Illustration of Java execution errors for beginner programmers

Abstract

Programming is a subject that is learned by students all around the world. Many students encounter programming for the first time in introductory classes and face many new concepts they have never seen before. One of the main difficulties they encounter concerns understanding execution errors. Introductory classes do not address execution errors in a clear way that makes it easier for students to comprehend what they mean and how to avoid them. The Java stack trace is not easy to decipher without previous knowledge and experience on what each type of exception means and not specific enough for a beginner to pinpoint where the problem occurs. Several pedagogical programming tools exist that provide better explanations than the stack trace alone, taking leverage of variable roles and illustrations but neglecting exceptions in the process. The approach of this thesis was to develop a pedagogical tool that focused in providing explanations of execution errors. Using text and illustrations, the tool helps students by giving them better explanations of exceptions and facilitating the process of discovering what part of the code triggered the execution error. Roles of variables are also implemented, helping students by dividing variables into different use cases to better explain how they fit into the code. To determine whether the tool is effective, a study was carried out involving students in which they carried out some exercises to determine whether the tool is effective in assisting with execution errors.

A programação é um assunto aprendido por estudantes de todo o mundo. Muito estudantes encontram programação pela primeira vez em aulas introdutórias e enfrentam muitos conceitos novos que nunca tinham visto antes. Uma das principais dificuldades que encontram são os erros de execução. As aulas introdutórias de programação com a linguagem Java não abordam os erros de execução de uma forma clara e fácil para os estudantes compreenderem o que são e como os evitar. A stack trace do Java não é fácil de decifrar sem conhecimento e experiência prévios sobre os vários tipos de exceções e não é fácil de descobrir onde os erros se localizam. Existem diversas ferramentas de programação pedagógicas que fornecem melhores explicações que a stack trace do Java, aproveitando os papéis das variáveis e utilizando ilustrações, mas ignorando exceções no processo. A abordagem para esta dissertação foi desenvolver uma ferramenta de programação pedagógica que se focasse em erros de execução. Utilizando texto e ilustrações, a ferramenta ajuda os estudantes dando-lhes melhores explicações sobre as exceções e facilitando o processo de descobrir que parte do código desencadeou o erro de execução. Os papéis das variáveis foram também implementados na ferramenta, para ajudar os estudantes ao dividir variáveis em diferentes casos de utilização de forma a explicar melhor como encaixam no código. Para determinar se a ferramenta é eficaz foi realizado um estudo que envolveu vários estudantes, no qual estes realizaram alguns exercícios para determinar se a ferramenta é eficaz na assistência a erros de execução.