AANVRAAG ONDERWIJSINNOVATIEPROIJECTEN 2018: FACULTAIRE TOEWIJZING
Selecteer één van onderstaande opties
Het project wordt ingediend als facultair innovatieproject binnen de opgelegde thema’s.
Het project wordt ingediend als facultair innovatieproject binnen de vrije facultaire ruimte.
Faculteit Wetenschappen
Vakgroep / Dienst
Toegepaste Wiskunde, Informatica en Statistiek (WE02)
Titel van het onderwijsinnovatieproject Algoritmen aan het werk
Naam en e-mail projectverantwoordelijke(n) Prof. Veerle Fack (veerle.fack@ugent.be)
Naam en e-mail projectmedewerker(s) Annick Van Daele (annick.vandaele@ugent.be) Felix Van der Jeugt (felix.vanderjeugt@ugent.be)
Geef een korte beschrijving van het onderwijsinnovatieproject
Hoe vindt Google zo snel de pagina met precies die informatie die je zoekt? Waarom is Google slim genoeg om een typfoutje in je zoekopdracht te herkennen en te verbeteren? Waarom kan je tekstbestanden moeiteloos comprimeren, maar verlies je wel kwaliteit bij het comprimeren van je foto’s?
Achter deze tools, die zowat iedereen regelmatig gebruikt, gaan standaard algoritmen en datastructuren schuil. Om snel informatie te zoeken kan een dictionary gebruikt worden. Voor datacompressie bestaan gretige algoritmen. Voor het opvangen van kleine typfoutjes kan de editeerafstand tussen twee strings gebruikt worden, iets wat kan bepaald worden met de techniek van dynamisch programmeren. De studie van dergelijke technieken maakt deel uit van typische cursussen rond algoritmen en datastructuren.
Hands-on activiteiten daarbij kunnen het inzicht in deze algoritmen vergemakkelijken, zodat deze materie ook toegankelijk wordt voor studenten met een beperktere informatica-achtergrond, en ook voor leraars en leerlingen uit het secundair onderwijs. In het kader van een eerder onderwijsinnovatieproject, evenals bij nascholingen voor leraars STEM uit het secundair onderwijs, hebben we reeds een aantal activiteiten uitgewerkt en in de praktijk uitgeprobeerd.
Wanneer studenten deze algoritmen en datastructuren ook effectief zelf implementeren, draagt dit bij tot een verdiepen van het inzicht in de materie, hetgeen vooral voor informaticastudenten van belang is. Om dit qua begeleiding praktisch haalbaar te maken, hebben we een leeromgeving nodig waarin een eerste controle van geprogrammeerde algoritmen automatisch kan gebeuren. Dodona (dodona.ugent.be) levert een dergelijke leeromgeving, maar momenteel is het aanbod aan opgaven rond algoritmiek beperkt.
De bedoeling van dit onderwijsproject is tweeërlei:
Verder uitwerken van hands-on activiteiten rond algoritmiek
Uitwerken van programmeeroefeningen rond algoritmiek voor Dodona
Beschrijf hoe het onderwijsinnovatieproject aansluit bij één van de thema’s ‘Toetsbeleid en evaluatie’
en ‘Optimalisatie van afstemming met het werkveld (bijvoorbeeld ook via stage en masterproef)’ en
‘Activerend leren’
De grote drijfveer achter dit onderwijsinnovatieproject is het verhogen van de activiteit van studenten bij het leerproces, met als uiteindelijke bedoeling uiteraard om de effectiviteit van het leerproces te verhogen. We focussen hierbij op een aantal leervormen waarbij de activiteit traditioneel minder hoog
werkcolleges en practica. Traditionele hoorcolleges hebben bijna inherent een actieve lesgever en passieve studenten-luisteraars. Het is onze bedoeling dit patroon zoveel mogelijk te doorbreken, met aangepaste middelen voor de verscheidene soorten groepen.
In de Dodona leeromgeving wordt ingediende programmacode automatisch uitgevoerd met een (door de opsteller van de oefening) vooraf vastgelegde reeks testgevallen. Hierdoor krijgen de studenten onmiddellijk feedback bij de programma’s die ze schrijven. Het Dodona systeem is hierbij een grote hulp, maar uiteraard blijft voor de lesgever nog de taak om relevante testgevallen op te stellen en in het systeem in te brengen.
(Enkel in te vullen als het project wordt ingediend als facultair innovatieproject binnen de opgelegde thema’s) Toon aan dat er een link of samenwerkingsverband is met een andere faculteit
In het kader van STEM activiteiten is er een samenwerking met collega’s van de Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur (Opleiding Industriële Wetenschappen: Informatica). Samen met collega’s van andere Vlaamse universiteiten (KULeuven en UHasselt) werken we in het Progra- MEER project (http://progra-meer.org/algo.html) ook aan workshops rond algoritmiek, een project dat ondersteund wordt door Google Educator Grants (https://edu.google.com/computer-science/educator- grants).
Collega’s uit de Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur (Opleiding Ingenieurs- wetenschappen: Computerwetenschappen) gebruiken ook de Dodona leeromgeving voor cursussen rond programmeren en algoritmen. Hiermee kunnen dus gemakkelijk oefeningen uitgewisseld worden.
Doelstellingen van het project + tijdsbesteding
Studies tonen aan dat het leereffect bij studenten tijdens klassieke hoorcolleges erg klein is, en dat met name de hersenactiviteit bij het TV-kijken ongeveer even groot is. Wanneer de studenten daarentegen zelf actief opdrachten uitvoeren, zoals tijdens werkcolleges en practica, is het leereffect een heel stuk hoger.
Bij hoorcolleges aan grotere groepen is het voor een lesgever dikwijls moeilijk om interactie met de studenten te krijgen, en meestal gaan slechts enkelingen in op een vraag van de lesgever. Maar het betekent niet dat dit ook de enige studenten zijn die het antwoord op de vraag kennen of over de vraag nadenken. Door het inschakelen van online kwissen tijdens de les aan een eerste-bachelorjaar blijkt dat doorgaans het merendeel van de studenten correct (of zinvol) kan antwoorden op vragen die toetsen naar het begrijpen van een gezien stuk leerstof, en bovendien dat het niet slechts enkelingen zijn die een zinvol antwoord kunnen geven op een denkvraag. De ervaring leert ook dat de interesse van de studenten in een stuk hoorcollege dat aansluit bij dergelijke denkvraag (of bij een testvraag waarop
veel foute antwoorden kwamen), groter is als ze gestimuleerd zijn om zelf actief over de vraag na te denken.
In het kader van een eerder onderwijsinnovatieproject werden reeds enkele reeksen relevante vragen uitgewerkt en gebruikt bij hoorcolleges. Het hierbij gebruikte systeem is Socrative (socrative.com), een online interactief systeem dat lesgevers toelaat om studenten in real-time te ondervragen en de resultaten hiervan visualiseert, en dat gemakkelijk toegankelijk is via laptop, tablet of smartphone. In het kader van nascholingen voor leraren STEM uit het secundair onderwijs werden ook reeds enkele hands-on activiteiten uitgewerkt, die een laagdrempelig inzicht geven in basisprincipes en achterliggende ideeën bij standaard algoritmen. Deze activiteiten worden momenteel ook gebruikt bij groepen studenten uit niet-informaticagerichte opleidingen, als een opstapje naar het eigenlijke stuk leerstof over het betreffende onderwerp.
Het is de bedoeling om deze verzamelingen kwisvragen en hands-on activiteiten verder uit te bouwen, voor gebruik tijdens hoor- en werkcolleges aan verschillende studentengroepen, die qua interesse en qua grootte zeer uiteenlopen. Er zijn zowel groepen eerste-bachelorstudenten als groepen masterstudenten. Verder zijn er zowel “domein-eigen” studenten, voor wie informatica de hoofdopleiding is, als studenten waarvoor dergelijk vak slechts een “bijvak” is (bijvoorbeeld uit de geomatica of biotechnologie).
Heel belangrijk bij het verwerven van inzicht in hoe een algoritme of datastructuur werkt, is het zelf implementeren, m.a.w. het uitwerken tot en met de details van een programmacode. Hier volstaat het niet om als lesgever de opdracht “implementeer algoritme X in Java” te geven, of als oefening “ontwerp een algoritme voor probleem A en implementeer het in Python” te geven. Het is nodig om een duidelijk omschreven opdracht uit te werken, met een reeks relevante testgevallen, die het gedrag van het algoritme in de verschillende situaties controleren, die ook nagaan of het algoritme en/of de implementatie ook efficiënt genoeg is om grote datasets te verwerken, e.d. Het programmeerwerk zelf is voor de student een individueel proces en is dan grotendeels zelfstandig werk, uiteraard wel met begeleiding voor het opvangen van vragen en problemen. Maar eenmaal het programma geschreven is, moet de student ook kunnen testen of zijn programma wel voldoet aan de vereisten. Bovendien is het nuttig om als lesgever dit zelfstandig werk van de studenten te kunnen opvolgen. Daarvoor is er nood aan een leerplatform dat het indienen en automatisch testen van ingediende programmeeroefeningen toelaat. Dodona (dodona.ugent.be) is een dergelijk platform, ontwikkeld aan de UGent. Het wordt bij meerdere cursussen programmeren gebruikt, en bevat reeds een zeer grote collectie programmeeroefeningen die hierbij aansluiten. In het kader van cursussen algoritmen hebben we ook reeds een verzameling implementatie-oefeningen met achtergrond algoritmiek toegevoegd, maar het is de bedoeling deze nog verder uit te bouwen.
Gevraagde bedrag + korte beschrijving van de voorziene besteding van middelen
Voor het uitwerken van hands-on activiteiten en het opstellen van programmeeroefeningen en het inbrengen in Dodona zijn voornamelijk manuren nodig.
Naast de eigen inbreng van de projectmedewerkers, willen we nog extra manmaanden begroten tijdens de zomermaanden van 2018 waarin we twee jobstudenten elk 4 à 5 weken willen laten meewerken onder supervisie van de projectmedewerkers. Hiervoor zal een beroep gedaan worden op jobstudenten die zullen gerekruteerd worden uit de pool van bachelor- en masterstudenten informatica. Als bonus kunnen de studenten hierdoor via hun vakantiejob bijkomende praktijkervaring opdoen. De ervaring van voorbije onderwijsvernieuwingsprojecten leert dat dit een bijzonder efficiënte manier is om op een snelle manier tot degelijke resultaten te komen.
De totale kost voor deze jobstudenten (2 × 4000 euro) wordt begroot op 8000 euro.
Totaal: 8000 euro
