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Theory of Computation as a Vehicle for Teaching Fundamental Concepts of Computer Science

Thesis 15035, ETH Zürich, D-INFK, May 2003
Buchcover
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iconZusammenfassungen

Raimond ReichertIn der heutigen Informationsgesellschaft sind Kenntnisse der Grundlagen von Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) eine Schlüsselqualifikation und müssen Teil der Allgemeinbildung werden. Zentrale Themen der Informatik sind die Konzepte der Formalisierung sowie des Programmierens. Das Unterrichten dieser Konzepte als Teil der Allgemeinbildung ist eine anspruchsvolle Herausforderung. Existierende Ansätze sind typischerweise zeitaufwendig, obwohl Zeit in Schulen eine knappe Resource ist. Es gibt einen Bedarf für intuitive, benutzerfreundliche, qualitativ hochstehende Lernumgebungen als Unterst ützung für das Lehren und Lernen der Grundlagen von ICT im Rahmen der zur Verfügung stehenden Zeit.
Unser Ansatz verwendet die theoretische Informatik als Mittel zum Zweck, um ausgewählte Grundlagen der Informatik zu unterrichten. Die Hauptbeiträge dieser Dissertation sind die Kara-Lernumgebungen, die in diesem Text beschrieben sind. Ein Ziel der Umgebungen ist es, den Benutzern zu ermöglichen, innerhalb einer Stunde ihr erstes Programm erfolgreich schreiben können. Die Umgebungen basieren auf endlichen Automaten und umfassen:
  1. Eine Einführung in die Programmierung, die sich an Leute ohne Programmiererfahrung richtet (die Kara-Umgebung).
  2. Eine Einführung in die theoretische Informatik anhand von zweidimensionalen Turing Maschinen für Studierende, die sich mit der Theorie der Berechenbarkeit auseinander setzen (die TuringKara-Umgebung).
  3. Einen Ansatz zum Unterrichten grundlegender Konzepte der nebenläufigen Programmierung in einer anschaulichen Art undWeise, der auf verschiedenen Stufen eingesetzt werden kann (MultiKara).
  4. Einen reibungslosen übergang zum Programmieren mit Java für Leute, die mit Java oder ähnlichen Sprachen nicht vertraut sind (JavaKara).
Die grosse Verbreitung der Kara-Umgebungen an vielen Schulen auf unterschiedlichen Stufen und das sehr positive Feedback von Lehrenden und Lernenden haben uns überzeugt, dass der Theorie-basierte Ansatz von Kara erfolgreich ist und dass es sich lohnt, diesen Ansatz weiter zu verfolgen.
Von Raimond Reichert in der Dissertation Theory of Computation as a Vehicle for Teaching Fundamental Concepts of Computer Science (2003)

iconKapitel  Unter den anklickbaren Kapiteln finden Sie Informationen über einzelne Teile des gewählten Werks.

  • 1. ICT: A Challenge for the Information Society
  • 2. Theory of Computation as a Vehicle for Teaching Programming
  • 3. Kara - Introduction to Programming for Beginners
  • 4. TuringKara - Two-Domensional Turing Machines
  • 5. MultiKara - Introduction to Concurrent Programming
  • 6. JavaKara
  • 7. Experience and Evaluation

iconDiese Doktorarbeit erwähnt ...


Personen
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Kent Beck, Mordechai Ben-Ari, Joseph Bergin, B. S. Bloom, Dietrich Boles, Benedict du Boulay, Valentin Braitenberg, Rodney Brooks, Jerome S. Bruner, Peter Brusilovsky, Eduardo Calabrese, D. E. Comer, Allen Cypher, Peter Denning, A. K. Dewdney, Edsger W. Dijkstra, Erich Gamma, David Gries, Mark Guzdial, Werner Hartmann, Richard Helm, Jozef Hvorecky, Ralph Johnson, Ken Kahn, Anatoly Kouchnirenko, Bertrand Meyer, Philip Miller, John Monk, Michael C. Mulder, Jürg Nievergelt, Tim O'Shea, Seymour Papert, Richard E. Pattis, Jef Raskin, Raimond Reichert, Jim Roberts, David Canfield Smith, Elliot Soloway, Jim Spohrer, Mark Stehlik, Allen Tucker, Alan Turing, A. Joe Turner, John Vlissides, Niklaus Wirth, Paul R. Young

Fragen
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Welche Ausbildung wird in der Informationsgesellschaft benötigt?

Begriffe
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Algorithmusalgorithm, Alice.org, Allgemeinbildunggeneral education, Church-Turing-These, computer literacycomputer literacy, Fundamentale Ideen, Fundamentale Ideen der Informatik, ICTICT, Informatik-Unterricht (Fachinformatik)Computer Science Education, Interaktivitätinteractivity, Java, Kara, Konstruktionismusconstructionism, Lernenlearning, Lernsoftware, LOGO (Programmiersprache)LOGO (programming language), Programmierenprogramming, Programmiersprachenprogramming languages, Roboterrobot, Taxonomien von Bloom, Theorietheory, Turing-Maschineturing machine, UsabilityUsability, Visualisierungvisualization
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Bücher
Jahr  Umschlag Titel Abrufe IBOBKBLB
1956  Taxonomy of educational objectives (B. S. Bloom) 6, 3, 8, 6, 4, 11, 9, 7, 5, 4, 2, 81022582681
1960 local secure The Process of Education (Jerome S. Bruner) 10, 4, 9, 7, 5, 7, 10, 5, 7, 5, 5, 117016112358
1972  Systematisches Programmieren (Niklaus Wirth) 1, 4, 8, 7, 3, 5, 11, 3, 4, 1, 5, 4111043426
1981Karel the Robot (Richard E. Pattis) 2, 4, 7, 2, 3, 6, 9, 4, 4, 4, 2, 52135417
1982 local secure web Mindstorms (Seymour Papert) 8, 8, 17, 20, 14, 12, 24, 11, 14, 21, 30, 2522945255089
1984Vehicles (Valentin Braitenberg) 4, 5, 5, 5, 3, 4, 10, 3, 4, 3, 3, 523251116
1988 local secure Studying the Novice Programmer (Elliot Soloway, Jim Spohrer) 2, 1, 6, 4, 2, 5, 11, 3, 3, 2, 2, 449444139
1989The Turing Omnibus (A. K. Dewdney) 8000
1990  Principles of Concurrent and Distributed Programming (Mordechai Ben-Ari) 1, 1, 2, 4, 6, 2, 2, 4, 1, 2, 2, 3363323
1995  local secure Design Patterns (Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides) 9, 6, 10, 5, 6, 9, 10, 4, 2, 7, 3, 9421393965
1996Karel++ (Joseph Bergin, Mark Stehlik, Jim Roberts, Richard E. Pattis) 1, 1, 3, 6, 2, 3, 4, 1, 1, 1, 3, 3553325
1997Object-oriented software construction 2nd Ed. (Bertrand Meyer) 1, 3, 7, 2, 1, 2, 8, 5, 5, 5, 4, 6646782
1999  local secure extreme Programming explained (Kent Beck) 3, 2, 7, 2, 2, 3, 7, 1, 2, 2, 3, 517155995
1999 local secure Programmieren spielend gelernt (Dietrich Boles) 2, 6, 5, 5, 1, 2, 9, 5, 3, 2, 2, 4954646
2000  The Humane Interface (Jef Raskin) 4, 1, 7, 6, 1, 5, 5, 1, 2, 1, 3, 59105828
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Texte
Jahr  Umschlag Titel Abrufe IBOBKBLB
1936On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem (Alan Turing) 8, 2, 5, 7, 1, 3, 7, 6, 3, 2, 4, 940392293
1981 local secure The black box inside the glass box (Benedict du Boulay, Tim O'Shea, John Monk) 1, 1, 3, 7, 5, 4, 5, 1, 3, 2, 1, 616146328
1989 local secure On the cruelty of really teaching computing science (Edsger W. Dijkstra) 1, 6, 4, 4, 1, 3, 5, 3, 4, 3, 4, 5191051924
1989 local secure web Computing as a Discipline (Peter Denning, D. E. Comer, David Gries, Michael C. Mulder, Allen Tucker, A. Joe Turner, Paul R. Young) 1, 3, 6, 3, 3, 4, 9, 1, 2, 1, 2, 32073148
1991 local secure web Intelligence without representation (Rodney Brooks) 3, 2, 3, 5, 4, 2, 4, 6, 1, 1, 1, 311123818
1994 local secure web KidSim (David Canfield Smith, Allen Cypher, Jim Spohrer) 1, 1, 1, 3, 6, 3, 2, 6, 2, 2, 2, 11231237
1995 local secure web ToonTalk (Ken Kahn) 6600
1995 local secure web Welchen Wert haben theoretische Grundlagen für die Berufspraxis? (Jürg Nievergelt) 3, 1, 5, 5, 1, 5, 4, 2, 2, 2, 2, 51485522
1997 local secure web Mini-languages (Peter Brusilovsky, Eduardo Calabrese, Jozef Hvorecky, Anatoly Kouchnirenko, Philip Miller) 1, 4, 6, 3, 1, 4, 8, 1, 2, 1, 1, 311123395
1999  local secure web Roboter programmieren - ein Kinderspiel (Jürg Nievergelt) 1, 2, 5, 4, 4, 5, 8, 3, 4, 2, 1, 682562672
2000 local secure web Ein spielerischer Einstieg in die Programmierung mit Java (Raimond Reichert, Jürg Nievergelt, Werner Hartmann) 7, 1, 7, 5, 2, 2, 6, 3, 3, 6, 1, 511651375
2001 local secure web Programming in schools - why, and how? (Raimond Reichert, Jürg Nievergelt, Werner Hartmann) 50, 9, 3, 5, 1, 4, 8, 6, 10, 10, 9, 53225966
2001 local secure web Kara, finite state machines, and the case for programming as part of general education (Werner Hartmann, Jürg Nievergelt, Raimond Reichert) 2, 5, 2, 6, 7, 3, 4, 6, 1, 1, 2, 34153586
2002 local secure web Teaching the Nintendo Generation to Program (Mark Guzdial, Elliot Soloway) 2, 3, 42, 6, 5, 3, 3, 13, 1, 1, 2, 516651299
2002 local secure web Informatik und Bildung zwischen Wandel und Beständigkeit (Werner Hartmann, Jürg Nievergelt) 5, 14, 9, 8, 5, 6, 9, 7, 8, 9, 5, 141659143534

iconDiese Doktorarbeit  erwähnt nicht ... Eine statistisch erstelle Liste von nicht erwähnten (oder zumindest nicht erfassten) Begriffen, die aufgrund der erwähnten Begriffe eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen, erwähnt zu werden.

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iconErwähnungen  Dies ist eine nach Erscheinungsjahr geordnete Liste aller im Biblionetz vorhandenen Werke, die das ausgewählte Thema behandeln.

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Exorciser

Automatic Generation and Interactive Grading of Structured Exercises in the Theory of Computation

(Vincent Tscherter) (2004)  local secure web 

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Beat ( 06.07.2003), Werner

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iconBeat und Diese Doktorarbeit

Beat war Co-Leiter des ICT-Kompetenzzentrums TOP während er Diese Doktorarbeit ins Biblionetz aufgenommen hat. Die bisher letzte Bearbeitung erfolgte während seiner Zeit am Institut für Medien und Schule. Beat besitzt ein physisches und ein digitales Exemplar. Eine digitale Version ist auf dem Internet verfügbar (s.o.). Es gibt bisher nur wenige Objekte im Biblionetz, die dieses Werk zitieren.

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