Programmierübungen durchführen (DRAFT)

Kurzbeschreibung:

Gute Programmierkenntnisse sind auch in Zeiten von generativen KI-Tools wichtig. Nur so kann man überprüfen, ob der von einer KI generierte Code auch korrekt ist. Doch wie lernt man am besten Programmieren? - Durch Programmieren!

In TUWEL (Moodle) werden seit Jahren in verschiedenen Lehrveranstaltungen Tools zur automatisierten Auswertung von Programmieraufgaben eingesetzt. Die Tools unterstützen nicht nur Lehrende bei der automationsgestützten Korrektur der Programmieraufgaben, sondern bieten auch Studierenden die Möglichkeit im eigenen Tempo und möglichst unabhängig vom Endgerät programmieren zu üben. Das sofortige (bzw. zeitnahe) Feedback ist motivierend und wirkt sich positiv auf die Lernerfahrung aus.

Neben Übungen (Peer Programming) können Programmier-Tools auch bei Prüfungen eingesetzt werden und erleichtern damit die Auswertung der Prüfungsergebnisse. 

Um die unterschiedlichen Anforderungen zu erfüllen, sind in TUWEL verschiedene Tools integriert:

Tools: 

Für iteratives Programmieren mit mehrfachem Kompilieren (angestoßen durch Studierende) können folgende Tools eingesetzt werden:

1. MATLAB Grader

Was ist das? Der MATLAB Grader ist ein Produkt von MathWorks, mit dem MATLAB Aufgaben erstellt, geteilt und automatisch bewertet werden können. Durch die automatische Bewertung erhalten Studierende sofort Feedback zu Ihrer Lösung.

Des Weiteren kann auch MATLAB Code, welcher in den Vorlesungen präsentiert wurde, über den MATLAB Grader zur Verfügung gestellt werden. Dadurch können Studierende schnell und unkompliziert auf Inhalte der Lehrveranstaltung zugreifen.

• Demo: Im MATLAB Grader Demo Kurs in TUWEL können Sie die Verwendung von MATLAB testen.
  
• Anleitungen: Neben einer kurzen Einführung für Lehrende finden Sie weiterführende Anleitungen im MATLAB Grader Demo Kurs.
• Beispielhafter Screenshot:

2. Jupyter as a Service

Was ist das? Jupyter as a Service bietet Lehrenden und Studierenden eine in TUWEL integrierte Umgebung für Data Science, maschinelles Lernen und Programmierkurse. Jede Lehrveranstaltung erhält ihren eigenen, vollständig angepassten „JupyterHub“ mit leistungsstarken Hardware-Ressourcen, die für die Lösung der gestellten Aufgaben notwendig sind. Das Service ermöglicht die Verteilung und Benotung von Übungen und umfasst unter anderem einen individuellen Software-Stack sowie einen virtuellen Desktop für GUI-Anwendungen. Weitere Details zum Service finden Sie im Weblink.

• Demo: 
  
• Anleitungen: Anleitungen und weitere Informationen zu Jupyter as a Service an der TU Wien finden Sie unter dem Weblink dataLAB Jupyter as a Service.
• Beispielhafter Screenshot:

3. CodeRunner

Was ist das? CodeRunner ist ein Fragetyp-Plugin für den Moodle-Test, mit dem Studierende Programmcode in einer Vielzahl von Programmiersprachen ausführen können. Der Fokus liegt hier vor allem auf Peer Programming und den Einsatz als Übungsaufgabe, beispielsweise als Self-Assessment für Studierende.

• Demo:
  
• Anleitungen:
• Beispielhafter Screenshot:

Für nicht-iteratives fallbasiertes Programmieren, um beispielsweise Skripte zu validieren, eignet sich das von der TU Wien entwickelte Moodle-Plugin Externer Server.

4. Externer Server

Was ist das? Der Externe Server ist eine Moodle-Aktivität, bei der eine studentische Abgabe (Datei, Skript etc.) durch ein vom Institut bereitgestelltes Service (Externer Server) ausgewertet und mit Feedback versehen wird. Studierende laden dabei eine Datei direkt in Moodle hoch, diese wird an den externen Server übermittelt, ausgewertet und das Auswertungsergebnis wird wieder an Moodle übermittelt.

• Demo: Die Funktion des externen Servers können Sie im TUWEL Einsatzszenarien Kurs ausprobieren (einmalige Einschreibung notwendig). 
  
• Anleitungen: Eine Anleitung zum externen Server finden Sie unter diesem Link.
• Beispielhafter Screenshot:

Anwendungshinweise und Stolpersteine:

Wichtig für den Lernerfolg ist auch, dass Lernende möglichst zeitnah Fragen stellen können (z.B. in einem betreuten bzw. anonymen Moodle-Forum). Zu den häufigsten Fragen bzw. Fehlern können so gezielt Unterstützungsangebote auf TUWEL oder im Unterricht bereitgestellt werden.

Da anwendungsbasierte Programmieraufgaben oft auch mit generativen KI-Tools gelöst werden können, empfiehlt sich die Anpassung des Assessment-Formats, z.B. durch Verknüpfung von anwendungsbasierten Lernergebnissen mit Lernergebnissen auf höheren Ebenen (z.B. Analysieren). Das kann beispielsweise durch begleitende Reflexionsfragen erfolgen, in denen Studierende die Lösung und ihre Gedankengänge dazu erklären (Russell, Caton & Becker, 2023). 

Weiterführende Informationen:

Caton, S., Russell, S. & Becker, B. A. (2022). What Fails Once, Fails Again: Common Repeated Errors in Introductory Programming Automated Assessments. Proceedings of the 53rd ACM Technical Symposium on Computer Science Education - Volume 1 (SIGCSE 2022), Vol. 1. Association for Computing Machinery, New York, 955–961. https://doi.org/10.1145/3478431.3499419.

CodeRunner https://coderunner.org.nz/.

Dominicus, A. (2024). Coderunner: Automatisiertes Assessment iterativer Verfahren in Moodle. Tag der Lehre | Inverted Classroom and Beyond 2024. FH St. Pölten. https://tagderlehre.fhstp.ac.at/beitraege/coderunner-automatisiertes-assessment-iterativer-verfahren-in-moodle.

Jupyter https://jupyter.org/.

Lobb, R. & Harlow, J. (2016). Coderunner: A tool for assessing computer programming skills. ACM Inroads, 7(1), 47–51. https://doi.org/10.1145/2810041.

Mathworks MATLAB Grader https://de.mathworks.com/products/matlab-grader.html.

Russell, S., Caton, S., & Becker, B. A. (2023). Online Programming Exams - An Experience Report. In Proceedings of the 2023 Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education V. 1 (ITiCSE 2023). Association for Computing Machinery, New York, 436–442. https://doi.org/10.1145/3587102.3588829.