Parameter interaktiver Algorithmenvisualisierung für die Programmierausbildung

Algorithmen als Vorgehensweisen zur Problemlösung stellen eine Grundlage der Programmierung dar und wirken sich auf die Effizienz eines Programms aus. Verständnis für die unterschiedlichen Funktionsweisen von Algorithmen und damit auch für ihre divergierenden Zeit- und Speichereffizienzen spielt in der Programmierausbildung eine große Rolle und wird daher in Lerneinheiten wie algorithmische Problemlösung schon in einführenden Programmierkursen vermittelt. Die Effektivität von Visualisierungen als unterstützende Lernmethode, insbesondere die Visualisierung von Algorithmen, wurde bereits von zahlreichen Arbeiten erforscht und nachgewiesen [1][2]. Interaktivität ist dabei ein entscheidender Faktor für die Effektivität einer Algorithmen-Visualisierung (AV) [3][4]. Diese Arbeit untersucht welche Gewichtung verschiedene Interaktionsparameter dabei auf die Effektivität einer AV haben.

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung verschiedener Parameter interaktiver Visualisierungen von Sortieralgorithmen und die Erhebung der Effektivität, insbesondere des resultierenden (kurzfristigen) Lerneffekts im Anfangsstadium der Programmierausbildung. Hierfür werden didaktisch sinnvolle und software-ergonomische Parameter und Merkmale einer interaktiven AV erarbeitet und anschließend auf die Implementierung der Visualisierungen mit Java angewandt. In einer vergleichenden Studie soll die Effektivität der unterschiedlichen Systeme insbesondere für die Programmierausbildung erhoben werden.

• Sammlung einschlägiger Literatur und verwandter Arbeiten
• Erarbeitung didaktisch sinnvoller und software-ergonomischer Interaktivitätsparameter für die Visualisierung von Sortieralgorithmen
• Implementierung der Visualisierungen (variierende Interaktivitätsparameter)
• Entwurf des Studiendesigns
• Durchführung der Studie, Erhebung des (kurzfristigen) Lerneffekts und Auswertung

• Programmierkenntnisse in der Sprache Java
• Kenntnisse über Sortieralgorithmen

[1] Daniela Chudá. (2007). Visualization in education of theoretical computer science. In Proceedings of the 2007 international conference on Computer systems and technologies (CompSysTech '07). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, Article 84, 1–6. DOI:https://doi.org/10.1145/1330598.1330687

[2] Rößling, G., Ackermann, T. & Kulessa, S. (2006). Visualisierung von Algorithmen und Datenstrukturen. In Mühlhäuser, M., Rößling, G. & Steinmetz, R. (Hrsg.), DeLFI 2006, 4. e-Learning Fachtagung Informatik, 11. - 14. September 2006, in Darmstadt, Germany. Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.. 231-242.

[3] Christopher D. Hundhausen, Sarah A. Douglas, John T. Stasko. (2002). A Meta-Study of Algorithm Visualization Effectiveness. In Journal of Visual Languages & Computing, Volume 13, Issue 3, 259-290, ISSN 1045-926X, DOI:https://doi.org/10.1006/jvlc.2002.0237.

[4] Scott Grissom, Myles F. McNally, and Tom Naps. (2003). Algorithm visualization in CS education: comparing levels of student engagement. In Proceedings of the 2003 ACM symposium on Software visualization (SoftVis '03). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 87–94. DOI:https://doi.org/10.1145/774833.774846