PETBLOCK: Didaktik und Technik für Feedback in Block-Basierter Programmierung

• Antragsteller: Professor Dr. Gordon Fraser; Professor Dr. Tilman Michaeli
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Allgemeines und fachbezogenes Lehren und Lernen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418126274

Programmieren steht im Mittelpunkt der Informatikausbildung, und seine zentrale Rolle beim algorithmischen Denken führt zu einer Integration in Lehrpläne auf allen Schulstufen. Um insbesondere Lernende in den frühen Phasen zu unterstützen, verwenden block-basierte Programmiersprachen visuelle Blöcke zur Darstellung von Programmieranweisungen und vereinfachen so die Erstellung syntaktisch korrekter Programme. Dieser Ansatz ist zwar beliebt, aber die Herausforderungen sowohl funktional korrekte Programme zu erstellen als auch dies zu lehren, bleiben bestehen, und werden durch das Fehlen all der leistungsfähigen Programmanalysen der textbasierten Programmierung verstärkt. Im DFG-Projekt TenderBlock haben wir daher die Grundlagen für die Programmanalyse von block-basierten Programmen geschaffen. Wir haben erfolgreich statische Programmanalysen umgesetzt, leistungsfähige automatisierte Testverfahren entwickelt und diese auf Aufgaben wie Programmreparatur und Hinweis-Generierung angewendet. Der Einsatz im Klassenzimmer ist jedoch begrenzt durch zwei grundlegende Faktoren: - Erstens fehlt ein allgemeines Verständnis dafür, wie man die Ergebnisse von Programmanalysetools adäquat als formatives oder summatives Feedback formuliert, sodass sowohl die Erstellung funktionierender Programme als auch Lernziele erreicht werden. Dies ist sowohl eine technische als auch eine pädagogische Herausforderung: Einerseits ermöglichen es neuronale Programmanalysen beschreibenden Text zu erstellen, wurden auf block-basierten Programmiersprachen bisher aber nicht im Detail untersucht. Andererseits sind gängige Programmanalyseergebnisse wie Testfehler, verdächtige Codezeilen, oder Patches nicht immer das beste Mittel, um auch Lernerfolg zu gewährleisten. - Zweitens besteht eine grundlegende Kluft zwischen der Verfügbarkeit von Programmanalysen und der Fähigkeit der Lehrkräfte, mit diesen ihren Unterricht zu verbessern. Auch dies ist sowohl eine technische als auch eine pädagogische Herausforderung: Über individuelle Programme hinaus müssen Analysen die Programme von Lernkohorten überwachen, um Lehrkräfte dabei zu unterstützen, ihren Unterricht und ihr Unterrichtsmaterial basierend auf der daraus resultierenden Fülle von Daten zu verbessern. Im Rahmen des PetBlock-Projekts begegnen wir diesen Herausforderungen mit einem interdisziplinären Ansatz, der technische und didaktische Forschung vereint. Wir werden neuartige neuronale Programmanalysen für block-basierte Programme entwickeln, mit Hilfe derer elaborierte Rückmeldungen an Lernende gegeben werden, wir werden diese auf eine solide theoretische Basis zu Feedback für Programmierenlernende basieren und mithilfe von Design-based Research iterativ anpassen. Indem wir Programmanalyse von einzelnen Programmen auf die Ebene von Kohorten Lernender heben, die gleichzeitig programmieren, ermöglichen wir die Entwicklung eines holistischen didaktischen Ansatzes zum Unterricht block-basierter Programmierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen