Algoria
Tablet-PCs im Informatikunterricht (Algorithmen- und Datenstrukturen)
Finanziert durch die Haslerstiftung (2009-2011)
Masterprojekt Algoria (2010-2011)
Masterprojekt Algoria Lernumgebung (2012-2013)
Projektziele
Das Projekt Algoria strebt die Verbreitung von Tablet-PCs in technischen Studiengängen wie z.B. Informatik und den entsprechenden Zubringerschulen an. Dazu ist eine Sensibilisierung von Studierenden, über Dozierende bis zu den Schulleitungen notwendig. Die zentrale Sensibilisierung der Dozierenden erfolgt über eine neuartige „Magic-Ink“-Software für das Fach Algorithmen und Datenstrukturen des Studiengangs Informatik. Das Magische daran ist, dass die Zeichnung während des Skizzierens „zu leben“ beginnt.
„Magic-Ink“-Software Algoria
Die aus dem Projekt entstandene Software Algoria bedient sich der Stift- bzw. Fingereingabe auf Tablet-PCs, Convertibles (Laptops mit dreh- und klappbaren Displays) oder interaktiven Whiteboards. Informatiktypische, auf natürliche Art gezeichnete Datenstrukturen – wie Arrays, Listen und Bäume – werden während des Skizzierens erkannt, sauber neu gezeichnet und im Hauptspeicher des Computers nachgebildet. Auf den skizzierten und „zum Leben erweckten“ Datenstrukturen können anschliessend häufige Operationen (z.B. Einfügen, Löschen, Suchen, Sortieren, etc.) schrittweise animiert ausgeführt werden. Abstrakte Sachverhalte werden dadurch intuitiv erfass- und erlebbar.
Kollaboratives Arbeiten
Algoria ist so weiterentwickelt worden, dass auch verteilte Lerngruppen damit arbeiten können. Wird Algoria im Frontalunterricht auf einem Tablet-PC eingesetzt, so ermöglicht dies den Unterrichtenden der Klasse ständig zu-gewandt zu bleiben, da das ständige Neuzeichnen von Datenstrukturen an der Wandtafel und somit das Abwenden entfällt.
Die Benutzeroberfläche von Algoria
In der Abbildung ist die Benutzeroberfläche von Algoria ersichtlich. Sie besteht aus einer Zeichenfläche (links) und einer Quellcodedarstellung (rechts). Die Quellcodedarstellung ist aber nur während der Ausführung eines animier-ten Algorithmus aktiv. Im Zeichenbereich sind ein erkanntes Array, eine einfach-verkettete Liste und ein Binär-baum ersichtlich und im oberen Bereich die dazugehörigen Steuerelemente aufgelistet. Das erste Steuerelement gehört zum Array und zeigt an, dass momentan ein Algorithmus in Ausführung ist. Im Quellcode-Fenster ist erkennbar, dass Quicksort momentan ausgeführt wird. Die automatisch erzeugten, farbigen Pfeile unterhalb des Arrays entsprechen den Array-Indizes, welche innerhalb von Quicksort verwendet werden. Schliesslich das grüne Kreismenü, welches das Array teilweise überdeckt, ermöglicht die einfache Kontrolle der Datenstrukturen mit dem Stift.
Aufbau von Algoria
Der modulare Aufbau von Algoria gestattet die Beschreibung der zu erkennenden, graphischen Symbole (z.B. Pfeil, Listenelement) in einer geometrischen Beschreibungssprache ausserhalb von Algoria. Diese Symbolbeschreibungen werden dann zur Laufzeit in Algoria eingelesen und für die Symbolerkennung verwendet. Da Symbole oft Teil ein einer grösseren Datenstruktur sind, können Datenstrukturen angeben, an welchen Symbolen sie interessiert sind und in welchen Beziehungen die Symbole zueinander stehen müssen, um als Datenstruktur wahrgenommen zu werden. Die Datenstrukturen selber und die dazugehörigen Algorithmen gehören nicht zum Kern von Algoria und können über einen Plugin-Mechanismus einfach hinzugefügt werden. Zurzeit werden Arrays (mit schrittweise animierten Algorithmen), Listen und rudimentäre Binärbäume unterstützt.
Sensibilisierung
Erste Schulversuche mit Algoria haben im „Algorithmen und Datenstrukturen“ Unterricht an der Hochschule für Technik der FHNW in Brugg/Windisch stattgefunden. Dabei ist Algoria vom Dozenten als Whiteboard-Ersatz eingesetzt worden. Schwierigkeiten im Umgang mit Algoria sind direkt in Entwicklung zurückgeflossen und haben zu einer ständigen Verbesserung der Software geführt. Bei all diesen Tests haben sich aber auch die Nachteile der eigensetzten Convertibles gezeigt: 1) Der Grafiktreiber ist nur bedingt für den Einsatz im Tablet-Mode mit Beamer-Ausgang geeignet. Kontakte zu Intel haben dahingehend gewirkt, dass teilweise verbesserte Grafiktreiber auf den Markt gekommen sind. 2) Die Bildschirmauflösung von 1200 x 800 ist an der unteren Grenze, um genügend grosse Datenstrukturen am Stück zu zeichnen und zu kommentieren. Hier erwarten wir durch den Einsatz von hochauflösenden, berührungssensitiven Bildschirmen (z.B. Multi-Touch-Screens als Wandtafelersatz) eine gewisse Abhilfe.
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