Über die Eignung der Programmiersprache Scratch zur Aneignung von Programmierungskompetenzen

Transkript

1 Über die Eignung der Programmiersprache Scratch zur Aneignung von Programmierungskompetenzen Eine Studie bei Mathematiklehramtsstudierenden Daniel Walter Arbeitskreis Mathematikunterricht und Informatik in der GDM

2 Inhalt Was ist Scratch? 1 Scratch: Theoretische Grundlagen Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand 2 3 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch

3 Inhalt Was ist Scratch? Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand 1 Scratch: Theoretische Grundlagen Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand 2 3 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch

4 Motivation und Ziele Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Motivation für die Entwicklung Anlehnung an Ideen LOGOs Nachteile bisheriger Programmiersprachen beheben Idee: LEGO-Steine

5 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Motivation und Ziele Motivation für die Entwicklung Anlehnung an Ideen LOGOs Nachteile bisheriger Programmiersprachen beheben Idee: LEGO-Steine Zentrale Ziele der Entwickler Spielerischer Umgang mit Aspekten der Programmierung Eigene Ideen verwirklichen Sozialer Aspekt: Ideenaustausch über Scratch-Projekte

6 Programmieroberfläche Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand

7 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Drag and Drop: Vermeidung von Syntaxfehlern Beispiel A Beispiel B

8 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Vermeidung von Semantikfehlern Eingabe

9 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Vermeidung von Semantikfehlern Eingabe

10 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Vermeidung von Semantikfehlern Eingabe Veränderte Ausgabe

11 Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Ähnlichkeit: Scratch-Codes und Struktogramme Wird grüne Fahne angeklickt? ja nein Gehe 10-er Schritt Warte 0,2 Sekunden Nächstes Kostüm Wird Rand berührt? ja Drehe um 180 Grad nein

12 Forschungsansätze zu Scratch Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Computer Clubhouse der Scratch-Entwickler Grundlegende Konzepte der Programmierung werden erlernt durch: Eigentätige, spielerische Aktivitäten am PC Abwesenheit programmierungserfahrener Mentoren

13 Forschungsansätze zu Scratch Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand Computer Clubhouse der Scratch-Entwickler Grundlegende Konzepte der Programmierung werden erlernt durch: Eigentätige, spielerische Aktivitäten am PC Abwesenheit programmierungserfahrener Mentoren Scratch in der Schule Projekt: InfoSphere - Schülerlabor Informatik (RWTH Aachen) Unterrichtsmaterialien: Scratch-Modul

14 Inhalt Was ist Scratch? 1 Scratch: Theoretische Grundlagen Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand 2 3 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch

15 Argumente: Programmierung in der Schule Lernpotential der Programmierung Prozesshaftigkeit des Lernens: Von der Idee zum Algorithmus kreatives und logisches Denken verschiedene Zugangsweisen zu einem Problem Weitere Argumente: Schnittstellen zur Mathematik Propädeutische Funktion

16 Vernachlässigung der Programmierung Resultierende Probleme Fehlende Vermittlung von Schlüsselkompetenzen Abhängigkeit von Bildung bzw. neuen Technologien Fachkräftemangel im MINT-Bereich

17 Ziele des empirischen Vorhabens Können bzw. wollen angehende Lehrkräfte die Programmierung in der Schule unterrichten? Programmierungskompetenzen der Lehrenden Einstellung der Lehrenden zur Programmierung und zum PC-Einsatz Einfluss der Programmiersprache Scratch Eignet sich Scratch für... die Aneignung von Programmierungskompetenzen? die Beeinflussung der Einstellungen angehender Lehrkräfte?

18 Was ist Scratch? Rahmenbedingungen Universität Vechta Lehrveranstaltung im BA Combined Studies - Mathematik 88 Probanden Panelstudie: (Pre- und Posttest) Erhebungszeitraum: 2. und 3. KW 2013 Vorerfahrungen der Probanden Grundkenntnisse der Programmierung und PC-Anwendung aus bisherigen Lehrveranstaltungen

19 Was ist Scratch? Untersuchungszeitraum Pretest Vorlesung (2.KW) Übungen (3.KW) Posttest

20 Gestaltung der Tests Kombination: Item Batterien - Likert Skala Einstellung bzgl. der Programmierung Einstellung bzgl. der PC-Nutzung in der Schule Einstellung bzgl. Scratch (Posttest) Aufgaben zum Programmierungsverständnis Kompaktes, effizientes Programmieren Korrektur logischer Fehler in Algorithmen

21 Aufgabe 1: Kompaktes, effizientes Programmieren a 3 e a + 2 a e m 5 8 x m 2 m m + e e e 1 m m + e e e 1 m m + e e e 1 t x + 3 Gib aus: m Fiktiver Algorithmus ohne Kontext Aufgabe: Algorithmus kompakt aufbereiten Nutzbarmachung von Strukturelementen

22 Aufgabe 1: Kompaktes, effizientes Programmieren a 3 e a + 2 a e m 5 8 x m 2 m m + e e e 1 m m + e e e 1 m m + e e e 1 t x + 3 Gib aus: m Fiktiver Algorithmus ohne Kontext Aufgabe: Algorithmus kompakt aufbereiten Nutzbarmachung von Strukturelementen

23 Aufgabe 1: Kompaktes, effizientes Programmieren a 3 e a + 2 a e m 5 8 x m 2 m m + e e e 1 m m + e e e 1 m m + e e e 1 t x + 3 Gib aus: m Optimale Lösung a 3 e a + 2 m 5 8 e 3 m m + e e e 1 Gib aus: m Fiktiver Algorithmus ohne Kontext Aufgabe: Algorithmus kompakt aufbereiten Nutzbarmachung von Strukturelementen

24 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 1 Kategorie 1: Optimale Lösungen

25 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 1 Kategorie 1: Optimale Lösungen Kategorie 2: Schleife wurde eingearbeitet. Algorithmus enthält für die Ausgabe irrelevante Anweisungen.

26 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 1 Kategorie 1: Optimale Lösungen Kategorie 2: Schleife wurde eingearbeitet. Algorithmus enthält für die Ausgabe irrelevante Anweisungen. Kategorie 3: Schleife wurde eingearbeitet. Ausgabe des Algorithmus unterscheidet sich von der Ausgabe des vorgegebenen Algorithmus.

27 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 1 Kategorie 1: Optimale Lösungen Kategorie 2: Schleife wurde eingearbeitet. Algorithmus enthält für die Ausgabe irrelevante Anweisungen. Kategorie 3: Schleife wurde eingearbeitet. Ausgabe des Algorithmus unterscheidet sich von der Ausgabe des vorgegebenen Algorithmus. Kategorie 4: Schleife wurde erkannt. Lösungsvorschläge wurden nicht erbracht.

28 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 1 Kategorie 1: Optimale Lösungen Kategorie 2: Schleife wurde eingearbeitet. Algorithmus enthält für die Ausgabe irrelevante Anweisungen. Kategorie 3: Schleife wurde eingearbeitet. Ausgabe des Algorithmus unterscheidet sich von der Ausgabe des vorgegebenen Algorithmus. Kategorie 4: Schleife wurde erkannt. Lösungsvorschläge wurden nicht erbracht. Kategorie 5: Falscher bzw. diffuser Ansatz

29 Aufgabe 2: Korrektur logischer Fehler a 0 b 10 ε 0, 001 c a+b 2 d c 2 d 2 ε wahr a c c a+b 2 d c 2 Gib aus: c 2 > d falsch b c Kontext: Algorithmus soll Näherungswert für 2 ausgeben Aufgabe: Fehlersuche Pretest : Fehler in Schleifeneintrittsbedingung Posttest: Fehler in der Selektionsbedingung

30 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 2 Kategorie 1: Fehlerverursachender Baustein wird gefunden; Korrektur gemäß der Aufgabenstellung

31 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 2 Kategorie 1: Fehlerverursachender Baustein wird gefunden; Korrektur gemäß der Aufgabenstellung Kategorie 2: Fehlerverursachender Baustein wird gefunden; Korrektur entspricht nicht der Aufgabenstellung

32 Kategorisierung des Datenmaterials: Aufgabe 2 Kategorie 1: Fehlerverursachender Baustein wird gefunden; Korrektur gemäß der Aufgabenstellung Kategorie 2: Fehlerverursachender Baustein wird gefunden; Korrektur entspricht nicht der Aufgabenstellung Kategorie 3: Proband bearbeitet die Aufgabe ohne zielführenden Ansätze

33 Datenauswertung Was ist Scratch? Libre Office Calc R Studio

34 Testergebnisse: Programmierungskompetenzen Testergebnisse zu Aufgabe 1: Kompaktes, effizientes Programmieren Prozent Pretest Posttest Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3 Kategorie 4 Kategorie 5 Art der Lösung Wilcox-Test: Signifikanter Kompetenzzuwachs (p = 0, 3%) Nicht bearbeitet: Pretest: 5,7 % Posttest: 0%

35 Testergebnisse: Programmierungskompetenzen Testergebnisse zu Aufgabe 2: Korrektur logischer Fehler Prozent Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3 Art der Lösung Pretest Posttest Wilcox-Test: Signifikanter Kompetenzzuwachs (p = 0, 03%) Nicht bearbeitet: Pretest: 31,8 % Posttest: 21,6%

36 Einstellung: PC-Einsatz in der Schule Einstellung zum schulischen PC Einsatz Positiv Neutral Negativ 40 Prozent Pretest Posttest Beobachtung: Etwas negativere Einstellung im Posttest

37 Einstellung: Programmierung Einstellung zur Programmierung Positiv Neutral Negativ 40 Prozent Pretest Posttest Einstellungsänderung zugunsten der Programmierung Signifikanter Einstellungswandel (Wilcox-Test: p = )

38 Einstellung: Programmierung in der Grundschule? Item: Die Programmierung ist für die Grundschule ein zu komplexes Themenfeld Positiv Neutral Negativ 40 Prozent Pretest Posttest Meinung: Programmierung ist zu komplex für die Grundschule

39 Einstellung: Scratch in der Grundschule? Item Batterie: Scratch ist für die Grundschule geeignet pro neutral contra 50 Prozent Pro Neutral Contra Meinung: Scratch ist für die Grundschule geeignet

40 Einstellung: Scratch für meinen Werdegang? Item: Scratch ist für meinen Werdegang als Lehrkraft bedeutsam (Grundschule) 50 pro neutral contra Prozent Pro Neutral Contra Meinung: Grundschullehrer halten Scratch nicht für ihren Werdegang bedeutsam.

41 Inhalt Was ist Scratch? Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch 1 Scratch: Theoretische Grundlagen Motivation und Ziele von Scratch Wesen und Funktionsweise Forschungsstand 2 3 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch

42 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch Erkenntnisse der Untersuchung Aneignung von Programmierungskompetenzen mit Scratch Deutlicher Kompetenzzuwachs: Kompaktes, effizientes Programmieren Korrektur logischer Fehler

43 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch Erkenntnisse der Untersuchung Aneignung von Programmierungskompetenzen mit Scratch Deutlicher Kompetenzzuwachs: Kompaktes, effizientes Programmieren Korrektur logischer Fehler Einstellung zur Programmierung Einstellungswandel zugunsten der Programmierung allgemein Aber: Fachlicher Anspruch nicht mit Grundschule vereinbar

44 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch Erkenntnisse der Untersuchung Aneignung von Programmierungskompetenzen mit Scratch Deutlicher Kompetenzzuwachs: Kompaktes, effizientes Programmieren Korrektur logischer Fehler Einstellung zur Programmierung Einstellungswandel zugunsten der Programmierung allgemein Aber: Fachlicher Anspruch nicht mit Grundschule vereinbar Einstellung zu Scratch Eignung für die Grundschule wird ausgesprochen Aber: Studierende sehen keine Bedeutung für ihren weiteren Werdegang

45 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch für den Umgang mit Scratch Zielgerichteter Einsatz Scratchs in der universitären Lehre Vermittlung von Programmierungskompetenzen Abbau negativer Haltungen gegenüber der Programmierung Scratch als Angebot für die Grundschule

46 Erkenntnisse aus der Untersuchung Umgang mit Scratch für den Umgang mit Scratch Zielgerichteter Einsatz Scratchs in der universitären Lehre Vermittlung von Programmierungskompetenzen Abbau negativer Haltungen gegenüber der Programmierung Scratch als Angebot für die Grundschule Zu beachten: Kritischer Umgang ist unerlässlich Ziele des Unterrichts bestimmen den Einsatz einer Programmiersprache Alternativen anbieten

47 Zusammenfassung 1 Scratch eignet sich für die Vermittlung von Programmierungskompetenzen. 2 Scratch baut negative Haltungen gegenüber der Programmierung ab.

48 Zusammenfassung 1 Scratch eignet sich für die Vermittlung von Programmierungskompetenzen. 2 Scratch baut negative Haltungen gegenüber der Programmierung ab. Ausblick - Forschung Können Programmierungskompetenzen bereits in der Grundschule entwickelt werden? Unterstützen Programmierungskompetenzen notwendige mathematische Kompetenzen der Grundschule?

49 Diskussion Wie kann eine unterrichtliche Aufbereitung von Programmierungsaspekten in der Grundschulpraxis (mittels Scratch) gelingen?