Mental Models of Recursion: A Secondary Analysis of Novice Learners’ Steps and Errors in Java Exercises

Die im Datenpaket enthaltenen Daten entstammen aus dem zweiten Teilstrang der Dissertation der Datengebenden, Natalie Kiesler. Dieser hat informatives Feedback, dessen Gestaltung und Umsetzung in der grundlegenden Programmierausbildung von Studierenden zum Schwerpunkt. Konkret wird der Forschungsfrage nach den Wirkungen informativen Feedbacks, welches von (Online)-Selbstlerntools angeboten wird, nachgegangen. Besonders Übungstools mit automatischer Bewertung können zu Frustrationen bei Lernenden führen, wenn letztere minimale Rückmeldung erhalten oder Aufgaben zu komplex sind. Daher erschien es sinnvoll, die Wirkungen einzelner Feedback-Typen näher zu untersuchen, um zu einer Einschätzung bezüglich dessen Angemessenheit im Kontext gelangen zu können. So wurde anhand von Lautes Denken-Experimenten die Auswirkung informativen Feedbacks auf Lernende exploriert, um weitere Anhaltspunkte für die lernförderliche Gestaltung von Feedback in der grundlegenden Programmierausbildung zu erhalten. In einem professionellen Usability Labor wurden die studentischen Arbeitsschritte während der rekursiven Problemlösung von Standardproblemen in der Informatik (u.a. Berechnung der Fakultät natürlicher Zahlen, sowie Berechnung der Fibonacci-Zahlenfolge) in Form von sowohl Audio- als auch Video-Daten aufgezeichnet. Als Grundlage wurde ein eigens entwickelter Feedback-Prototyp sowie das frei verfügbare Online Tool CodingBat genutzt. Anhand der Daten, der Bearbeitungszeit, Interaktionen, Feedback-Bedarfe und -Nutzung können die studentischen Schritte im Problemlöseprozess qualitativ nachvollzogen werden. So können z.B. mentale Modelle, oder generell das studentische Vorgehen transparent und nachvollziehbar werden. Die umfassenden Transkripte der Lautes Denken-Experimente werden aus Gründen der Datensparsamkeit nicht bereitgestellt, sondern nur die Transkriptionen der Bildschirmaktivitäten der studentischen Testpersonen. The data package has been gathered within the scope of the dissertation of the data provider, Natalie Kiesler. It focuses on informative feedback, its design, and its implementation in basic programming education. It was used to answer the research question about the effects of informative feedback offered by (online) self-learning tools. Especially those coding tools with automatic assessment can lead to frustrations for learners, if they receive minimal feedback or if tasks are too complex. Therefore, it seemed reasonable to examine the effects of individual feedback types in greater detail in order to assess their impact in the context of programming education. Thus, the impact of informative feedback on learners was explored by means of thinking aloud experiments in order to obtain further clues for the design of feedback in basic programming education. Students’ steps during recursive problem solving of standard computer science problems (including the computation of the factorial of natural numbers, as well as the computation of the Fibonacci sequence) were recorded in a professional usability lab in form of both audio and video data (among them screencasts). A self-developed feedback prototype and the freely available online tool CodingBat were utilized for the investigation. The data on students’ steps includes their task processing time, interactions, feedback demands and use, so that the student steps in the problem solving process can be qualitatively traced. Thus, mental models, or student approaches towards recursive problem solving can become more transparent. The full transcripts of the thinking aloud experiments are too extensive, so they are not provided for reasons of data economy. Instead, the transcripts of the students’ screen activities in terms of coding are made available. Self-administered questionnaire: Web-based Beobachtung von Studierenden beim Lösen von Übungs-Programmieraufgaben in CodingBat: Lösen von Programmieraufgaben, Lautes Denken Observation of students while solving programming exercises in CodingBat: Solving programming tasks, thinking aloud Beobachtung von Studierenden beim Lösen von Übungs-Programmieraufgaben in CodingBat: Studierende des Fachbereiches Angewandte Informatik galten als potenzielle Testpersonen, insofern sie zum Zeitpunkt der Tests mindestens die Lehrveranstaltung „Programmieren 1“ (Grundlagenveranstaltung zur Programmierung) an der Hochschule Fulda belegt und abgeschlossen haben. Aus diesem Grund liegt der Zeitpunkt der Testreihe am Ende des Wintersemesters und nach Ende der Klausurenphase 2016/2017. In dem Einführungskurs werden Grundlagen der Java-Programmierung gelehrt, darunter auch das Thema Rekursion. Weitere spezielle Präferenzen bezüglich eines Studiengangs oder einer bestimmten Fachsemesterzahl bestanden nicht, da alle Studierenden am Fachbereich Angewandte Informatik im Wintersemester 2016/2017 ein und dieselbe Lehrveranstaltung zur Einführung in die Programmierung besucht haben. Diesbezüglich ist zumindest von einer gemeinsamen Basis an Kenntnissen auszugehen, die im Rahmen der Vorlesung gehört wurden. Insofern wurden alle Studierenden als Testpersonen berücksichtigt, die zumindest den ersten Programmier-Kurs im Umfang von 5 ECTS und 4 Semesterwochenstunden (SWS) als gemeinsame Basis belegt haben. Observation of students while solving programming exercises in CodingBat: Students of the Department of Applied Computer Science were considered potential test subjects, if they had successfully participated and completed at least the course "Programming 1" (basic programming course) at Fulda University of Applied Sciences at the time of the tests. This is also the reason for the test series to take place after the exam period of the winter semester 2016/2017. The introductory programming course teaches the basics of Java programming, including recursion. There were no other special preferences of study participants with regard to a course of study or a specific semester number, since all students at the Department of Applied Computer Science attended one and the same course for the introduction to programming in the winter semester 2016/2017. In this respect, it can be assumed that there is at least a common basis of knowledge that was presented to students in the course. Hence, all students were considered as potential test subjects who had at least passed the first programming course accredited with 5 ECTS points and 4 contact hours per semester (German: “Semesterwochenstunden”) as a common basis. Nicht-Wahrscheinlichkeitsauswahl: Bewusste Auswahl