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|title=Feedback als Licht im Dunkeln – Zwischen Lust und Frust beim
Lernen von Programmieren mit Online-Tools(Feedback Sheds Light in the Dark - Between Pleasure and Pain When Learning Programming with Online Tools)
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==Feedback als Licht im Dunkeln – Zwischen Lust und Frust beim
Lernen von Programmieren mit Online-Tools(Feedback Sheds Light in the Dark - Between Pleasure and Pain When Learning Programming with Online Tools)==
https://ceur-ws.org/Vol-2250/WS_Pro_paper2.pdf
Daniel Schiffner (Hrsg.): Proceedings of DeLFI Workshops 2018
co-located with 16th e-Learning Conference of the German Computer Society (DeLFI 2018)
Frankfurt, Germany, September 10, 2018
Feedback als Licht im Dunkeln – Zwischen Lust und Frust
beim Lernen von Programmieren mit Online-Tools
Natalie Kiesler1
Abstract: Das Erlernen von Programmierfähigkeiten und –fertigkeiten ist schwierig und erfordert
viel aktives Üben und Beharrlichkeit. Traditionell finden Lehrveranstaltungen allerdings in Form
von Vorlesungen und Übungen mit wenig Zeit für individuelle Rückmeldung statt. Als Ergänzung
dazu bieten aktuelle Online-Tools und deren Feedback für Lernende neue Chancen und Potentiale,
besonders in selbstgesteuerten Szenarien ergänzend zum Curriculum. Mit Hilfe von Feedback kann
die in der Programmierung unabdingbare Übung und Erfahrung unterstützt werden, indem
Frustrationsquellen reduziert werden. Daher wird Feedback vor dem Hintergrund bekannter
motivationspsychologischer Konzepte diskutiert. So wird deutlich, dass Feedback an die Kompetenz
der Lernenden angepasst sein muss, um positiven Einfluss nehmen, und Unterstützung zur
Überwindung kognitiver Anforderungen leisten zu können.
Keywords: Programmierung, Programmierausbildung, Herausforderungen, Feedback, Motivation
Abstract: Coding can be challenging for novice learners. It requires a lot of effort, exercise and
persistence. Traditionally, classes take place as lectures accompanied by a tutorial. However, there
is little time left for questions and individual feedback. Online tools may help with that issue. Since
they offer feedback, they can constitute an addition to the curriculum and support learners while
studying at their own pace. Feedback supports the essential exercise and help gain experience, which
is vital for becoming a programmer. Moreover, it can help reduce sources of frustration. It is for
these reasons, that this article discusses feedback within the framework of several well-known
motivational and psychological theories. As a consequence of which feedback should be adapted to
learners’ competencies in order to generate positive effects and help overcome cognitive challenges
while learning how to code.
1 Die aktuelle Situation in der Programmierausbildung
Die Programmierung als essentieller Bestandteil eines jeden Informatik-Studiums stellt
eine wichtige Kernkompetenz im digitalen Zeitalter dar. Wer diese Kompetenz erreicht,
dem stehen vielfältige Chancen auf dem Arbeitsmarkt und in der Gesellschaft insgesamt
offen. Gleichzeitig werden Studienanfängerinnen in der Informatik mit hohen
Leistungsanforderungen konfrontiert [He17]. Während es in manchen Fachdisziplinen zu
Studienbeginn ausreicht, Literatur zu lesen, oder sich an Formeln und Konzepte zu
1
Goethe-Universität Frankfurt, Akademie für Bildungsforschung und Lehrerbildung, Juridicum,
Senckenberganlage 31-33, 60325 Frankfurt am Main, kiesler@em.uni-frankfurt.de
Natalie Kiesler
erinnern, wird in der Programmierung direkt zu Studienbeginn das Erreichen kognitiver
Lernziele wie Anwenden, Analysieren und Erzeugen von Code angestrebt [AK01].
Das Image des stundenlang isoliert am Rechner arbeitenden Nerds kommt nicht von
ungefähr [GM07]. Programmieren erfordert Problemverständnis und konzeptionelles
Problemlösen, das Verständnis einzelner Programmstrukturen, die Übersetzung eines
Algorithmus in die Programmstrukturen und Handlungsstrategien zum Debugging [Xi14].
Tatsächlich geht es nicht ohne intrisische Motivation [DR93] und eine gewisse
Beharrlichkeit. Programmieren lernen erfordert viel Übung, Zeit und Hartnäckigkeit,
besonders bei ausbleibenden Erfolgen zu Beginn des Lernprozesses. Studierende müssen
zum einen selbst aktiv werden und eigene Programme schreiben, und zum anderen auch
so lange, bis sie funktionieren, Ausgaben erzeugen und darüber hinaus effizient arbeiten.
Es dauert nicht grundlos etwa zehn Jahre, bis aus einer Anfängerin eine Expertin wird
[Wi96]. Fähigkeiten zur Selbststeuerung und –regulierung werden dabei im Studium
vorausgesetzt, aber wenig thematisiert oder adressiert durch entsprechende Formate.
Aus den zahlreichen Herausforderungen der Programmierausbildung und den aktuell sehr
hohen Zahlen zum Studienabbruch in der Informatik [He17] resultiert die Forderung nach
neuen, unterstützenden Übungsformaten für Studierende – besonders in der
Studieneingangsphase. Selbst in Übungen oder Praktika ist die Lehrperson nicht immer
für alle Studierenden gleichzeitig greifbar. Große Gruppen verstärken das Problem
[GM07]. Direktes Feedback, nicht nur vom Compiler, sondern von einer Tutorin oder
Lehrperson, ist unerlässlich für das Lernen in der Programmierung. Es kann beim
Problemlösen unterstützen, zum Verständnis beitragen und Zeitverschwendung mit
trivialen Syntaxproblemen vermeiden – eine häufige Frustrationsquelle.
Die traditionellen Formate können dieser Anforderung nicht entsprechen, müssen sie
allerdings auch nicht. Die zunehmende Digitalisierung der Hochschullehre birgt zahllose
Potentiale in Bezug auf E-Learning und Selbstlernszenarien für Studierende. Nur durch
die aktive Auseinandersetzung mit Problemstellungen können neue Informationen und
Strategien der Programmierung nachhaltig im Langzeitgedächtnis gespeichert und damit
immer verfügbar werden [Ma81]. Daher bedarf es Tools, die Lernende zum aktiven
Schreiben von Programmen auffordern und motivieren. Feedback wird dabei eine große
Bedeutung zugeschrieben.
2 Aktuelle Online-Tools zum Lernen von Programmieren
Aktuell ist eine Vielzahl an Angeboten frei im Web verfügbar, die verschiedenen
Zielgruppen ganze Lerneinheiten und Aufgabenpools zu verschiedensten Themen der
Programmierung anbieten. Beispiele solcher Plattformen sind CodingBat oder Scratch.
Darüber hinaus gibt es unzählige Angebote an kompletten Selbstlernkursen über
Codecademy, oder auf Massive Open Online Course (MOOC)-Plattformen wie dem
Feedback beim Lernen von Programmieren mit Online Tools
openHPI oder Udacity. In Bezug auf die Programmierausbildung in der Hochschullehre
stellen CodingBat und CodeRunner, aber auch Blockly relevante Angebote dar.
2.1 CodingBat
So stellt Nick Parlante, Lehrender der Stanford University, die Seite CodingBat bereit, um
Programmierfähigkeiten in Java und Python zu vermitteln. Das aus seiner Lehrerfahrung
heraus entstandene Aufgaben-Repositorium ist für selbstständig zu erarbeitende
Arbeitsaufträge denkbar, bietet sich aber auch für das Demonstrieren von Beispielen im
Präsenzunterricht an. Vorteil ist, es bedarf keiner Vorbereitung oder Installationen, um
Aufgaben zu bearbeiten. Lernende können direkt, ohne Anmeldung, im Browser
Methoden schreiben und ausführen. Auf eine Eingabe hin werden Unit Tests durchgeführt
und ein visuelles Feedback durch grüne, respektive rote Markierungen zu einer begrenzten
Zahl an Testfällen erfolgt. Teilweise sind textuelle Hinweise und Lösungen zu den
Aufgaben verfügbar. Die Hinweise erklären in der Regel die Aufgabenstellung oder geben
einen Teil der Lösung vor. Das Hinweis-System ist allerdings nicht einheitlich gestaltet.
Ziel ist es, Routine bei „einfachen“ Programmierproblemen zu erlangen, um sich auf das
Lösen komplexerer Probleme konzentrieren zu können. Daher richtet sich das Angebot
vorrangig an Studierende der ersten Semester. Lehrende können auf einer Unterseite
Vorschläge für neue Aufgaben an den Autor senden und das Angebot damit erweitern
[Pa17].
2.2 CodeRunner
Weiterhin existiert für Moodle das Open-Source Plug-In CodeRunner, mit dessen Hilfe
Lehrende Aufgaben für Studierende generieren können, die Programmcode ausführen.
CodeRunner funktioniert Programmiersprachen-unabhängig und wurde vor allem für
Programmierkurse im Hochschulbereich entwickelt. So können Übungsaufgaben
automatisch bewertet werden. Lernende können ihren Code zur Aufgabenlösung einfügen,
und daraufhin die Ergebnisse von Testfällen einsehen, kombiniert mit farblich codierter
Rückmeldung. Grün steht für korrekte Testfälle, rot für inkorrekte, ähnlich wie bei
CodingBat. Der Vorteil für Lehrende ist, dass Ergebnisse zugänglich und Lernfortschritte
transparenter werden. Die Vergabe von Punkten, wie auch die Bewertung insgesamt sind
dadurch leicht möglich [Mo18]. CodeRunner hat damit vermehrt Assessment als Ziel, statt
das reine Üben von Programmieraufgaben zu fördern. Hinweise zur Problemlösung oder
Erklärungen zu Fehlerfällen sind daher aktuell nicht vorgesehen.
2.3 Blockly
Blockly als Open Source Bibliothek für Entwicklerinnen erlaubt die Gestaltung einer
eigenen Block-basierten, visuellen Programmiersprache. Das im Jahr 2012 veröffentlichte
Angebot bietet im Gegensatz zu Scratch eine sogenannte Block-Factory zur individuellen
Natalie Kiesler
Erstellung von Blöcken und einem Framework zur Generierung von Code in einer
textbasierten Programmiersprache. Im Jahr 2018 sind Generatoren für JavaScript, Python,
PHP, Lua und Dart verfügbar. Zudem können eigene Programmiersprachen entwickelt
werden. Die Bibliothek ist in JavaScript geschrieben, sodass eine Integration in Webseiten
leicht möglich ist. Mittlerweile sind auch iOS und Android Versionen verfügbar, mit dem
Ziel, leistungsfähige mobile Anwendungen entwickeln zu können. Da Blockly client-
seitig ohne zusätzlichem Bedarf an Servern auskommt, bestehen für Entwicklerinnen
keine Abhängigkeiten von Dritten. Die Bibliothek ist keine App für Lernende, stellt aber
eine Struktur und Grammatik dar, um individuelle Code-Editoren bereitzustellen, in
Anlehnung an den gewünschten Kontext. Code-Ausschnitte werden als Blöcke
repräsentiert und können einfach per Drag-and-Drop über den Bildschirm gezogen und an
andere Blöcke geknüpft werden, sodass ein Programm entsteht. Welches Ergebnis die
Code-Blöcke produzieren, wie Schlüsselworte gestaltet sind und wie das Programm läuft,
welche Rückmeldung gegeben wird, hängt ganz vom angestrebten Nutzungskontext und
den Entwicklerinnen ab [Go18] [PFM17] [Fr15]. Dadurch besitzt Blockly Potential für
die Ausgestaltung von Feedback und einer eigenen, didaktischen Programmiersprache für
die Studieneingangsphase.
3 Anforderungen an Feedback aus motivationspsychologischer
Perspektive
Die Nutzung von Online-Übungsaufgaben bietet zahllose Vorteile, wie etwa zeitliche,
örtliche Unabhängigkeit, unbegrenzte Möglichkeit der Wiederholung, Zeiteinteilung und
ständige Verfügbarkeit. Darüber hinaus können bekannte, immer wiederkehrende
Probleme und Fragen mit Hilfe von automatischem Feedback adressiert werden. Das
breite Kontinuum zwischen allgemeiner und individualisierter System-Rückmeldung
wirft allerdings die Frage auf, wie detailliert Feedback gestaltet sein muss, um sowohl
kognitive Lernprozesse, als auch die Motivation zu fördern und nicht das Gegenteil.
Viele verschiedene auf die Motivation einwirkende innere und äußere Faktoren sind
bekannt. Neben Bedürfnissen, Interessen und Zielen beeinflussen Gelegenheiten und
Anreize das Verhalten eines Subjekts, und damit von Lernenden [Br13]. Daher ist es
wichtig, individuelle Voraussetzungen der Lernenden, Vorwissen, sowie Unterschiede
bezüglich Motivation und Haltung bei der Gestaltung von Feedback mit einzuziehen
[Na06]. Individuelles Leistungsstreben, das akademische Selbstkonzept, und
metakognitive Strategien zur Wissensdurchdringung können sich bei Lernenden innerhalb
einer Lehrveranstaltung wesentlich unterscheiden. Feedback sollte sich daher an den
verschiedenen kognitiven und nicht-kognitiven Dimensionen orientieren und die Existenz
verschiedener Ausprägungen berücksichtigen. Vor allem auch deshalb, weil Lernende im
Umgang mit Fehlermeldungen immer wieder irrationales Verhalten aufweisen. Sie
kompilieren ihre Programme immer und immer wieder, ohne Veränderung am Code
vorzunehmen, oder mit wahllose Veränderungen. Insofern liegt die Schlussfolgerung
Feedback beim Lernen von Programmieren mit Online Tools
nahe, dass Fehlermeldungen des Compilers nicht oder nicht vollständig wahrgenommen
und berücksichtigt werden [Xi14].
Im Zusammenhang mit dem Studium allgemein, aber besonders mit selbstgesteuertem
Lernen in Ergänzung zur Präsenzlehre ist theoretisch von intrinsischer Motivation
auszugehen. Nichtsdestotrotz sind Motivation und Volition [He10] von Studierenden in
der Praxis verschieden stark ausgeprägt. Vor diesem Hintergrund lassen sich aus der
Selbstbestimmungstheorie nach Deci und Ryan [DR93] zusätzliche Implikationen für die
Bearbeitung von Übungsaufgaben und die Auswirkungen von Feedback ableiten. So sind
kontrollierende Lernbedingungen, externe Bewertung, Belohnung und Zeitdruck
beispielsweise Faktoren, die intrinsische Lernmotivation untergraben können, aber nicht
müssen. Fehlt das Gefühl der Selbstbestimmung, können kognitive Leistungen und
Kreativität abnehmen und insofern das Lernen negativ beeinflussen. Dieser
Korrumpierungseffekt zeigt sich am Stärksten, wenn Belohnungen angekündigt werden
und Lernende diese für Anstrengung, statt für gute Leistung erhalten. Die Gestaltung und
der soziale Kontext beeinflussen die Wirkung der äußeren Eingriffe [DR93] [He10].
Motivation Feedback
intrinsisch und extrinsisch
Resultat personenabhängiger - Gestaltung und Form
Faktoren + Umwelt: - Inhalt und Umfang
- Bedürfnisse, Ziele, Interessen - sozialer Kontext
- Vorwissen - Selbst- vs. Fremdbestimmung
- Gelegenheiten, Anreize
Einbindung in Lehrkonzept und Anpassung an Zielgruppe
Abb. 1: Wechselwirkung von Motivation und Feedback
Daher ist es bei der Nutzung von Online-Tools mit Feedback-Optionen von immenser
Wichtigkeit, deren Qualität und Passung in das eigene Lehrkonzept zu prüfen. Sollten
Belohnungen oder Punkte verteilt werden, ist zwischen einem transparenten Punktesystem
für Anstrengung und einem leistungsorientierten System mit überraschender
Punktevergabe abzuwägen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Belohnungen und
äußere Anreize, sprich Verursacher extrinsischer Motivation, die Internalisierung der
extrinsischen Motivation bewirken können [DR93] [He10].
Um das aus motivationspsychologischer Perspektive bedeutsame Gefühl der
Selbstbestimmung vermitteln zu können, sollte Feedback daher an Lernende angepasst
sein, Mündigkeit der Lernenden fördern und nur bei Bedarf, auf eine Eingabe hin, vom
System bereitgestellt werden. So kann das für intrinsische Motivation so wichtige Gefühl
der Selbstbestimmung vermittelt werden [DR93]. Gezieltes, individualisiertes Feedback
Natalie Kiesler
kann insgesamt Lernwege weisen, Frustrationsquellen abschwächen und damit
Kompetenzerleben unterstützen [Ke00].
Darüber hinaus stellt Feedback eine der drei Bedingungen für das Flow-Erleben beim
Lernen dar. Ein Flow kann als extremes Hochgefühl begriffen werden und zeichnet sich
durch hohe Zufriedenheit, verstärkte Handlungsausführung, hohes Selbstbewusstsein und
ein insgesamt positives Lebensgefühl aus. Um dieses Gefühl beim Lernen zu erreichen,
sind die Passung einer Aufgabe an die eigenen Fähigkeiten, sowie eine klare Zielsetzung
als weitere Bedingungen nötig. Neue, ungewöhnliche Aufgaben, oder selbstbestimmte
Tätigkeiten können unterstützen. Ergebnis des Flow-Zustands sind positive Performanz
und zunehmende Resistenz gegen Ablenkungen oder Prokrastination. So kann eine
positive Grundhaltung und die beim Programmieren so wichtige Erfolgszuversicht und
strategische Arbeitsweise erreicht werden - ein Aspekt, der Anfängerinnen von
Expertinnen unterscheidet [Br13] [Wi18].
4 Fazit und Ausblick
Traditionelle Lehrmethoden wie Vorlesungen erscheinen an bekannten Bedürfnissen und
Schwierigkeiten in der Programmierung gemessen, als unpassend, insofern Lernende
nicht aktiviert oder eingebunden werden. Die Rahmenbedingungen einer Lehrperson
lassen es oft nicht zu, angemessene und notwendige Unterstützung via Feedback zu geben.
Online-Angebote zum Selbstlernen mit Feedback-Optionen bieten eine interessante
Alternative.
Selbstständiges Arbeiten kann für Studierende grundsätzlich eine Herausforderung
darstellen. Daher ist bei der Nutzung von Online-Tools deren Einbindung in ein
didaktisches Szenario durch die Lehrperson umso wichtiger. Nur so kann gewährleistet
werden, dass mitunter gegebene Schwächen der extra-curricularen Anwendungen
transparent werden. Die Rückmeldungen einiger Systeme sind lückenhaft und
Musterlösungen nicht für alle Aufgaben vorhanden. Außerdem passt nicht jedes Angebot
zur Zielgruppe und deren Vorkenntnissen. Motivationspsychologische Grundlagen des
Lehrens und Lernens sind darüber hinaus auch in der Informatik zu berücksichtigen.
Feedback muss zu dem Informationsstand und der Kompetenz der Lernenden passen, um
nicht zu demotivieren.
Für das selbstständige Üben während der Programmierausbildung ist vor dem Hintergrund
der komplexen Aufgabenstellungen besonders auf inhaltlicher Ebene ein feingranulares
Angebot an Feedback notwendig. So kann zum Beispiel bei hohem Vorwissen der
Lernenden die Kennzeichnung der Fehlerquelle im Code ausreichen. Für Lernende mit
geringerem Vorwissen ist es möglicherweise nötig, zusätzlich die Art und Ursache eines
Fehlers, sowie dahinterliegende Konzepte, Begriffe oder Schlüsselworte zu erklären.
Dementsprechend ist eine Zuordnung zwischen notwendigem Feedback und den in der
Programmierung zu erwerbenden Kompetenzen und Lernzielen zu erstellen. Diese
Feedback beim Lernen von Programmieren mit Online Tools
Zuordnung stellt das Ziel der dem Artikel übergeordneten Promotion dar und wird aktuell
im Detail anhand verschiedener Online-Tools, sowie unter Berücksichtigung des aktuellen
Forschungsstandes ausgearbeitet.
Eigene Ansätze zur Entwicklung eines Prototyps basierend auf der Blockly Bibliothek
[Ki16] machen weiterhin deutlich, wie aufwendig sich die Vorbereitung und Umsetzung
von automatisiertem, individualisiertem Feedback gestaltet - von der Forderung nach
Adaptivität ganz zu schweigen. Trotzdem bietet sich die Entwicklung und Integration
digitaler Tools und Feedback in die Programmierausbildung durchaus an und sollte
vermehrt unterstützt und untersucht werden.
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