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Preisträgerin des Adolf-Adam-Informatikpreis von Katrin Kern Visualisierungstool für die Programmierausbildung Dass Programmieren-Lernen meist kein leichtes Unterfangen ist, ist weithin bekannt – die Durchfallquoten in einführenden Kursen und vielleicht auch die eigenen Erinnerungen an die ersten „Gehversuche“ sprechen für sich. Ein zentrales Problem hierbei ist, dass die Arbeitsweise eines Computers besonders für Anfänger*innen oft undurchsichtig ist. Wissenslücken und inkorrekte Annahmen über die zugrundeliegende Maschine führen häufig zu unerwarteten Ergebnissen. Um die internen Vorgänge etwas sichtbarer zu machen, können an Programmieranfänger*innen angepasste Visualisierungen eingesetzt werden. Das ist natürlich keine neue Idee – allerdings waren der Funktionsumfang und die Usability bestehender Lösungen nicht zufriedenstellend für den Einsatz an der Johannes Kepler Universität Linz. Das Ziel meiner Masterarbeit war es, ein modernes Tool zu gestalten, das komplexe Sachverhalte für Java-Anfänger*innen vollständig, aber möglichst einfach, darstellt. Auch Lehrende sollten davon profitieren – statt mit Whiteboard-Zeichnungen und animierten Präsentationsfolien, sollen Beispielprogramme im Unterricht mit JavaWiz visualisiert werden können. AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE Grob zusammengefasst ist JavaWiz ein visueller Debugger: Benutzer*innen können Zeile für Zeile durch den Code steppen und dabei die Änderungen in den Visualisierungen verfolgen. Im Backend des Tools läuft ein Java-Debugger, dessen Informationen nach jedem Schritt aufgezeichnet und über einen Websocket an das Frontend gesendet werden. Das Frontend – der wesentliche Teil der Masterarbeit – besteht aus einem Code-Editor, einer Konsole und zwei Visualisierungen und wurde mit Vue.js, TypeScript, d3.js sowie d3-graphviz umgesetzt. Im Code-Editor wird während der Ausführung immer die nächste Zeile, die ausgeführt wird, farblich hervorgehoben (analog zu dem Verhalten eines „normalen” Debuggers). Die Konsole zeigt den Output des Programms und ermöglicht es, Eingaben zu tätigen. Die erste Visualisierung ist im Grunde die digitale Version eines klassischen „Schreibtischtests“, also einer einfachen Tabelle, die Änderungen von Variablenwerten darstellt und üblicherweise per Hand durchgeführt wird. Diese Tabelle eignet sich besonders gut für das Nachvollziehen der ersten einfachen Programme oder z. B. das Finden von One-Off- Errors bei Schleifen. Die zweite, etwas umfangreichere Visualisierung stellt Stack und Heap dar. Der Fokus liegt stark auf dem Hervorheben von Änderungen: Geänderte Variablenwerte und Referenzen werden rot und fett markiert, um die Auswirkungen der einzelnen Codezeilen besser nachvollziehen zu können. Damit auch etwas größere Programme noch sinnvoll dargestellt werden, können Objekte im Heap ein- und ausgeklappt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, im Code zurückzugehen, um sich bestimmte Abläufe noch einmal anzusehen. EINSATZ, ERFOLG UND ZUKUNFT JavaWiz ist mittlerweile als Visual Studio Code Plugin verfügbar und wurde erfreulicherweise bereits über 1200-mal heruntergeladen. Sowohl Studierende als auch Lehrende an der JKU setzen das Tool im Unterricht und bei den Hausübungen ein. Durch mehrere Kolleg*innen am Institut für Systemsoftware der JKU wird Java- Wiz laufend um viele nützliche Features erweitert - beispielsweise gibt es mittlerweile spezielle Visualisierungen für verkettete Listen und Arrays. Link zum Projekt: https://ssw.jku.at/Research/Projects/JavaWiz/ 34 OCG Journal | 01 • 2024
Wettbewerbe Screenshot Java Wiz (c) Katrin Kern Adolf-Adam-Informatikpreis Der Adolf-Adam-Informatikpreis wird jährlich von der JKU für die beste Informatik-Masterarbeit des vergangenen Studienjahres vergeben. Studierende stellen in allgemein verständlicher Form ihre Arbeit vor. Schüler*innen wählen anschließend per SMS-Voting die beste Arbeit. Die Präsentationen vermitteln etwas von der Faszination der Informatik und zeigen, womit sich die Studierenden beschäftigen. Adolf Adam war österreichischer Statistiker und Informatiker. Er wurde 1966 an die gerade gegründete Hochschule für Sozial- und Wirtschaftswissenschaften nach Linz berufen. Prof. Adam erstellte das Linzer Informationswissenschaftliche Programm (LIP) und ebnete damit den Weg zur Etablierung der Informatik als anerkannte Studienrichtung.. Auf sein Betreiben erfolgte 1971 auch die Umbenennung der damaligen Hochschule für Sozial- und Wirtschaftswissenschaften nach dem vormals in Linz tätigen Astronomen Johannes Kepler in Johannes Kepler Universität. Katrin Kern hat ihr Master-Studium Computer Science mit Schwerpunkt Software Engineering an der JKU Linz abgeschlossen und ist mittlerweile als Fullstack Developer bei Fronius tätig. 01 • 2024 | OCG Journal 35
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