プログラミングの勉強法:実行前に結果を予想する

多くの初心者が何週間もチュートリアルに沿って進め、うなずきながら見ているのに、空のエディタの前で手が止まります。これはチュートリアル地獄と呼ばれることもあり、原因は単純です。ついていくだけの学習は、コードを見て「わかる」ことを求めます。プログラムを書くには、自分で「生み出す」ことが必要です。試験や制作で通用するプログラミングの勉強法にしたいなら、練習も生み出す形でなければなりません。

このガイドは、プログラミングの授業の1、2年目の学生と、独学の初心者向けです。例はPythonですが、どの手法もほかの言語で使えます。予想してから実行する流れ、トレースの方法、概念用のカードの形式、1週間の計画を紹介します。

チュートリアルにも役割はあります。新しい考え方に出会うために使いましょう。そのあと動画を閉じて、見たものを白紙のファイルから作り直します。作り直せなかった部分が、勉強すべきところです。

基本の習慣は4つのステップのループです。1つのコードにかかる時間は数秒で、授業のどの例も練習に変わります。

今すぐ試してみましょう。Pythonで a = [1, 2, 3] とし、b = a を実行し、b.append(4) を呼んでから print(a) します。先を読む前に出力を予想してください。多くの初心者は [1, 2, 3] と答えます。実際の出力は [1, 2, 3, 4] です。b = a はリストをコピーせず、二つの名前が同じリストを指しているからです。この一つの驚きが、変数の仕組みについて何ページもの説明より多くを教えてくれます。公式のPythonチュートリアルには、同じ使い方ができる短いコードがたくさん載っています。

最後の行には、試験によく出る細かい点が隠れています。Pythonではループが終わっても、ループ変数は最後の値を保持しています。すべての行を書いてはじめて気づく点です。毎週、ループ、条件分岐、関数呼び出しをいくつかトレースしましょう。再帰のように頭に描きにくい内容では特に有効です。

記憶の研究もこれを裏づけています。ある実験では、最初に正解したあとも思い出し続けた学生は1週間後に約80%を覚えていましたが、一度成功してやめた学生は約35%でした。Karpickeらの報告にあります。コードで同じことをするなら、二分探索やクラス定義を、月曜、木曜、そして翌週に白紙から書き直します。詳しい方法はアクティブリコールと間隔反復を見てください。

プログラマーはこれをラバーダック・デバッグと呼び、学習研究ではより一般に自己説明と呼びます。考え方は同じで、推論を言葉にすると、黙って読むだけでは飛ばしてしまう隙間を埋めざるを得なくなります。解答例を勉強するときは、ブロックごとに止まり、それが何をするのか、そして著者が別の方法でなくこれを選んだ理由を言ってみましょう。

これは、授業の例、ライブラリのドキュメント、友人の作品など、出会うどんなコードにも使えるので、プログラミングの概念を深く身につける最も手軽な方法の一つです。予想のループと組み合わせれば、課題でバグになるずっと前に、ほとんどの勘違いを見つけられます。

中学1年生787人を対象にした数学の研究では、問題の種類を混ぜて練習した生徒は抜き打ちテストで61%、一種類ずつ練習した生徒は38%でした。教育科学研究所(IES)が資金を出したランダム化試験の結果です。プログラミングにも、方法を選ぶという同じ難しさがあります。小さな練習問題集を作ってトピックごとにタグをつけ、毎回複数のトピックから出題しましょう。やり方はインターリーブ学習の記事で解説しています。

1. 1日目:講義の例をすべて予想して実行する。
2. 2日目:関数呼び出しを含む1つを含め、2つのコードを手でトレースする。
3. 3日目:例を見ずに、その概念を使った小さなプログラムを書く。
4. 5日目:今週と以前の範囲の混合問題。
5. 7日目:先週のプログラムを記憶から書き直し、見比べる。

あわせて、バグ日誌をつけましょう。バグごとに症状、原因、勘違いしていた概念を書きます。数週間たつと自分の弱点の一覧になり、数学や理科で使われる間違いノートの方法とよく似ています。ほかの科目のガイドは、理科の勉強法から読み始めてください。