قائمة لغات البرمجة التعليمية

في البداية، كانت لغة الآلة هي الطريقة الوحيدة لبرمجة الحواسيب . ثم قدمت لغة التجميع (ASM) رموزًا مختصرة لتحل محل التعليمات منخفضة المستوى، مما جعلها واحدة من أقدم لغات البرمجة التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم. توجد العديد من اللهجات والتطبيقات، كل منها مصمم خصيصًا لبنية معالج حاسوب معين . لغات التجميع منخفضة المستوى وأكثر صعوبة في الاستخدام، لأنها غير مُصنفة وغير قابلة للتغيير. ولأغراض تعليمية، تم تطوير لهجات مبسطة من لغات التجميع لتسهيل البرمجة على المبتدئين.

صُممت لغات التجميع خصيصًا لبنى معالجات محددة، ويجب كتابتها مع مراعاة مكوناتها المادية. على عكس لغات البرمجة عالية المستوى ، تتطلب لغات التجميع التعليمية تمثيلًا للمعالج، سواءً كان افتراضيًا أو ماديًا. تُستخدم هذه اللغات غالبًا في البيئات التعليمية لشرح العمليات الأساسية لمعالج الحاسوب.

• حاسوب الرجل الصغير (LMC) (1965) هو نموذج تعليمي لحاسوب بسيط ذي بنية فون نيومان . يتضمن هذا النموذج الميزات الأساسية للحواسيب الحديثة، ويمكن برمجته باستخدام لغة الآلة (عادةً بالنظام العشري) أو لغة التجميع. يحاكي النموذج بيئة الحاسوب باستخدام استعارة بصرية لشخص (الرجل الصغير) في غرفة بها 100 صندوق بريد ( الذاكرة )، وآلة حاسبة ( المراكم )، وعداد للبرنامج. يُستخدم حاسوب الرجل الصغير لمساعدة الطلاب على فهم وظائف المعالج الأساسية وإدارة الذاكرة .
• يُشبه نظام CARDIAC (1968) نظام LMC إلى حد كبير، ولكنه يُقدم بعض التحسينات مثل دعم الأعداد السالبة، ومُجمِّع رباعي الأرقام، وتخزين عنوان العودة للبرامج الفرعية في الموقع 99، وتعليمات إزاحة المُجمِّع. وقد وزّعته مختبرات بيل على طلاب المدارس الثانوية كمجموعة أدوات من الورق المقوى. تتم عمليات الإدخال والإخراج عبر مجموعات بطاقات مثقبة افتراضية (مُمثلة بشرائط ورقية)، وهي الطريقة التي تُحمّل بها البرامج في CARDIAC مبدئيًا، على عكس LMC.
• يُعدّ كلٌّ من MIX (1968) و MMIX (1999) نموذجين حاسوبيين ورد ذكرهما في كتاب دونالد كنوث (فن برمجة الحاسوب ). صُمّم حاسوب MIX لأغراض تعليمية، لتوضيح كيفية عمل لغة الآلة الأساسية. ورغم بساطته، فإنه قادر على التعامل مع المهام المعقدة التي تُعدّ سمةً مميزةً للحواسيب عالية الأداء. يتيح MIX البرمجة بالنظامين الثنائي والعشري، مع توفر برامج محاكاة لكلا النموذجين. أما MMIX، الذي حلّ محلّ MIX، فهو عبارة عن بنية مجموعة تعليمات RISC ذات 64 بت، تمّ تحديثها لتدريس بنية الحاسوب المعاصرة.
• نُشر حاسوب Instructo الورقي (1979) من قِبل دار نشر McGraw Hill Education، وكان الهدف منه تعليم مفاهيم الحاسوب لطلاب المرحلة المتوسطة. بالمقارنة مع حاسوبي LMC وCARDIAC، يتميز هذا الحاسوب الورقي بطابعٍ أكثر مرحًا، إذ يحتوي على "أزرار" بدء/إيقاف/إعادة ضبط ومفاتيح توصيل. مع ذلك، فإن مجموعة تعليماته متقدمة للغاية، إذ تتضمن تعليمات لطباعة السلاسل النصية، والضرب والقسمة، وطباعة الكسور، وحتى حساب الجذور والقوى. ^{[ 1 ]} وكما هو الحال في حاسوب CARDIAC، يستخدم Instructo تصميمًا مُفصّلًا يتضمن شرائط ورقية متعددة مُدرجة في أماكن مختلفة على الصفحة. وكان يُستخدم عادةً ملف مانيلا مفتوح عندما يُطلب من الطلاب بناء الحاسوب الورقي بأنفسهم من الصفر. ^{[ 2 ]}
• حاسوب WDR الورقي (1983) هو حاسوب ورقي بسيط للغاية، يحتوي على خمس تعليمات فقط لوحدة المعالجة المركزية، وقد عُرض لأول مرة في برنامج تلفزيوني ألماني لتعليم الحاسوب. لا يتطلب تشغيله سوى قلم (لعداد البرنامج) وأعواد ثقاب أو عملات معدنية (لمحتويات السجل). ونظرًا لمجموعة التعليمات المحدودة للغاية، فإن البرامج عادةً ما تكون أطول بكثير من تلك الموجودة في حواسيب أخرى مثل LMC أو CARDIAC.
• DLX (1994) هي بنية معالج حاسوبي ذات مجموعة تعليمات مختصرة ( RISC )، ابتكرها مطورون رئيسيون لتصاميم MIPS وBerkeley RISC . تُعد DLX نسخة مبسطة من MIPS ، وتوفر بنية تحميل/تخزين 32 بت، شائعة الاستخدام في مقررات هندسة الحاسوب الجامعية.
• لغة Next Byte Codes (NBC)، (2007) هي لغة تجميع بسيطة تُستخدم لبرمجة وحدات Lego Mindstorms NXT القابلة للبرمجة. يُنتج مُترجم NBC رمزًا آليًا متوافقًا مع NXT، وهو مدعوم على أنظمة Windows و macOS و Linux.
• لغة التجميع "ليتل كمبيوتر 3" (LC-3)، (2019)، هي لغة تجميع ذات مجموعة تعليمات مبسطة، مما يُمكّن من كتابة برامج تجميع متوسطة التعقيد. تتضمن العديد من الميزات الموجودة في لغات أكثر تقدماً، مما يجعلها مفيدة لتدريس أساسيات البرمجة وهندسة الحاسوب . تُستخدم بشكل أساسي في دورات علوم وهندسة الحاسوب التمهيدية.
• تشومبيت (2020) عبارة عن بنية معالج مركزي 32 بت مُنفذة بواسطة الآلة الافتراضية هايبريكس. يصف توثيق المشروع هذه البنية بأنها ذات توجه تعليمي، وتتضمن ميزات مثل السجلات المؤطرة ^{[ 3 ]} ومكدس ثانوي يُستخدم لتتبع جذور جمع البيانات المهملة. على الرغم من هذه التبسيطات، إلا أنها تظل نموذج معالج تقليدي، بما في ذلك توقيت التعليمات الصريح والإدخال/الإخراج المُرتبط بالذاكرة.

تم ابتكار لغة BASIC (لغة التعليمات الرمزية متعددة الأغراض للمبتدئين) عام 1964، لتوفير إمكانية الوصول إلى الحاسوب لطلاب التخصصات غير العلمية. وقد شاعت على الحواسيب الصغيرة خلال الستينيات، وأصبحت لغة برمجة قياسية للحواسيب الدقيقة خلال أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات. وتركزت أهداف BASIC على تلبية الحاجة إلى تعلم البرمجة بسهولة، وهي:

• يجب أن يكون سهل الاستخدام للمبتدئين.
• كن تفاعلياً.
• قم بتوفير رسائل خطأ واضحة وسهلة الفهم.
• أجب بسرعة.
• لا يتطلب الأمر فهمًا لأجهزة الكمبيوتر أو أنظمة التشغيل.

ما جعل لغة BASIC جذابة للتعليم هو صغر حجم البرامج التي يمكنها توضيح مفهوم ما في بضعة أسطر. ولا تزال لغة BASIC تُتعلّم ذاتيًا بشكل متكرر من خلال الدروس التعليمية والتطبيقات العملية.

انظر أيضًا: قائمة لهجات لغة BASIC حسب المنصة

يوفر BASIC مسارًا تعليميًا بدءًا من لغات BASIC الموجهة نحو التعلم مثل Microsoft Small Basic و BASIC-256 SIMPLE وصولًا إلى لغات BASIC الأكثر اكتمالًا مثل Visual Basic و NET و Gambas .

• مايكروسوفت سمول بيسك هي نسخة محدودة من فيجوال بيسك ، مصممة كلغة برمجة تمهيدية للمبتدئين. تتميز ببساطتها الشديدة، إذ تحتوي على 15 كلمة مفتاحية فقط للوظائف الأساسية. ومن خلال توفير مكتبات خاصة بمواضيع تهم الأطفال، يمكنهم إنشاء برامج لكل من بيئتي الويب وسطح المكتب . على سبيل المثال، باستخدام 6 أسطر من التعليمات البرمجية، يمكن عرض برنامج لعرض صور عشوائية من الشبكة باستخدام فليكر كمصدر. ^{[ 4 ]} يستخدم النظام بيئة تطوير مايكروسوفت فيجوال ستوديو المتكاملة (IDE) لتوفير الإكمال التلقائي والمساعدة السياقية .
• Basic-256 هي نسخة سهلة الاستخدام من لغة BASIC، مصممة لتعليم أي شخص أساسيات برمجة الحاسوب. تستخدم هذه النسخة هياكل التحكم التقليدية في BASIC ( gosub ، حلقات for ، goto ) لتسهيل فهم آلية التحكم في تدفق البرنامج. كما تحتوي على وضع رسومات مدمجيسمح للأطفال برسم الصور على الشاشة بعد دقائق.
• SiMPLE هو نظام تطوير برمجي صُمم لتوفير إمكانيات برمجة سهلة للجميع، وخاصةً لغير المحترفين. وهو يُشبه إلى حدٍ ما لغة AppleSoft BASIC . يتم تجميعه برمجيًا، ويتيح للمستخدمين إنشاء مكتباتهم الخاصة من الدوال شائعة الاستخدام. "Simple" مصطلح عام يُشير إلى ثلاثة إصدارات مختلفة قليلاً من اللغة: Micro-SIMPLE (تستخدم 4 كلمات مفتاحية فقط)، وPro-SiMPLE، وUltra-SiMPLE (تستخدم 23 كلمة مفتاحية).
• معالج الحساء الساخن هو لغة مشتقة من لغة BASIC وتستخدم في المدارس اليابانية.
• TI-BASIC هي لغة بسيطة تشبه لغة BASIC يتم تنفيذها في الآلات الحاسبة البيانية من شركة Texas Instruments ، وغالبًا ما تكون بمثابة أول نظرة للطالب على البرمجة.
• Small BASIC هو مترجم لغة BASIC سريع وسهل التعلم،مثالي للحسابات اليومية، وكتابة البرامج النصية، وإنشاء النماذج الأولية . يتضمن وظائف حساب المثلثات ، والمصفوفات ، والجبر، وبيئة تطوير متكاملة مدمجة ، ومكتبة سلاسل نصية قوية، وأوامر النظام، والصوت، والرسومات، بالإضافة إلى بنية برمجة منظمة.

• Ch هو مترجم لغة C / C++ مصمم لمساعدة الطلاب غير المتخصصين في علوم الحاسوب على تعلم الرياضيات والحوسبة والبرمجة بلغة C وC++. وهو يوسع لغة C بميزات عددية ورسومية ثنائية وثلاثية الأبعاد وميزات كتابة البرامج النصية.

• مكتوب بلغة جافا وسكالا - بيئة تطوير لبناء واستكشاف النماذج العلمية، وتحديداً النماذج القائمة على الوكلاء .

• تُعدّ لغة ليسب ثاني أقدم عائلة لغات برمجة مستخدمة اليوم، ولذا فهي تضمّ العديد من اللهجات والتطبيقات ذات مستويات صعوبة متفاوتة. نشأت ليسب في الأصل كأداة تدوين رياضي عملي لبرامج الحاسوب، استنادًا إلى حساب لامدا ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتدريس نظريات الحوسبة. وباعتبارها من أوائل اللغات، فقد ريادت ليسب العديد من الأفكار في علوم الحاسوب ، بما في ذلك هياكل بيانات الشجرة ، وإدارة التخزين التلقائية ، والكتابة الديناميكية ، والبرمجة كائنية التوجه ،والمترجم ذاتي الاستضافة ، وكلها مفيدة لتعلم علوم الحاسوب. اسم ليسب مشتق من "لغة معالجة القوائم". تُعدّ القوائم المتصلة إحدى هياكل البيانات الرئيسية في هذه اللغة، ويتكون كود مصدر ليسبمن قوائم. وبالتالي، تستطيع برامج ليسب معالجة كود المصدر كهيكل بيانات، مما أدى إلى ظهور أنظمة الماكرو التي تسمح للمبرمجين بإنشاء صيغ جديدة أو حتى لغات خاصة بمجالات محددة مُدمجة في ليسب. لذلك، يمكن أن تكون ليسب مفيدة لتعلم تصميم اللغات. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

• لغة البرمجة Logo مصممة خصيصًا لتعريف الأطفال بأساسيات البرمجة. يتناول الجزء الأول من تعلم Logo رسومات "السلحفاة" (المستوحاة من روبوتات السلاحف ) والتي استُخدمت منذ عام 1969. في التطبيقات الحديثة،يُستخدم جهاز رسم تجريدي، يُسمى السلحفاة ، لجعل البرمجة جذابة للأطفال من خلال التركيز على رسومات السلحفاة . كان سيمور بابيرت ، أحد مبتكري Logo، شخصية بارزة في البنائية ، وهي مجموعة متنوعة من نظريات التعلم البنائية . جادل بابيرت بأن أنشطة مثل الكتابة يمكن للأطفال الأصغر سنًا تعلمها بشكل طبيعي شريطة تبنيهم ثقافة الحوسبة. ^{[ 7 ]} صُممت Logo لتعريف الأطفال بالبرمجة من خلال الوسائل البصرية والمفاهيم في منهج دراسي يركز على التكنولوجيا. الأهم من البدء المبكر في بناء القدرات الفكرية هو تجنيب الطفل فترة طويلة من التبعية، يتعلم خلالها أن التعلم شيءٌ يُقدّمه له شخصٌ أقوى منه... هؤلاء الأطفال لن يُعرّفوا أنفسهم، ولن يسمحوا للمجتمع بتصنيفهم على أنهم عاجزون فكريًا. [ ^{7 ] وقد} استُخدمت لغة Logo من قِبل أطفال لا تتجاوز أعمارهم ثلاث سنوات، ولها سجل حافل بالنجاحات في مجال التعليم على مدى ثلاثين عامًا. وبما أن Logo هي في الواقع نسخة مُبسّطة من لغة Lisp مُصممة خصيصًا للطلاب الأكثر تقدمًا، فيمكن استخدامها لتقديم المفاهيم الأساسية لعلوم الحاسوب، وحتى الذكاء الاصطناعي. تتوفر لغة Logo على منصات متعددة، بنسختين مجانية وتجارية للاستخدام التعليمي.

• كوجو بيئة تطوير تفاعلية لسطح المكتب، طُوّرت أساسًا لأغراض تعليمية. يعمل التطبيق على أنظمة ويندوز ولينكس وماك أو إس . كوجو بيئة تعليمية، تضم العديد من الميزات المختلفة التي تساعد في استكشاف وتعلم وتدريس مفاهيم برمجة الحاسوب، والتفكير النقدي ، والرياضيات، والعلوم، والفنون، والموسيقى، والتفكير الإبداعي ، ومهارات استخدام الحاسوب والإنترنت. ^{[ 8 ]}

في إطار مشروع "حاسوب محمول لكل طفل" ، تم تطوير سلسلة من لغات البرمجة المبنية على لغة سمول توك، صُممت كل منها لتكون مدخلاً للغة التي تليها. تبدأ السلسلة من سكراتش، ثم إيتويز ، ثم سكويك، وصولاً إلى أي لغة سمول توك . ^{[ 9 ]} توفر كل لغة بيئات رسومية يمكن استخدامها لتعليم الأطفال مفاهيم البرمجة، بالإضافة إلى محاكاة الفيزياء والرياضيات، وتمارين سرد القصص، وغيرها، من خلال التعلم البنّاء . تُعدّ سمول توك وسكويك لغتي برمجة تطبيقات متكاملتين، لهما تاريخ طويل من الخبرة والاحترام؛ أما سكراتش فهي أداة تعليمية للأطفال.

• تم تنفيذ برنامج Scratch 1.0 بلغة Smalltalk. انظر أدناه لمزيد من المعلومات.
• يعتمد برنامج Etoys على فكرة الكيانات الافتراضية القابلة للبرمجة التي تتفاعل على شاشة الحاسوب. يوفر Etoys بيئة تأليف غنية بالوسائط المتعددة، مع نموذج كائنات برمجي بسيط وقوي لأنواع عديدة من الكائنات التي ينشئها المستخدمون. يشمل البرنامج رسومات ثنائية وثلاثية الأبعاد ، وصورًا ، ونصوصًا، وجزيئات ، وعروضًا تقديمية، وصفحات ويب، وفيديوهات ، وصوتًا، و MIDI (مع إمكانية مشاركة سطح المكتب مع مستخدمي Etoys الآخرين في الوقت الفعلي) . يمكن تنفيذ العديد من أشكال التوجيه التفاعلي واللعب عبر الإنترنت . البرنامج متعدد اللغات ، وقد استُخدم بنجاح في الولايات المتحدة ، وأوروبا ، وأمريكا الجنوبية ، واليابان ، وكوريا ، والهند ، ونيبال ، وغيرها. يستهدف البرنامج الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 9 و12 عامًا. ^{[ 10 ]}
• Squeak هو تطبيق حديث ومفتوح المصدر وكامل الميزات للغة وبيئة Smalltalk. Smalltalk هي لغة برمجة كائنية التوجه ، ديناميكية الكتابة ، وانعكاسية ،صُممت لدعم "العالم الجديد" للحوسبة الذي يتجلى في "التكامل بين الإنسان والحاسوب". ^{[ 11 ]} ومثل لغة Lisp ، تتميز Smalltalk باستمرارية البيانات القائمة على الصور ، مما يسمح بتعديل كل شيء من داخل اللغة (انظر Smalltalk#Reflection ). ^{[ 12 ]} وقد أثرت بشكل كبير على الصناعة، حيث قدمت العديد من المفاهيم في البرمجة كائنية التوجه والترجمة الفورية . يُعد Squeak أداةً لمجموعة واسعة من المشاريع، بما في ذلك تطبيقات الوسائط المتعددة، والمنصات التعليمية، وتطوير تطبيقات الويب التجارية . صُمم Squeak ليكون سهل النقل والتصحيح والتحليل والتعديل، حيث أن آلته الافتراضية مكتوبة بالكامل بلغة Smalltalk.

• باسكال هي لغة برمجة مبنية على لغة ALGOL، صممها نيكلاوس ويرث عام 1970 تقريبًا بهدف تعليم البرمجة الهيكلية . ^{[ 13 ]} من أواخر السبعينيات إلى أواخر الثمانينيات، كانت الخيار الأساسي في مقررات علوم الحاسوب التمهيدية لتعليم الطلاب البرمجة في كل من الولايات المتحدة وأوروبا. ومنذ ذلك الحين، ازداد استخدامها في التطبيقات العملية لتصبح لغة برمجة عامة. ^{[ 14 ]}

• CircuitPython هي نسخة موجهة للمبتدئين من لغة بايثون للإلكترونيات التفاعلية والتعليم.
• Rapira هي لغة برمجة إجرائية تشبه لغة ALGOL ، مع بيئة تطوير تفاعلية بسيطة، تم تطويرها في الاتحاد السوفيتي لتعليم البرمجة في المدارس.
• Src:Card هي لغة برمجة تفاعلية تعمل دون اتصال بالإنترنت، وهي مضمنة في لعبة بطاقات تعليمية .