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Entwicklung digitaler Materialien zur Unterstützung des Erlernens der Programmiersprache Prolog

 

Ausgangssituation

Die Veranstaltung „Einführung in Prolog“ findet 4-stündig statt. Programmierkonzepte werden in der Vorlesung theoretisch eingeführt und in der anschließenden Übungssitzung eingeübt. In der Vergangenheit konnten Fragen der Studierenden in der Übung durch die Dozierende und 1-2 Tutor*innen beantwortet werden. Beim Bearbeiten der Übungsaufgaben in den Übungssitzungen und im Selbststudium stehen die Studierenden häufig vor Fragen, die sie am Weiterkommen mit der Aufgabe hindern. Den Studierenden fehlt häufig vor allem der richtige Ansatz zur Lösung einer Aufgabe. Da die Studierenden in der Übungssitzung in unterschiedlichen Tempi arbeiten, geschieht die Beantwortung von Fragen meist in Einzelgesprächen zwischen Lehrpersonen und Teilnehmenden. Dadurch müssen allerdings auch bei kleineren Gruppengrößen von 15-20 Personen die Studierenden länger warten, um Fragen zu stellen. Wir haben in diesem Projekt Hilfestellungen zu den Aufgaben und weitere Online-Materialien erstellt, um eine intensivere persönliche Betreuung während der Übungssitzungen zu ermöglichen und Studierenden auch für das Selbststudium Unterstützung zu bieten.

Ziele und Problemstellung

Die jährlich durchgeführte Veranstaltung hatte im Wintersemester 2019/20 27 Teilnehmer*innen und in den Vorjahren leicht höhere Teilnehmerzahlen. Da die Veranstaltung Teil des Pflichtcurriculums im Studiengang „Computerlinguistik“ mit bis zu 50 Studienplätzen pro Jahr ist, sind für die Zukunft ähnliche Teilnehmerzahlen zu erwarten. Alle in diesem Projekt erstellten Inhalte können in Zukunft wiederverwendet werden.

Prolog ist eine deklarative Programmiersprache und erfordert andere Lösungsstrategien als die Programmiersprachen, die die meisten Studierenden schon vor Besuch des Kurses kennen. Die theoretische Vermittlung dieser Strategien findet in den Vorlesungsfolien und auf in diesem Projekt erstelltenWebseiten statt. Um die richtige Herangehensweise an praktische Probleme zu lehren, haben wir Quizzes zu den Übungsaufgaben erstellt. Diese Quizzes stellen typischerweise sicher, dass die Studierenden alle Aspekte der Aufgabenstellung verstanden haben

  •  dass die Studierenden die Programmieraufgabe für bestimmte Fälle von Hand lösen können (Beispielrechnung)
  • dass die Studierenden erkennen, welche Programmierkonzepte sie anwenden und kombinieren sollten.

Damit erfüllen die Quizzes sehr ähnliche Aufgaben wie ein Betreuungsgspräch während einer Übungssitzung. Anregungen für mögliche Quizfragen konnten wir aus Erinnerungen an vorherige Kurse sammeln. Zwei der drei Tutor*innen (Paula Leberer und David Arps) hatten den Kurs schon in Vorjahren tutoriert. Über diese Quizzes hinaus wurden Quizfragen für die Vorlesung erstellt, um die aktive Mitarbeit der Teilnehmer*innen zu fördern und denWissensstand informell abzufragen.

Umsetzung

Wir haben eine WordPress-basierte Webseite erstellt (https://prolog.cl.phil.hhu.de/), auf der die Kursinhalte für Kursteilnehmer*innen und andere Personen, z.B. ehemalige Kursteilnehmer*innen, sichtbar sind. Die zentralen Bereiche der Webseite sind:

  • die in einemWiki aufbereiteten Vorlesungsfolien
  • mit dem Plugin Sensei LMS erstellte Quizzes zu Übungsaufgaben in den einzelnen Themenbereichen. Das Plugin ermöglicht mehrstufige Quizzes, in denen grundlegende Fragen (z.B. zur Aufgabenstellung) vor weitergehenden Fragen (z.B. zur Lösungsstrategie) richtig beantwortet werden müssen.
  • ein Prolog-Compiler, mit dem die Teilnehmenden über einenWebbrowser Prolog- Programme implementieren und mit Testsuites für die einzelnen Übungsaufgaben kontrollieren können

Die Studierenden können dieWebseite mit allen typischen Endgeräten nutzen und in selbstbestimmtem Tempo, zeitlich und räumlich flexibel die Kursinhalte bearbeiten. Das optionale, anonym mögliche Registrieren auf der Webseite ermöglicht das automatische Verfolgen des Lernfortschritts bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben. So werden die Studierenden auch bei der Prüfungsvorbereitung (BN-Test oder Klausur als einzige Bedingung für das Bestehen des Kurses) unterstützt. Während der Übungssitzung werden die Quizzes wie geplant genutzt, um einen Teil des Bedarfs an persönlicher Betreuung abzudecken. In Gesprächen konnten wir uns durch die Quizzes auf komplexere Fragen konzentrieren, wenn Kursteilnehmer*innen trotz Hilfestellungen nicht weiterkommen. Außerdem haben wir gegen Ende der Übungssitzungen die Übungsaufgaben ganz oder teilweise in der Gruppe besprochen. So konnten wir sichergehen, dass die Hilfestellungen sinnvoll waren. Kursteilnehmer*innen können ihre Lösungsvorschläge in der Gruppe diskutieren. Anonymisierte Nutzungsstatistiken der Webseite haben gezeigt, dass die Inhalte auch zur Vor- und Nachbereitung der Sitzungen genutzt werden.

Im Rahmen dieses Projekts haben wir außerdem Quizfragen für die Vorlesungen entwickelt. Dafür wurde das Online-Tool Kahoot! genutzt. In jeder Vorlesung beantworten die Anwesenden freiwillig Single-Choice-Fragen auf ihrem mobilen Endgerät. Die Fragen testen das grundlegende Verständnis des Stoffes, und es gibt nur eine sehr kurze Bedenkzeit. Die gegebenen Antworten sind sofort für den ganzen Kurs anonymisiert sichtbar. So können eventuell auftretende Verständnisprobleme sofort gefunden und gelöst werden.

Ergebnisse und Ausblick

Eine Herausforderung bei der Umsetzung war das Finden eines passenden Plugins für die Erstellung der Quizzes. Unser Plan war, die Quizzes auf verschiedene mögliche Lösungswege für eine Aufgabe abzustimmen. Abhängig von einer Frage ("Würdest du das Problem eher so oder eher so angehen?") werden nachfolgend verschiedene Tipps und Anschlussfragen abhängig von der gewählten Lösungsstrategie präsentiert. Keine uns verfügbare Software ermöglicht diese Art der Nutzerführung in Kombination mit dem Einbetten von Codefragmenten und dem Testen hochgeladener Prologprogramme. In dem von uns verwendeten Plugin können Quizzes zu einer Aufgabe auf mehrere Seiten verteilt werden. Außerdem kann bei Multiple- Choice-Aufgaben kein Feedback gegeben werden, das von der angeklickten Antwort abhängt. Deshalb ist die Nutzerführung bei den Quizzes nicht so intuitiv wie erwünscht. Als Feedback müssen stattdessen alle möglichen Antworten und der daraus
resultierende nächste Schritt für den Nutzer gegeben werden ("Wenn Du Möglichkeit 2 gewählt hast, setze das Quiz auf dieser Seite fort, wenn Du die Frage falsch beantwortet hast, lies nochmal zu Thema XY nach"). Im Verlauf des Kurses wurden zwei Evaluationen durchgeführt. Die erste Evaluation (s. Anhang 1) haben wir selbst etwa einen Monat nach Semesterstart anonym über Ilias durchgeführt, um dieWirksamkeit der bis dahin genutzten Inhalte evaluieren zu können und gegebenenfalls die Inhalte für den Rest des Semesters anzupassen. Diese Evaluation wurde zwar nur von etwa der Hälfte der Kursteilnehmer*innen bearbeitet, fällt aber sehr positiv aus. Besonders hervorzuheben ist, dass die Studierenden die Materialien auch außerhalb der Übungssitzung nutzen, das Niveau der Quizfragen mehrheitlich „genau richtig“ finden und auch in Freitextfragen positives Feedback geben. Alle Verbesserungsvorschläge der Studierenden, die wir im Rahmen der Evaluation sowie im Kurs bekommen haben, haben wir soweit wie möglich umgesetzt. Außerdem wurde einen Monat vor Semesterende die gesamte Veranstaltung durch das Studiendekanat evaluiert. Auch diese Evaluation fällt sehr positiv aus.
Um das Erreichen der Kursziele zu kontrollieren, wird am Ende des Semesters ein Test geschrieben. Vor Durchführung der eLearning-Maßnahmen im WiSe18/19 haben 10 von 32 Studierenden in diesem Test über 50% der Punkte erzielt. Dieser Wert konnte auf 20 von 23 Studierende gesteigert werden.