Stephan Salinger. Institut für Informatik Arbeitsgruppe Software Engineering

Transkript

1 Grundlagen und Basisstrukturen für die Visualisierung konzeptueller Beschreibungen von Programmiermikroprozessen Stephan Salinger Institut für Informatik Arbeitsgruppe Software Engineering

2 Überblick Was diese Präsentation will: Grundlage bilden für eine Diskussion über die Visualisierung von konzeptionellen Beschreibungen von Programmiermikroprozessen Speziell soll geklärt werden: In wie weit tragen die bisher erarbeiteten generischen Kodierkonzepte (Stand: ) bei einer Umsetzung der Visualisierung Was diese Präsentation leistet: Kurzeinführung in das Forschungsumfeld (Thematik und Methodik), in dem die Visualisierung verwendet werden soll Beschreibung der entwickelten generischen Kodierkonzepte und deren Umsetzung mittels der QDA-Software ATLAS.ti Was diese Präsentation nicht leistet (aber zum Teil voraussetzt): Detaillierte Einführung in Paarprogrammierung, Programmierfehler, qualitative Forschungsmethodiken, Grounded Theory, ATLAS.ti und allgemeine Visualisierungsaspekte Festlegung, wie die Visualisierung "aussieht" Stephan Salinger, Institut für Informatik 2/41

3 Aufbau 1. Einführung in das Umfeld der geplanten Visualisierung Forschungsgegenstand Forschungsmethodik Werkzeug Probleme 2. Generische Kodierkonzepte 3. Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti 4. Grundfunktionalitäten einer Visualisierung Stephan Salinger, Institut für Informatik 3/41

4 Forschungsgegenstand und -methodik (1) Ziel der Forschung: Untersuchung der Arbeitsweise von Programmierern unter verschiedenen Gesichtspunkten Paarprogrammierung: Zwei Programmierer arbeiten zusammen an einem Rechner Entstehung von Programmierfehlern Datenerhebung: Detaillierte Beobachtung von Programmiersitzungen Synchrone Aufzeichnung der Aktivitäten Desktop Video Audio Stephan Salinger, Institut für Informatik 4/41

5 Forschungsgegenstand und -methodik (2) Das Datenmaterial sind beispielsweise Videodateien mit nachstehendem Aufbau Stephan Salinger, Institut für Informatik 5/41

6 Forschungsgegenstand und -methodik (3) Analyse der Daten/Forschungsmethodik: Qualitative Analyse des Datenmaterials z.b. Grounded Theory (GT) GT ist keine Theorie, wie der Namen vielleicht vermuten lässt, sondern ein Forschungsstil Methodik zur Entwicklung einer datenverankerten Theorie GT ist eine handlungs- und interaktionsorientierte Methode der Theorieentwicklung Ein Kernarbeitsschritt von GT ist das Kodieren: Bildung von Konzepten/Kategorien und die Zuordnung von Daten (Indikatoren) zu diesen - Vereinfacht ausgedrückt: Es werden konzeptionell beschreibende Labels an bestimmte Stellen im Datenmaterial gehängt (z.b. "Dokumentation lesen") GT besteht noch aus einer Vielzahl von weiteren Methodiken, die aber im Detail hier nicht weiter ausgeführt werden sollen Stephan Salinger, Institut für Informatik 6/41

7 Forschungsgegenstand und -methodik (4) Analyse der Daten/Kodieren: GT: Analyse von Daten durch Bildung (und Verfeinerung und Ordnung) von Konzepten Phänomene im Datenmaterial werden durch den Kodierer identifiziert Im Videomaterial z.b. ein Ausschnitt, in dem etwas "Auffälliges" passiert Ein identifiziertes Phänomen wird mit einem (evtl. neu zu definierenden Konzept) annotiert Z.B. mit "Dokumentation heranziehen" Konzepte werden in GT also erst im Verlauf des Kodierprozesses gebildet GT ist unter diesem Blickpunkt eine explorative Forschungsmethodik Als Werkzeug für das Kodieren wird die QDA-Software ATLAS.ti verwendet Stephan Salinger, Institut für Informatik 7/41

8 Forschungsgegenstand und -methodik (5) Analyse der Daten/ATLAS.ti : Stephan Salinger, Institut für Informatik 8/41

9 Forschungsgegenstand und -methodik (6) Analyse der Daten/Kodieren mit ATLAS.ti: Definieren eines Abschnittes (Quotation) von Interesse im Videomaterial Annotieren des Abschnittes mit Codes Evtl. verlinken des Abschnittes mit anderen Abschnitten Visualisierung ist ausschließlich über so genannte Networkviews möglich Stephan Salinger, Institut für Informatik 9/41

10 Forschungsgegenstand und -methodik (7) Probleme bei der Verwendung von ATLAS.ti: Programmiermikroprozesse haben eine zeitlichen Verlauf, dieser kann auf konzeptueller Ebene in ATLAS.ti nicht (gefiltert) visualisiert werden Networkviews geben keine Information über die zeitliche (und inhaltliche) Verteilung von Konzepten Achtung: Die Annotierung von Konzepten an Videointervalle birgt ein weiteres Problem: Gilt das Konzept über das gesamte Intervall hinweg? - Die einzige Lösung, das Bilden von sehr kurzen Quotations, ist nicht wirklich praktikabel! Keine Muster über die Zeit hinweg erkennbar Keine Visualisierung von auf bestimmte Interessen hin gefilterten Informationen über die Zeit hinweg möglich Stephan Salinger, Institut für Informatik 10/41

11 Aufbau 1. Einführung in das Umfeld der geplanten Visualisierung Forschungsgegenstand Forschungsmethodik Werkzeug Probleme 2. Generische Kodierkonzepte 3. Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti 4. Grundfunktionalitäten einer Visualisierung Stephan Salinger, Institut für Informatik 11/41

12 Generische Kodierkonzepte (1) Motivation (Wofür brauchen wir definierte generische Kodierkonzepte?): Um die Kodierung von Programmierprozessen visualisieren zu können, muss klar sein, welche Objekte und Operationen hierbei auftreten (Im Prinzip wollen wir "Spuren" sehen. Hauptaufgabe des generischen Kodierkonzeptes ist es, solche zu definieren.) Diese Objekte und Operationen sollten möglichst so generisch sein, dass sie in unterschiedlichen qualitativen Forschungssituationen angewendet werden können sich an gängigen Objekten und Methoden (z.b. aus der GT) orientieren (und somit GT oder ähnliches erlauben) besonders in Hinblick auf die Kodierung von Daten mit zeitlichem Verlauf konzipiert sein (eine möglichst einfache Umsetzung in ATLAS.ti erlauben) Es werden eine Reihe von Objekten definiert, mit deren Hilfe später die für die Visualisierung interessanten Objekte konstruiert werden können Stephan Salinger, Institut für Informatik 12/41

13 Generische Kodierkonzepte (2) Abschnitte: Abschnitte sind zusammenhängende Bereiche im Datenmaterial, in denen ein oder mehrere Phänomene beobachtet werden z.b. Intervalle in einem Video Besitzen u.a. einen Namen und optional eine Beschreibung Bei Videoabschnitten z.b. auch einen Anfangspunkt und eine Länge Konzepte: Konzeptionelle Bezeichnungen oder Etiketten, die einzelnen Ereignissen, Vorkommnissen oder anderen Beispielen für Phänomene zugeordnet werden Besitzen einen Namen und optional eine Beschreibung Bei der Paarprogrammierung z.b. "Driverwechsel" Annotieren: Der Prozess der Zuordnung von Konzepten zu Abschnitten Ein Abschnitt kann prinzipiell mit beliebig vielen Konzepten annotiert werden Annotation: Die konkrete Zuordnung (als Relation) eines Konzeptes zu einem Abschnitt Stephan Salinger, Institut für Informatik 13/41

14 Generische Kodierkonzepte (3) Konzeptklassen: Als strukturierendes Hilfsmittel zerfällt die Menge aller Konzepte in so genannt Konzeptklassen Diese Klassen sind frei definierbar Im Prinzip nur durch einen Namen und ggf. eine Beschreibung Die Anzahl solcher Klassen ist im Prinzip unbeschränkt Ein Konzept kann in mehreren Klassen enthalten sein Konzeptklassen sind i.a. Zusammenfassungen von Konzepten nach semantischen Gesichtspunkten Beispiele für Konzeptklassen aus der bisherigen Analyse von Programmiermikroprozessen: Aktivitäten: Beschreiben Phänomene, die sich über ein gewisses Intervall erstrecken, z.b. "Kodieren" Ereignisse: Bezeichnen Phänomene, die im Prinzip keine zeitliche Ausdehnung haben, z.b. "Driverwechsel" Stephan Salinger, Institut für Informatik 14/41

15 Generische Kodierkonzepte (4) Eigenschaften: Eigenschaften charakterisieren die einzelnen Annotationen von Konzepten genauer Eigenschaften sind (GT folgend) selber Konzepte Es gelten folgende Regeln: Eigenschaften werden unabhängig von bestimmten anderen Eigenschaften selber als Konzepte definiert. Eigenschaften können durch eine definierte Relation anderen Konzepten zugewiesen werden. Erst diese Zuweisung macht sie eigentlich zu Eigenschaften. Eigenschaften besitzen Ausprägungen. Diese Ausprägungen stellen die möglichen Werte der Eigenschaft dar. Ausprägungen werden durch eine bestimmte Relation an Eigenschaften zugewiesen. Beim Annotieren eines Konzeptes müssen nicht alle Eigenschaften verwendet werden. Eigenschaften kann man als eigene Konzeptklasse begreifen Stephan Salinger, Institut für Informatik 15/41

16 Generische Kodierkonzepte (5) Beispiel für Eigenschaften und Ausprägungen: Zielsetzung Konkrete Information finden Dokumentation heranziehen Inspiration Navigation Zielgerichtet Konzept Eigenschaften Ausprägungen Stephan Salinger, Institut für Informatik 16/41

17 Generische Kodierkonzepte (6) Vererbung von Annotationen: Ausgangssituation: Abschnitte können ineinander enthalten sein Dies kann z.b. dafür verwendet werden, um nur Teilbereichen eines Abschnittes ein bestimmtes Konzept zuzuordnen Für einen Abschnitt A2, der vollständig in einem Abschnitt A1 liegt, gilt, dass eine Annotation für A1 implizit auch für A2 gilt Dieses Vorgehen liefert eine Ersparnis von Annotationen und redundanten Informationen Stephan Salinger, Institut für Informatik 17/41

18 Generische Kodierkonzepte (7) Nebeneffekt der Vererbung von Annotationen: Das geschilderte Vererbungskonzept erlaubt Mehrfachvererbung: Überschneidet sich beispielsweise ein Abschnitte A1 (mit einem annotierten Konzept K1) mit einem Abschnitt A2 (mit einem annotierten Konzept K2) und liegt in diesem Durchschnitt ein Abschnitt A3, so erbt A3 die Konzepte K1 und K2. A1 A3 A2 K1 K2 Stephan Salinger, Institut für Informatik 18/41

19 Generische Kodierkonzepte (8) Primärannotationen: Man betrachte alle zu einem Abschnitt gehörenden Annotationen: Direkt annotierte Annotationen und geerbte Annotationen Diese Menge kann man in Teilmengen nach der Zugehörigkeit der Konzepte zu Konzeptklassen zerfallen lassen Jeder dieser Teilmengen besteht potentiell aus mehr als ein oder zwei Annotationen Oft ist es aber hilfreich, eine oder mehrere Annotationen aus so einer Menge herauszugreifen und diesen eine besondere Bedeutung zu geben Solche Annotationen sollen Primärannotationen heißen Primärannotationen beziehen sich also immer auf ein bestimmtes (zeitliches) Intervall und eine bestimmte Konzeptklasse Stephan Salinger, Institut für Informatik 19/41

20 Generische Kodierkonzepte (9) Beispiel für Primärannotationen bei Programmiermikroprozessen: Oft ist es interessant, die Hauptaktivität (Konzept der Konzeptklasse Aktivität) in einem Intervall zu markieren Falls sich beispielsweise bei der Paarprogrammierung das Paar in einem bestimmten Intervall trennt, kann es zu zwei gleichzeitig gültigen Primärannotationen (bzgl. der Konzeptklasse Aktivität) kommen Achtung: Die Festlegung von Primärannotationen spiegelt in der Regel den Blickwinkel des Kodierers auf die Daten wider Sekundärannotationen Alle Annotationen die nicht Primärannotationen sind Stephan Salinger, Institut für Informatik 20/41

21 Generische Kodierkonzepte (10) Spuren von Annotationen: Annotationen können so genannten Spuren zugewiesen werden Spuren repräsentieren einen bestimmten Blick des Kodierers auf eine zeitliche Abfolge von ausgewählten Annotationen Standardverfahren zum Definieren von Spuren sind: Auswahl aller Annotationen eines bestimmten Konzeptes Auswahl aller Annotationen einer bestimmten Konzeptklasse Auswahl aller Primärannotationen einer bestimmten Konzeptklasse Beispiel für eine Spur bei Programmiermikroprozessen: Abfolge aller Hauptbeschäftigungen Stephan Salinger, Institut für Informatik 21/41

22 Generische Kodierkonzepte (11) Verlinkung von Abschnitten: Abschnitte können durch bestimmte, definierbare, wiederverwendbare Relationen miteinander verlinkt werden Diese Relationen besitzen zumindest einen Namen und ggf. eine Richtung Optional haben sie eine Beschreibung Durch die Verlinkung können beispielsweise zeitliche und inhaltliche Zusammenhänge zw. Abschnitte festgehalten werden Beispiel für die Verlinkung von Abschnitten bei Programmiermikroprozessen: Ordnung aller Abschnitte, in denen ein Programmierer an einem bestimmten Teilstück Kode arbeitet Stephan Salinger, Institut für Informatik 22/41

23 Generische Kodierkonzepte (11) Verlinkung von Konzepten: Auch Konzepte können durch bestimmte, definierbare, wiederverwendbare Relationen miteinander verlinkt werden Diese Relationen besitzen wieder zumindest einen Namen und ggf. eine Richtung Optional haben sie eine Beschreibung Durch solche Relationen können beispielsweise die schon erwähnten Beziehungen zw. Konzepten und ihren Eigenschaften ausgedrückt werden Stephan Salinger, Institut für Informatik 23/41

24 Aufbau 1. Einführung in das Umfeld der geplanten Visualisierung Forschungsgegenstand Forschungsmethodik Werkzeug Probleme 2. Generische Kodierkonzepte 3. Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti 4. Grundfunktionalitäten einer Visualisierung Stephan Salinger, Institut für Informatik 24/41

25 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (1) Ziel: Modellierung der generischen Kodierkonzepte mit Hilfe der Objekte in ATLAS.ti Primary Documents (PDs) Quotations Codes Families Durchführung von visualisierbaren Kodierungen von Programmiermikroprozessen Zum großen Teil existiert eine 1-zu-1-Abbildung zwischen den generische Konzepten und den Objekten in ATLAS.ti Die Umsetzungen sind aber nicht in jedem Fall durch ATLAS.ti vorgegeben, sondern wurden im Rahmen der ersten Kodierungen von Programmiermikroprozessen entwickelt Stephan Salinger, Institut für Informatik 25/41

26 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (2) Daten sind Primary Documents (PDs) ATLAS.ti kann in einem Projekt (Hermeneutic Unit (HU)) prinzipiell beliebig viele PDs halten PDs können Textdokumente (plain, RTF), Bilder und Videos (MPEG) sein Wir können unsere Daten also direkt mit ATLAS.ti verwalten Stephan Salinger, Institut für Informatik 26/41

27 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (3) Abschnitte sind Quotations: Teile von PDs können in ATLAS.ti als sogenannte Quotations markiert werden Videoquotations sind Instanzen mit Attributen wie Name, Startzeitpunkt, Länge (jeweils in Anzahl Frames) etc. Sie können also verwendet werden um bestimmte Phänomene im Videomaterial "herauszuschneiden"/zu markieren Quotations können ineinander enthalten sein oder sich schneiden Stephan Salinger, Institut für Informatik 27/41

28 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (4) Phänomene in Teilphänomen zerlegen: Da Quotations ineinander enthalten sein können, ist die Zerlegung von Phänomene in ATLAS.ti kein Problem, bzw. bedarf eigentlich keiner zusätzlichen Aktionen vom Kodierer Allerdings sind diese Zerlegung in ATLAS.ti nur schwer wieder sichtbar zu machen (z.b. in den Networkviews) Hilfskonstrukt: Deshalb kann man Relationen (part of) verwenden, um die Beziehung zw. Quotations in ATLAS.ti besser sichtbar zu machen Stephan Salinger, Institut für Informatik 28/41

29 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (5) Konzepte sind Codes: Quotations können in ATLAS.ti mit Codes annotiert werden Codes bestehen aus einem Namen und einer optionalen Beschreibung Codes können frei definiert werden Stephan Salinger, Institut für Informatik 29/41

30 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (6) Konzeptklassen (Codeklassen) lassen sich mittels Families modellieren: In ATLAS.ti lassen sich Codes zu so genannten Families zusammenfassen Families besitzen einen Namen, optional eine Beschreibung und die ihnen zugewiesenen Codes Ein Code kann in beliebig vielen Familien liegen Aktivitäten, Ereignisse (oder auch Eigenschaften) sind also in ATLAS.ti Familien Ein Problem in ATLAS.ti ist die Sichtbarkeit der Zugehörigkeit zu Familien im Code Manager, in den Networkviews etc. Aus diesem Grund kann man den Namen der Codes je nach Zugehörigkeit zu Familien mit einem Präfix versehen, z.b. "A.Dokumentation heranziehen" Stephan Salinger, Institut für Informatik 30/41

31 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (7) Details zu Modellierung von Eigenschaften Eigenschaften sind Codes Eigenschaften sind über die ATLAS.ti-Relation "is property of" anderen Codes zugewiesen Eigenschaften müssen nicht exklusiv zu einem anderen Code gehören Auch Ausprägungen von Eigenschaften sind Codes Ausprägungen von Eigenschaften sind über die ATLAS.ti- Relation "is a" Eigenschaften zugewiesen Nicht die Eigenschaften, sondern die Ausprägungen von Eigenschaften werden als Annotationen verwendet Vorsicht: Hier kann es zu Uneindeutigkeiten derart kommen, dass nicht klar ist, zu welchem annotierten Konzept eine annotierte Ausprägung gehört Stephan Salinger, Institut für Informatik 31/41

32 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (8) Beispiel für die Verwendung von (Ausprägungen von) Eigenschaften Stephan Salinger, Institut für Informatik 32/41

33 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (9) Modellierung von Primärannotationen in ATLAS.ti Da sich Abschnitte direkt auf Quotations (inkl. Hierachie) und Konzepte direkt auf Codes (inkl. Vererbung) abbilden lassen, kann die generische Definition vom Primärannotationen direkt übernommen werden D.h.: Die Primärannotation (bzgl. einer Codeklasse C) einer Quotation X ist die Primärannotation (bzg. C) der obersten Quotation Y, die X umschließt und einen Code der Klasse C annotiert hat Besitzt eine Quotation keine übergeordnete Quotation, der ein Code aus C zugeordnet ist, so sind alle ihr direkt zugeordneten Codes von C Primärcodes Achtung: Die Festlegung von Primärcodes ist eine Wahl des Kodierers. Er tut dies durch die Festlegung von Quotations, Annotationen und Codeklassen. Stephan Salinger, Institut für Informatik 33/41

34 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (10) Spuren ATLAS.ti Spuren sind in ATLAS.ti nicht direkt modellierbar bzw. sichtbar Spuren können aber (wie im generischen Konzept) mittels Codes, Codeklassen oder Primärcodes definiert werden Spuren können sich also z.b. wie folgt bilden: Auswahl aller Annotationen eines bestimmten Konzeptes Auswahl aller Annotationen einer bestimmten Konzeptklasse Auswahl aller Primärannotationen einer bestimmten Konzeptklasse Das "Sichtbarmachen" von Spuren ist Aufgabe der Visualisierungssoftware (da ATLAS.ti dies nicht leistet) Stephan Salinger, Institut für Informatik 34/41

35 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (11) Hyperlinks als Relationen zw. Abschnitten In ATLAS.ti können Relationen zw. Quotations definiert und frei verwendet werden. Diese heißen Hyperlinks. Hyperlinks bestehen aus Namen, evtl. Beschreibung, Eigenschaften (symmetrisch/asymmetrisch/transitiv) etc. Hiermit können also beispielsweise inhaltliche Zusammenhänge dargestellt werden. Z.B.: Fortsetzung einer Tätigkeit über mehrere Quotations hinweg Tätigkeiten, die sich auf eine bestimmte Codestelle beziehen Dies wäre ein Hyperlink zw. Quotations in einem Video und einer Quotation in einem Textdokument (mit dem zugehörigen Programmcode) Stephan Salinger, Institut für Informatik 35/41

36 Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti (12) Code-Code-Relationen als Relationen zw. Konzepten In ATLAS.ti können Relationen zw. Codes definiert und frei verwendet werden. Diese heißen Code-Code-Relationen. Code-Code-Relationen bestehen aus Namen, evtl. Beschreibung, Eigenschaften (symmetrisch/asymmetrisch/transitiv) etc. Solche Relationen werden z.b., wie bereits gesehen, zw. Codes und seinen Eigenschaften verwendet. Stephan Salinger, Institut für Informatik 36/41

37 Aufbau 1. Einführung in das Umfeld der geplanten Visualisierung Forschungsgegenstand Forschungsmethodik Werkzeug Probleme 2. Generische Kodierkonzepte 3. Umsetzung der generischen Kodierkonzepte in ATLAS.ti 4. Grundfunktionalitäten einer Visualisierung Stephan Salinger, Institut für Informatik 37/41

38 Grundfunktionalitäten einer Visualisierung (1) Alle Objekte in ATLAS.ti lassen sich innerhalb einer XML-Datei exportieren Eine Visualisierungsssoftware muss dieses Format lesen können und dabei implizite Objekte (wie die oben definierten Spuren) erkennen können Stephan Salinger, Institut für Informatik 38/41

39 Grundfunktionalitäten einer Visualisierung (2) Auswahl/Definition und der darzustellenden Spuren Darstellung von Annotationen (zeitlich proportional) in den Spuren Zoomen in der Menge der ausgewählten Spuren Filtern der Daten in den darzustellenden Spuren nach Teilmengen von Annotationen Verlinkungen (z.b. bzgl. bestimmer Relationen) Eigenschaften Geeignete Darstellung/Einblendung von Eigenschaften an Annotationen Stephan Salinger, Institut für Informatik 39/41

40 Grundfunktionalitäten einer Visualisierung (3) Und wie könnte eine Visualisierung nun grob aussehen? Kodierungsschritt Problem behandeln Kodierungsschritt Primärcodes Doku heranziehen Doku heranziehen Doku heranziehen Sekundärcodes Driverwechsel Ereignisse Autonom/ dominierend D Einwand erheben O Oder anders!? Stephan Salinger, Institut für Informatik 40/41

41 Vielen Dank! Stephan Salinger, Institut für Informatik 41/41