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Debugging im Informatikunterricht

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iconZusammenfassungen

Tilman MichaeliDebugging ist ein Schlüsselproblem des Informatikunterrichts: Programmierfehler zu finden und zu beheben stellt für Schülerinnen und Schüler ein erhebliches Hindernis beim Programmierenlernen dar und ist eine große Quelle für Frustration. Gleichzeitig stehen aber auch die Lehrkräfte vor der enormen Herausforderung, allen Lernenden gleichzeitig gerecht zu werden. Nichtsdestotrotz fehlt es bisher an informatikdidaktischer Forschung, die sich diesem gravierenden schulpraktischen Problem annimmt.
In dieser Arbeit wird gemäß dem Forschungsformat der didaktischen Rekonstruktion der Prozess Debugging aus informatikdidaktischer Sicht aufgearbeitet. Dazu werden zunächst im Zuge der fachlichen Klärung vier Fähigkeiten identifiziert, die Schülerinnen und Schüler für selbstständiges Debugging benötigen: Die Anwendung eines systematischen Debuggingvorgehens, die Anwendung von Debuggingstrategien, die Verwendung von Heuristiken und Mustern für typische Fehler sowie von Werkzeugen. Das daraus resultierende Modell der Debuggingfähigkeiten für Novizen stellt damit die inhaltliche Basis für die Vermittlung von Debugging dar. Weiterhin wird die Perspektive der Lehrkräfte untersucht und analysiert, mit welchen Herausforderungen diese beim Debuggen im Unterricht konfrontiert sind und wie sie mit diesen umgehen. Die Lehrkräfte berichten dabei von großen Schwierigkeiten aufgrund mangelnder Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler bei der Fehlerbehebung. Außerdem unterrichten sie Debugging kaum explizit, da es ihnen an Zeit, Konzepten und Materialien fehlt. Aus ihren Erfahrungen können weiterhin Gestaltungshinweise abgeleitet werden, wie etwa, dass Debugging nicht "auf Vorrat", sondern bei Bedarf unterrichtet und dabei die Selbstständigkeit der Lernenden auch aktiv eingefordert werden sollte. Darüber hinaus werden gesellschaftliche Ansprüche des Debugging untersucht und drei mögliche Beiträge zur Allgemeinbildung identifiziert: Zur Erklärung des Phänomens "fehlerhafte Software" aus der Lebenswelt, bezüglich des Lernens aus Fehlern sowie als Herangehensweise des Computational Thinking für Troubleshooting im Alltag. Daneben werden hinsichtlich der Perspektive der Lernenden Debugging-Lernvoraussetzungen von Schülerinnen und Schülern anhand ihres Vorgehens beim Troubleshooten erhoben, die deren Debuggingvorgehen beeinflussen. So wenden die Lernenden zwar ein systematisches Vorgehen für das Troubleshooten an und beziehen bisherige Erfahrungen und Muster für typische Fehler mit in diesen Prozess ein, haben aber insbesondere Probleme mit dem Aufstellen von (Alternativ-)Hypothesen oder dem Rückgängigmachen von erfolglosen Änderungen. Weiterhin haben sie Schwierigkeiten mit der Anwendung von Strategien wie dem Testen oder einer topographischen Suche, die entsprechend im Informatikunterricht adressiert werden müssen.
Auf dieser Basis werden zehn Gestaltungskriterien für Konzepte und Materialien für das Debugging im Unterricht entwickelt sowie ein konkretes integratives Unterrichtskonzept für den Informatikunterricht entworfen. Die Wirksamkeit der expliziten Vermittlung von Debugging wird anhand des Unterrichtskonzepts empirisch validiert: Die Ergebnisse zeigen dabei die Bedeutung eines systematischen Vorgehens als Grundlage für erfolgreiches Debugging für Novizen auf und verdichten empirisch die These, dass Debugging explizit vermittelt werden sollte. Abschließend wird die Praxiswirksamkeit der Ergebnisse die Gestaltung einer Fortbildung untersucht und bezüglich des Transfers in die Unterrichtspraxis evaluiert. Dabei zeigt sich, dass die professionelle Kompetenz der Lehrkräfte sowie der Stellenwert des Themas Debugging für ihren Unterricht gestiegen ist. Außerdem versuchen sie, eine positive Fehlerkultur im Unterricht zu etablieren, und adaptieren und erweitern dazu die Fortbildungsinhalte.
Zusammenfassend legt diese Arbeit damit die theoretische Grundlage für die Vermittlung von Debugging im Unterricht, indem relevante Debuggingfähigkeiten, unterrichtspraktische Anforderungen und Lernvoraussetzungen identifiziert werden. Darüber hinaus geben die Gestaltungskriterien sowie das evaluierte Unterrichtskonzept eine praxiswirksame Antwort auf die Frage, wie Debugging im Unterricht vermittelt werden kann. Neben diesen inhaltlichen Beiträgen werden im Rahmen dieser Arbeit zudem zwei methodische Beiträge geleistet. So wird einerseits ein Instrument zur Messung von Debuggingleistung und andererseits ein innovativer methodischer Ansatz zur Untersuchung von Troubleshooting-Vorgehensweisen entwickelt.
Von Tilman Michaeli in der Dissertation Debugging im Informatikunterricht (2020)

iconDiese Doktorarbeit erwähnt ...


Personen
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Amjad AlTadmri, Albert Bandura, Ulf Dalvad Berthelsen, Sarah Blanchard, Dietrich Boles, Jürgen Bortz, Dennis J. Bouvier, Torsten Brinda, Neil C. C. Brown, Tzu-Yi Chen, Sande Chen, Kathryn Cunningham, Holger Danielsiek, Volker Denke, Peter Denning, John Dewey, Ira Diethelm, Beat Döbeli Honegger, Christina Dörge, Nicola Döring, Malte Dünnebier, Barbara J. Ericson, Sally Fincher, Karl Frey, Angela Frey-Eiling, Steffen Friedrich, Malte Friese, J. Paul Gibson, Mareen Grillenberger, Andreas Grillenberger, Mark Guzdial, Susanne E. Hambrusch, Lutz Hellmig, Theo Heußer, Hans Werner Heymann, Wilhelm Hofmann, Meriel Huggard, Matthew C. Jadud, Johannes Jander, David H. Jonassen, Manu Kapur, Päivi Kinnunen, Wolfgang Klafki, Michael Kölling, John T. Korb, Gary Lewandowski, Raymond Lister, Chris Mayfield, Robert McCartney, Ana-Maria Mesaros, David Michael, Tilman Michaeli, Ewald Naumann, Jackie O'Kelly, Seymour Papert, Kathrin Passig, Arno Pasternak, Andrew Patterson, Hermann Puhlmann, Bruce Quig, Björn Rasch, Anthony V. Robins, Gerhard Röhner, Ralf Romeike, John Rosenberg, Kate Sanders, Thomas Schmalfeldt, Andreas Schwill, Monika Seiffert, L. Shulman, Beth Simon, Ioanna Stamouli, Grace Tan, Laura Toma, Christian Ullenboom, Jan Vahrenhold, Tammy VanDeGrift, Anne Venables, Jeannette M. Wing, Aman Yadav, Ninger Zhou

Begriffe
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Allgemeinbildunggeneral education, computational thinkingcomputational thinking, debuggen, Didaktikdidactics, Fehlererror, Fehlerkultur (positive), Gesellschaftsociety, Informatikcomputer science, Informatik-Didaktikdidactics of computer science, Informatik-Unterricht (Fachinformatik)Computer Science Education, Kompetenzcompetence, Lernenlearning, Modellemodel, Motivationmotivation, Programmierenprogramming, Selbstwirksamkeitself efficacy, Softwaresoftware, Unterricht, Werkzeugetool
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Bücher
Jahr  Umschlag Titel Abrufe IBOBKBLB
  Allgemeine Didaktik (Karl Frey, Angela Frey-Eiling) 11, 3, 10, 9, 9, 2, 1, 8, 1, 6, 4, 91910894169
Experience And Education (John Dewey) 35000
local web  Java ist auch eine Insel (Christian Ullenboom) 2, 1, 7, 3, 11, 1, 4, 8, 1, 2, 1, 12212220
1971 Lernen am Modell (Albert Bandura) 16100
1982 local web  Mindstorms (Seymour Papert) 13, 8, 14, 7, 17, 2, 4, 13, 4, 5, 3, 83184785782
1985 local  Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik (Wolfgang Klafki) 2, 7, 1, 12, 7, 12, 1, 3, 11, 7, 1, 4941541241
1996 local  Allgemeinbildung und Mathematik (Hans Werner Heymann) 1, 6, 1, 10, 5, 11, 1, 2, 5, 1, 1, 216272635
1998 Self-efficacy (Albert Bandura) 59000
1999 local  Programmieren spielend gelernt (Dietrich Boles) 4, 1, 2, 1, 7, 5, 10, 1, 2, 6, 3, 41254911
2001  local  Forschungsmethoden und Evaluation (Jürgen Bortz, Nicola Döring) 2, 8, 1, 9, 7, 11, 3, 3, 7, 1, 2, 6682461956
2003 Computer Science Education 4/20032, 5, 1, 2, 6, 9, 1, 7, 3, 3, 4, 56105421
2005 Computer Science Education 1/20051, 6, 1, 8, 2, 11, 1, 3, 5, 3, 3, 6786355
2005 ICER 2005 (Richard J. Anderson, Sally Fincher, Mark Guzdial) 6, 5, 11, 3, 15, 2, 2, 5, 1, 3, 1, 628626455
2006 local  Serious Games (David Michael, Sande Chen) 6, 2, 7, 6, 9, 1, 8, 12, 2, 3, 1, 61626371
2006 ICER 2006 (Richard J. Anderson, Sally Fincher, Mark Guzdial) 7, 3, 10, 5, 8, 1, 8, 10, 4, 1, 2, 632636446
2007   INFOS 2007 - Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis (Sigrid E. Schubert) 8, 19, 14, 24, 6, 12, 1, 3, 4, 2, 2, 67031562946
2007 ICER 2007 (Richard J. Anderson, Sally Fincher, Mark Guzdial) 2, 6, 5, 7, 4, 10, 1, 2, 1, 3, 1, 436524430
2008 Computer Science Education 2/20081, 6, 2, 11, 2, 6, 1, 3, 3, 7, 4, 35123383
2009 local  Quantitative Methoden 2 (Björn Rasch, Malte Friese, Wilhelm Hofmann, Ewald Naumann) 2, 1, 2, 1, 2, 1, 1, 3, 2, 2, 3, 2452295
2009 ICER 2009 (Michael J. Clancy, Michael E. Caspersen, Raymond Lister) 1, 6, 1, 11, 1, 8, 1, 4, 6, 2, 2, 621356361
2010 ICER 2010 (Michael E. Caspersen, Michael J. Clancy, Kate Sanders) 3, 9, 8, 5, 2, 14, 1, 1, 6, 1, 2, 433674460
2010 Koli Calling 2010 (Carsten Schulte, Jarkko Suhonen) 6, 2, 8, 4, 6, 3, 3, 2, 1, 4, 2, 815948384
2011 local web  Informatik in Bildung und Beruf (Marco Thomas) 7, 9, 13, 5, 13, 2, 5, 10, 1, 3, 1, 34735231422
2011 SIGCSE 2011 (Thomas J. Cortina, Ellen Lowenfeld Walker, Laurie A. Smith King, David R. Musicant) 2, 6, 3, 9, 1, 10, 1, 2, 5, 1, 2, 8303108345
2014 local  Weniger schlecht programmieren (Kathrin Passig, Johannes Jander) 1, 2, 6, 1, 9, 2, 20, 1, 6, 8, 3, 3263258
2014 ICER 2014 (Quintin I. Cutts, Beth Simon, Brian Dorn) 1, 2, 6, 3, 10, 4, 8, 3, 6, 2, 1, 7331677592
2015 SIGCSE 2015 (Adrienne Decker, Kurt Eiselt, Carl Alphonce, Jodi Tims) 18, 16, 13, 16, 17, 6, 6, 7, 4, 1, 1, 5479243198
2015 Proceedings of the Workshop in Primary and Secondary Computing Education, WiPSCE 2015, London, United Kingdom, November 9-11, 2015 (Judith Gal-Ezer, Sue Sentance, Jan Vahrenhold) 8, 3, 8, 5, 8, 4, 2, 4, 1, 2, 1, 6512616544
2015 local web  Learner-Centered Design of Computing Education (Mark Guzdial) 8, 13, 13, 6, 25, 2, 10, 4, 3, 3, 1, 4171044703
2016 local web  Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe II (Gerhard Röhner, Torsten Brinda, Volker Denke, Lutz Hellmig, Theo Heußer, Arno Pasternak, Andreas Schwill, Monika Seiffert) 8, 4, 19, 7, 14, 1, 4, 9, 4, 4, 2, 523235600
2016  local  Mehr als 0 und 1 (Beat Döbeli Honegger) 49, 52, 44, 33, 38, 23, 18, 59, 24, 28, 32, 17198734175536
2017 ICER 2017 (Josh Tenenberg, Donald Chinn, Judy Sheard, Lauri Malmi) 2, 7, 5, 10, 4, 13, 2, 9, 6, 1, 3, 7311877519
2018 local web  From Embedded Systems to Physical Computing (Mareen Przybylla) 7, 5, 13, 4, 12, 1, 5, 8, 1, 1, 1, 411504467
2019 local web  Von Datenmanagement zu Data Literacy (Andreas Grillenberger) 2, 6, 3, 11, 4, 10, 3, 1, 7, 2, 1, 78257195
2019 local  The Cambridge Handbook of Computing Education Research (Sally Fincher, Anthony V. Robins) 7, 5, 15, 4, 15, 1, 4, 7, 1, 3, 1, 818508503
2019  local web  Informatik für alle (Arno Pasternak) 11, 11, 7, 4, 18, 2, 7, 11, 2, 5, 2, 7575667631
2019 Proceedings of the 14th Workshop in Primary and Secondary Computing Education, WiPSCE 2019, Glasgow, Scotland, UK, October 23-25, 201953, 49, 10, 1, 3, 7, 2, 4, 3123053132
2021 local  Computational Thinking in Education (Aman Yadav, Ulf Dalvad Berthelsen) 4, 2, 8, 9, 8, 2, 12, 1, 4, 10, 2, 7111337240
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Texte
Jahr  Umschlag Titel Abrufe IBOBKBLB
1987 local web  Knowledge and teaching (L. Shulman) 2, 7, 2, 10, 4, 12, 1, 3, 7, 1, 6, 64956559
2000 local  Toward a Design Theory of Problem Solving (David H. Jonassen) 5, 2, 13, 2, 11, 1, 3, 14, 1, 4, 1, 5162751628
2003 local web  The BlueJ System and its Pedagogy (Michael Kölling, Bruce Quig, Andrew Patterson, John Rosenberg) 4100
2005 local web  A First Look at Novice Compilation Behaviour Using BlueJ (Matthew C. Jadud) 2100
2005 local web  Software engineering as a model of understanding for learning and problem solving (J. Paul Gibson, Jackie O'Kelly) 1, 2, 3, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 3211121
2006 local web  Computational Thinking (Jeannette M. Wing) 12, 10, 18, 5, 18, 7, 6, 18, 1, 5, 3, 81852181182
2006 local web  Commonsense computing (Beth Simon, Tzu-Yi Chen, Gary Lewandowski, Robert McCartney, Kate Sanders) 7, 2, 12, 4, 7, 1, 4, 14, 1, 4, 5, 52105268
2006 local web  Object oriented programming and program correctness (Ioanna Stamouli, Meriel Huggard) 3, 3, 7, 6, 2, 1, 5, 1, 5, 9, 3, 2342166
2007 local web  Bildungsstandards Informatik (Steffen Friedrich, Hermann Puhlmann) 1, 2, 1, 3, 4, 10, 3, 12, 1, 5, 9, 31493466
2007 local web  Commonsense computing (episode 3) (Gary Lewandowski, Dennis J. Bouvier, Robert McCartney, Kate Sanders, Beth Simon) 1, 1, 2, 2, 7, 3, 7, 3, 6, 1, 2, 1621238
2008 local web  Productive failure (Manu Kapur) 1, 6, 1, 7, 2, 9, 1, 3, 5, 2, 4, 6966420
2008 local web  Common sense computing (episode 4) (Beth Simon, Dennis J. Bouvier, Tzu-Yi Chen, Gary Lewandowski, Robert McCartney, Kate Sanders) 4100
2009 local web  A closer look at tracing, explaining and code writing skills in the novice programmer (Anne Venables, Grace Tan, Raymond Lister) 5, 2, 2, 7, 7, 1, 1, 6, 2, 2, 1, 71037230
2010 local web  Experiencing programming assignments in CS1 (Päivi Kinnunen, Beth Simon) 1, 2, 1, 4, 8, 3, 1, 2, 5, 1, 2, 3773231
2010 local web  Commonsense computing (episode 6) (Tammy VanDeGrift, Dennis J. Bouvier, Tzu-Yi Chen, Gary Lewandowski, Robert McCartney, Beth Simon) 1, 1, 4, 3, 6, 4, 3, 1, 3, 2, 4, 5265192
2011 local web  Die Didaktische Rekonstruktion für den Informatikunterricht (Ira Diethelm, Christina Dörge, Ana-Maria Mesaros, Malte Dünnebier) 13400
2011 local web  Introducing computational thinking in education courses (Aman Yadav, Ninger Zhou, Chris Mayfield, Susanne E. Hambrusch, John T. Korb) 7400
2014 local web  Investigating novice programming mistakes (Neil C. C. Brown, Amjad AlTadmri) 3, 1, 9, 1, 12, 1, 1, 6, 2, 3, 3, 31143240
2015 local web  Frame-Based Editing (Michael Kölling, Neil C. C. Brown, Amjad AlTadmri) 1, 6, 2, 14, 1, 10, 1, 1, 6, 2, 3, 79127360
2015 local web  37 Million Compilations (Amjad AlTadmri, Neil C. C. Brown) 10400
2017 local web  Remaining Trouble Spots with Computational Thinking (Peter Denning) 2, 2, 8, 4, 12, 4, 15, 2, 11, 14, 1, 911349392
2017 local web  An Instrument to Assess Self-Efficacy in Introductory Algorithms Courses (Holger Danielsiek, Laura Toma, Jan Vahrenhold) 1, 2, 1, 5, 7, 6, 1, 1, 3, 3, 3, 3383242
2017 local web  Using Tracing and Sketching to Solve Programming Problems (Kathryn Cunningham, Sarah Blanchard, Barbara J. Ericson, Mark Guzdial) 4300
2019 local web  Einsatz von Skill Cards und Story Cards für einen kreativitätsfördernden Informatikunterricht auf der Sekundarstufe I (Thomas Schmalfeldt) 7, 1, 23, 2, 3, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 6214673
2019 local web  Improving Debugging Skills in the Classroom (Tilman Michaeli, Ralf Romeike) 2, 2, 1, 1, 4, 6, 1, 5315522

iconDiese Doktorarbeit erwähnt vermutlich 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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iconBeat und diese Dissertation

Beat hat diese Dissertation erst in den letzten 6 Monaten in Biblionetz aufgenommen. Er hat diese Dissertation einmalig erfasst und bisher nicht mehr bearbeitet. Beat besitzt kein physisches, aber 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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