα προγραμματιςμοφ διακζτει μεγάλο ρεπερτόριο εντολϊν και είναι πολφπλοκθ. Επικζντρωςθ τθσ προςοχισ των μακθτϊν ςτθν εκμάκθςθ τθσ ςφνταξθσ τθσ γλϊςςασ Η διανοθτικι πολυπλοκότθτα που απαιτεί θ εκφορά ενόσ αλγορίκμου ςε μια γλϊςςα προγραμματιςμοφ γενικοφ ςκοποφ είναι μεγάλθ. Η γλϊςςα προγραμματιςμοφ αποτελείται από ζνα περιοριςμζνο ρεπερτόριο εντολϊν με απλι ςφνταξθ και ςθμαςιολογία. Επικζντρωςθ ςτισ ζννοιεσ του αντικειμενοςτρεφοφσ προγραμματιςμοφ και ςτθν απόκτθςθ δεξιοτιτων επίλυςθσ προβλθμάτων και αλγορικμικοφ τρόπου ςκζψθσ και όχι ςτισ ςυντακτικζσ ιδιαιτερότθτεσ. Η διανοθτικι πολυπλοκότθτα μειϊνεται δραματικά γιατί οι μικρόκοςμοι βαςίηονται ςε υπαρκτά μοντζλα που είναι ιδθ γνωςτά ςτο ςπουδαςτι. Υπάρχει δυνατότθτα προςαρμογισ του μικρόκοςμου ςτισ ανάγκεσ του κοινοφ ςτο οποίο απευκφνεται.
υγκριτικό παρουςύαςη (2) Κλαςική Προςέγγιςη Η επίλυςθ προβλθμάτων που παρουςιάηουν ενδιαφζρον απαιτεί τθν εκμάκθςθ ενόσ μεγάλου υποςυνόλου τθσ γλϊςςασ και τθν ανάπτυξθ αρκετά μεγάλων προγραμμάτων. Δεν υπάρχει επαρκισ ςτιριξθ του ςπουδαςτι ςτθν κατανόθςθ των βαςικϊν εννοιϊν/δομϊν ελζγχου. Μικρόκοςμοι προγραμματιςμού Τα προβλιματα που καλοφνται να λφςουν οι μακθτζσ παρουςιάηουν ιδιαίτερο ενδιαφζρον, μιασ και πρόκειται για προβλιματα τθσ κακθμερινισ ηωισ. Η εκτϋλεςη ενόσ προγρϊμματοσ εύναι ορατό, αποκαλύπτοντασ ϋτςι τη ςημαςύα των διδαςκόμενων δομών, καθώσ και τισ ϋννοιεσ που ςχετύζονται με τη δομό και την εκτϋλεςη των προγραμμϊτων
JKarelRobot
JKarelRobot Ο μικρόκοςμοσ JKarelRobot βαςύζεται ςτο ρομπότ Karel και παρϋχει τη δυνατότητα προγραμματιςμού του ομώνυμου ρομπότ χρηςιμοποιώντασ μια γλώςςα προγραμματιςμού που μοιϊζει με την Pascal, τη Java ό τη Lisp. καρτϋλα World: ο ςπουδαςτόσ μπορεύ να δημιουργόςει και να ανακαλϋςει καταςτϊςεισ του κόςμου και να καθορύςει την αρχικό κατϊςταςη του Karel που εύναι το μοναδικό ρομπότ που μπορεύ να χρηςιμοποιηθεύ, καρτϋλα Program: ο ςπουδαςτόσ αναπτύςςει, μεταγλωττύζει και διαχειρύζεται τα προγρϊμματα του, καρτϋλα Execute: ο ςπουδαςτόσ εκτελεύ τα προγρϊμματα του βόμα προσ βόμα εύτε προσ τα εμπρόσ εύτε προσ τα πύςω καρτϋλα Instant: ο ςπουδαςτόσ μπορεύ να γρϊψει μύα ό περιςςότερεσ εντολϋσ και να τισ εκτελϋςει όπωσ ςε ϋνα ερμηνευτό, καρτϋλα Flow: χρηςιμοποιεύται για την ανϊπτυξη διαγραμμϊτων ροόσ για υπϊρχοντα προγρϊμματα, καρτϋλα Help: παρϋχεται ϋνα πολύ ςύντομο tutorial.
JKarelRobot τα προγρϊμματα δεν χρηςιμοποιούνται εντολϋσ δημιουργύασ και αρχικοπούηςησ αντικειμϋνων, αφού το περιβϊλλον υποςτηρύζει τη χρόςη ενόσ μόνο αντικειμϋνου (ρομπότ) το οπούο αρχικοποιεύται ςτο πλαύςιο καθοριςμού τησ αρχικόσ κατϊςταςησ του κόςμου Μπορεύ να οδηγόςει τουσ ςπουδαςτϋσ ςτην παρανόηςη ότι κλϊςη και αντικεύμενο εύναι ϋννοιεσ ταυτόςημεσ. ςτο tutorial του JKarelRobot δεν γύνεται καμύα αναφορϊ ςτισ βαςικϋσ ϋννοιεσ του αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού: αντικεύμενο, μόνυμα, κλϊςη, κληρονομικότητα, πολυμορφιςμόσ.
Jeroo
Jeroo
Jeroo Ο μικρόκοςμοσ Jeroo βαςύζεται ςτο ρομπότ Karel, αλλϊ χρηςιμοποιεύ μια γλώςςα προγραμματιςμού που επιτρϋπει μια πιο εύκολη μετϊβαςη ςτη C++ και τη Java. To γραφικό ενδιϊμεςο αποτελεύται από ϋνα μόνο παρϊθυρο, ενώ το περιβϊλλον υποςτηρύζει την ανϊπτυξη αναδρομικών μεθόδων και τη βηματικό εκτϋλεςη των προγραμμϊτων. Περιοριςμού υπϊρχει μύα μόνο κλϊςη και δεν υπϊρχει δυνατότητα δημιουργύασ νϋων κλϊςεων, οι ςπουδαςτϋσ μπορούν να δημιουργόςουν μϋχρι τϋςςερα αντικεύμενα τησ υπϊρχουςασ κλϊςησ, δεν υποςτηρύζεται η ϋννοια τησ κληρονομικότητασ, οι ςπουδαςτϋσ μπορούν να επεκτεύνουν την κλϊςη Jeroo με void μεθόδουσ, αλλϊ δεν μπορούν να αναπτύξουν κατηγορόματα (predicates).
ObjectKarel
ObjectKarel Ο μικρόκοςμοσ objectkarel βαςύζεται ςτον Karel++ και υποςτηρύζει τη διδαςκαλύα και εκμϊθηςη όλων των βαςικών αντικειμενοςτρεφών εννοιών: αντικείμενο, μήνυμα, κλάςη, κληρονομικότητα, πολυμορφιςμόσ και υποςκέλιςη. Επιπλϋον, υποςτηρύζει τισ καθιερωμϋνεσ δομϋσ επιλογόσ και επανϊληψησ. Ενςωματώνει το απαραύτητο διδακτικό υλικό (ςύντομη και περιεκτικό θεωρύα, εγχειρύδιο χρόςησ) δραςτηριότητεσ για την εξοικεύωςη των μαθητών με τισ ϋννοιεσ, πριν την εφαρμογό τουσ ςτο πλαύςιο ανϊπτυξησ προγραμμϊτων ϋνα ςυντϊκτη δομόσ για την εύκολη ανϊπτυξη προγραμμϊτων και την αποφυγό επικϋντρωςησ ςτισ λεπτομϋρειεσ τησ γλώςςασ προγραμματιςμού τη δυνατότητα τησ επεξηγηματικήσ οπτικοποίηςησ, εμφϊνιςησ δηλαδό μηνυμϊτων ςε φυςικό γλώςςα για την τρϋχουςα κϊθε φορϊ εντολό κατϊ τη βηματικό εκτϋλεςη των προγραμμϊτων.
Επιπρόςθετεσ Δυνατότητεσ ObjectKarel Μια ςυγκεκριμϋνη αρχικό κατϊςταςη του κόςμου δημιουργεύται χρηςιμοποιώντασ τεχνικέσ άμεςησ διαχείριςησ (κϊνοντασ κλικ μεταξύ διαςταυρώςεων εμφανύζονται τμόματα τούχου και κϊνοντασ κλικ πϊνω ςε διαςταυρώςεισ beepers). Τπϊρχει δυνατότητα επϋμβαςησ ςτην τρϋχουςα κατϊςταςη του κόςμου ανϊ πϊςα ςτιγμό. Τπϊρχει η δυνατότητα καταγραφόσ των ενεργειών των μαθητών κατϊ την ανϊπτυξη και αποςφαλμϊτωςη των προγραμμϊτων. Κϊθε φορϊ που ο μαθητόσ μεταγλωττύζει ϋνα πρόγραμμα το ςύςτημα αποθηκεύει αυτόματα τόςο τον πηγαύο κώδικα όςο και τα αποτελϋςματα τησ μεταγλώττιςησ, το οπούο επιτρϋπει: την καταγραφό των δυςκολιών και των παρανοόςεων των μαθητών τη διερεύνηςη των ςτρατηγικών επύλυςησ προβλημϊτων των μαθητών ςτο διδϊςκοντα να προςαρμόςει το μϊθημα ςτισ ανϊγκεσ των μαθητών
Πηγϋσ Διδακτικό αντικειμενοςτρεφούσ προγραμματιςμού, Επιμορφωτικό υλικό για την επιμόρφωςη των εκπαιδευτικών, Θεωρύα Διδακτικόσ τησ Πληροφορικόσ. Γεωργαντϊκη,. Ρετϊλησ, Ι. Ψαρομόλιγκοσ, X. Κυτϊγιασ. υγκρύνοντασ και Αξιολογώντασ τα Εκπαιδευτικϊ Εργαλεύα και Προγραμματιςτικϊ Περιβϊλλοντα για τον Αντικειμενοςτρεφό Προγραμματιςμό (2008), Πρακτικϊ 4ου Πανελλόνιου Συνεδρύου Διδακτικό τησ Πληροφορικόσ, Πϊτρα 2008 ατρατζϋμη, Μ., Ξυνόγαλοσ,. & Δαγδιλϋλησ, Β., Εκπαιδευτικϊ Προγραμματιςτικϊ Περιβϊλλοντα για τη Διδαςκαλύα του Αντικειμενοςτραφούσ Προγραμματιςμού: μια επιςκόπηςη, Πρακτικϊ 5ου Πανελλόνιου Συνεδρύου με Διεθνό Συμμετοχό «Οι Τεχνολογύεσ τησ Πληροφορύασ και τησ Επικοινωνύασ ςτην Εκπαύδευςη», Θεςςαλονύκη, 5-8 Οκτωβρύου 2006 David J. Barnes & Michael Kölling, Objects First with Java. A Practical Introduction using BlueJ (chapter 01)