使用 Elm 向 K-8 学生引入代数思维

近年来，人们越来越有兴趣为 K-8 学生开发计算机科学课程。然而，在许多地区创建和部署计算机科学课程存在重大障碍，包括教师时间和其他 21 世纪技能的优先级问题。在 McMaster University，我们开发了通用的计算机素养活动和特定的编程活动。这些活动的整合很容易，因为它们各自支持现有的课程目标。在本文中，我们重点关注函数式语言 Elm 和图形库 GraphicSVG 的编程。Elm 属于 ML (Meta Language) 家族，具有简洁的语法且易于包含领域特定语言 (Domain Specific Languages)。这使得儿童可以开始尝试将 GraphicSVG 作为描述形状的语言，并随着复杂度的提升掌握 Elm 核心语言。教师看到儿童在第一小时内就建立了计算机图形与数学之间的联系。图形是以声明式定义的，并支持聚合与变换，即代数。最初不需要变量，但将其作为一种节省时间的功能引入后，立即被接受。由于变量是声明式的，它们符合学生的期望。高阶学生还通过编写响应用户点击或敲击的程序接触到状态 (State)。实现此功能所需的语法紧密遵循理论概念，使其易于掌握。对于这些概念中的每一个，我们解释了它们如何融入我们向学生所做的展示中，例如 2016 年教授的 5200 名儿童。最后，我们描述了正在进行的 iPad 触控式 Elm 编辑器的工作，其特点包括：(1) 类型高亮（相对于语法高亮），(2) 在变换过程中保持正确的语法和类型，(3) 上下文信息（例如显示 GraphicSVG 函数的参数名），以及 (4) 即时反馈（例如在每次程序更改后重新启动动画）。