使用 Perpend 进行支架式演示编程

文献标题

Programming By Scaffolded Demonstration with Perpend

出版信息

• 主题领域: 面向输出的编程，用于探索性和创意编程。
• 关键词: Scaffolded Demonstration 编程, Perpend, 创意编程, p5.js, 面向输出的编程, 探索性编程, 编程语言作为材料, 用户界面, 程序修改, 可视化编程。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的面向输出的编程范式（如直接操作、示例编程）假设用户已经明确目标输出，这限制了其在探索性或创意情境中的适用性，而这些情境中用户通过编程来发现输出。
• 重要性: 支持探索性编程对于创意编程和数据科学等领域至关重要，因为在这些领域中，编程过程与发现目标输出密切相关。
• 动机与相关工作: 现有的面向输出的编程研究集中于将程序与用户提供的输出对齐。然而，这种方法无法解决用户缺乏预定义输出的情况。本文借鉴了 Tim Ingold 的“编程作为材料”的概念，提出了一种新的交互范式。

解决方案

• 提出的方法: Scaffolded Demonstration 编程（PBSD），一种通过展示一系列小的、有效的程序修改及其对应输出来支持用户探索的编程范式。
• 创新点:
  1. 提出了 PBSD 作为一种新的面向输出的编程方法，不需要用户提供目标输出。
  2. 开发了 Perpend，一个基于 p5.js 的编程环境，通过展示代码编辑与输出预览的画廊实现 PBSD。
  3. 对 Perpend 与直接操作编辑器进行了定性分析，突出 PBSD 如何支持编程作为一种手工和探索性实践。
• 过程与关键技术:
  1. 用户通过点击程序文本中的位置与 Perpend 交互。
  2. Perpend 生成并展示一组小的程序修改（补丁）及其可视化输出。
  3. 用户选择修改并应用，从而迭代更新程序和输出。
  4. 系统确保修改在语法上较小且在视觉上有意义，利用了编程语言的结构。

结果

• 具体发现:
  • Perpend 帮助用户探索新的编程可能性，扩展其创意词汇，并保持程序的连续性。
  • 用户利用 Perpend 发现了意想不到的方向，将探索限制在特定的程序区域，并在遇到瓶颈时重新获得创意动力。
  • 参与者通过 Perpend 的修改学习了新的编程结构，并将其融入到实践中。
• 相对于基线的优势:
  • 与直接操作系统不同，Perpend 通过可视化可能的程序修改空间支持探索性编程，而无需预定义输出。
  • Perpend 使用户能够在视觉到程序和程序到视觉的风格之间灵活切换，促进了对程序文本和输出的更深入参与。
• 实验/评估:
  • 九位有经验的 p5.js 艺术家参与了一项用户研究，分别使用 Perpend 和直接操作编辑器约 45 分钟，并进行了约 30 分钟的访谈。
  • 参与者探索了自定的创意任务，其交互通过反思性主题分析进行了分析。
• 局限性与未来工作:
  • 研究时间有限且为单次会话设计，限制了对工具长期使用的观察。
  • 未来工作可以探索 PBSD 在其他领域（如数据科学、网页设计）的应用，以及对初学者的支持。
  • 增强功能如用户定义的重写规则和定制化输出可视化可能进一步改进 PBSD 系统。

总结

本文提出了 Scaffolded Demonstration 编程（PBSD）及其在 p5.js 编程环境 Perpend 中的实现。PBSD 通过展示小的、有效的程序修改及其输出，支持探索性编程，使用户能够将编程语言作为一种材料来探索其可能性。一项包含九位艺术家的用户研究表明，Perpend 促进了创意探索，帮助用户扩展编程词汇，并支持从视觉到程序和从程序到视觉的工作流程。尽管设计初衷是用于创意编程，PBSD 在其他探索性编程领域也具有潜在应用。未来工作可以进一步优化 PBSD 系统，以适应更广泛的使用场景和长期使用需求。