Die Auswirkungen von KI-Tools auf die Programmierausbildung

Der jüngste Anstieg von KI-Tools hat die Art und Weise, wie Studierende Programmieren lernen, verändert. Tools wie ChatGPT ermöglichen es den Studierenden, Fragen zu stellen und auf freundliche Weise Antworten zu erhalten. Diese Tools können für die Studierenden hilfreich sein, indem sie einfache Erklärungen und Beispiele bereitstellen. Allerdings bringen sie auch einige Probleme mit sich, wie das Risiko, dass Studierende zu viel Hilfe bei den Hausaufgaben bekommen, ohne die Lektionen vollständig zu verstehen. Dieser Artikel untersucht, wie Studierende mit KI-Tools interagieren, während sie programmieren lernen und was das für ihr Lernen bedeutet.

#Verständnis der Interaktion zwischen Studierenden und KI

Um zu verstehen, wie Studierende KI-Tools in ihrem Lernen nutzen, konzentrierten wir uns auf Anfänger in einem Programmierkurs. Wir haben 15 Studierende von einer grossen Universität untersucht und dabei darauf geachtet, unterschiedliche Hintergründe einzubeziehen. Indem wir beobachteten, wie sie Programmieraufgaben mit Hilfe eines KI-Tools angingen, wollten wir herausfinden, wann und warum sie das KI-Tool zur Problemlösung benutzen.

Wir haben die verschiedenen Arten von Fragen, die die Studierenden an das KI-Tool richteten, notiert und wie sie auf die Antworten reagierten. Wir wollten sehen, ob die Nutzung der KI ihr Selbstbewusstsein in ihren Fähigkeiten stärkte.

#Beobachtungen des Verhaltens der Studierenden

Unsere Beobachtungen zeigten, dass etwa ein Drittel der Zeit die Studierenden die gesamte Aufgabenbeschreibung an die KI schickten, ohne es zuerst selbst zu versuchen. Viele Studierende überprüften nicht, ob die Antworten, die sie bekamen, korrekt waren. Insgesamt deuten diese Ergebnisse auf einen besorgniserregenden Trend hin, bei dem sich die Studierenden möglicherweise zu sehr auf die KI-Hilfe verlassen.

In typischen Lernumgebungen sollten die Studierenden ermutigt werden, Hilfe zu suchen, wenn sie nötig ist, aber auch angeleitet werden, eigene Anstrengungen beim Lernen zu unternehmen. Zu verstehen, wie Studierende KI nutzen, kann helfen, bessere Lernsysteme zu gestalten.

#KI als interaktive Lernumgebung

KI-Tools können als interaktive Lernumgebungen fungieren, indem sie sofortige Unterstützung bieten. Diese Tools können Konzepte erklären, Beispiele anbieten und den Studierenden beim Programmieren helfen. Die Integration von KI in die Bildung verändert, wie Studierende Programmierung lernen.

Es gibt jedoch Bedenken, dass Studierende zu sehr von der KI-Hilfe abhängig werden könnten, was ihre Fähigkeit, wichtige Programmierfähigkeiten zu entwickeln, beeinträchtigen könnte. Das mögliche Risiko von Betrug und der Verlust von unabhängiger Problemlösungskompetenz unter den Studierenden ist ein grosses Anliegen.

Einige Lehrkräfte argumentieren, dass, während KI-Tools nützlich sein können, sie weise eingesetzt werden müssen, um diese potenziellen Nachteile zu vermeiden.

#Forschung zu KI-Tools in der Bildung

Viele Studien haben untersucht, wie KI-Tools Studierenden helfen können, insbesondere in Programmierkursen. Zum Beispiel haben einige Forscher untersucht, wie KI-Tools sofortige Unterstützung für Studierende bieten können, um ihnen zu helfen, Programmierung besser zu lernen.

Es ist wichtig zu beachten, dass, während KI-Tools Unterstützung bieten, sie auch ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen. Einige Studierende könnten Schwierigkeiten haben, die Qualität der Antworten, die sie von der KI erhalten, zu kontrollieren, was Bedenken hinsichtlich des Verständnisses wichtiger Konzepte aufwirft.

#Studie zur Interaktion von Studierenden mit ChatGPT

Um die Lücken in der Forschung zu schliessen, konzentrierten wir uns darauf, wie Anfänger mit ChatGPT umgingen, während sie an Programmieraufgaben arbeiteten. Wir haben ein Plugin erstellt, das den Studierenden ermöglicht, ChatGPT direkt in ihrer Programmierumgebung zu nutzen.

Dieses Setup half uns zu sehen, wie die Studierenden das KI-Tool ohne Einschränkungen verwendeten. Wir wollten herausfinden, wie, wann und warum die Studierenden ChatGPT verwenden und welche Strategien sie beim Lösen von Problemen anwenden.

#Forschungsfragen

Unser Hauptziel war es, zu erkunden, wie die Studierenden ChatGPT während der Programmieraufgaben nutzen. Wir wollten verschiedene Nutzungsmuster und deren Effektivität identifizieren.

#Ergebnisse zu den Interaktionen der Studierenden

Während unserer Studie bemerkten wir unterschiedliche Weisen, wie die Studierenden mit ChatGPT interagierten. Einige Studierende hatten Schwierigkeiten, genaue Lösungen zu finden, während andere eine Mischung aus eigenständigem Programmieren und KI-Unterstützung versuchten.

Wir fanden heraus, dass ChatGPT in etwa 65% der Fälle korrekte Antworten lieferte, während einige Interaktionen die Probleme, mit denen sie konfrontiert waren, nicht lösten.

#Bedeutung des Hilfesuchens im Lernen

In der Bildung ist effektives Hilfesuchen der Schlüssel zu besserem Lernen. Viele KI-Tools bieten Unterstützung auf Abruf, aber viele Lernende nutzen diese Ressourcen nicht effizient. Das wirft die Notwendigkeit auf, Lernumgebungen zu gestalten, die angemessenes Hilfesuchen fördern.

#Die Rolle von KI-Tools im Lernen

KI-Tools können Erklärungen und Beispiele liefern und fungieren als interaktive Komponenten im Lernprozess. Mit Tools wie ChatGPT können Studierende Unterstützung bei Programmieraufgaben erhalten, Programmierkonzepte erkunden, Fehler identifizieren und Dokumentation erstellen.

Allerdings kann eine übermässige Abhängigkeit von diesen Tools zu Herausforderungen bei der Beherrschung grundlegender Programmierfähigkeiten führen und Betrug begünstigen.

#Der Bedarf an Studien zu Anfängern in der Programmierung

Trotz bestehender Forschung zum Einfluss von KI-Tools auf das Lernen gibt es immer noch ein mangelndes Verständnis dafür, wie Anfänger in der Programmierung frei mit diesen Tools interagieren. Das Verständnis des Vertrauens der Studierenden in KI-Tools ist entscheidend, um die Lernergebnisse zu verbessern.

Indem wir ihr Verhalten und ihre Reaktionen bewerten, können wir bessere Lernsysteme schaffen, die effektives KI-unterstütztes Lernen unterstützen.

#Studiendesign und Methodologie

Um zu untersuchen, wie Anfänger mit ChatGPT interagierten, führten wir eine Studie mit 15 Studierenden durch. Wir verwendeten ein Plugin, das in ihre Programmierumgebung integriert war, um die natürliche Nutzung ohne äusseren Einfluss zu beobachten.

Die Teilnehmer hatten eine Stunde Zeit, um Programmieraufgaben mit Python zu erledigen. Vor den Aufgaben instruieren wir sie, wie sie Eingabeaufforderungen in das Plugin eingeben und dass keine andere Hilfe erlaubt war.

#Überblick über die Programmieraufgaben

Die Programmieraufgaben waren auf einem angemessenen Schwierigkeitsgrad für Erstsemester ausgelegt. Sie behandelten wichtige Programmierkonzepte wie Bedingungen, Schleifen, Funktionen und Algorithmusdesign.

Die Studierenden sollten Aufgaben wie das Extrahieren gerader Zahlen aus einer Menge, das Umkehren der Reihenfolge von Zeichen und das Erstellen einer Funktion für dreieckige Zahlen lösen. Jede Aufgabe sollte ihnen helfen, die grundlegenden Programmierprinzipien zu verstehen.

#Datenerhebung und Analyse

Wir überwachten die Benutzerinteraktionen über das Plugin und protokollierten alle Änderungen, die während des Programmierens vorgenommen wurden. Wir erfassten die von den Studierenden eingegebenen Aufforderungen und die Antworten, die ChatGPT gab. Diese Einrichtung ermöglichte es uns, zu bewerten, wie die Studierenden mit der KI-Hilfe interagierten.

Wir analysierten die Daten, um Interaktionsmuster und die Reaktionen der Studierenden auf die KI-Antworten zu beobachten. Diese Analyse half, die Ansätze der Studierenden zu kategorisieren und die Effektivität der KI-Unterstützung zu messen.

#Bewertung des Selbstwirksamkeitserlebens

Um die Auswirkungen der KI auf das Selbstwirksamkeitserleben der Studierenden zu bewerten, führten wir Vor- und Nachstudienumfragen durch. Diese Umfragen zielten darauf ab, das Vertrauen der Studierenden vor und nach ihren Programmieraufgaben zu vergleichen.

Wir sammelten Werte zur Selbstwirksamkeit, um zu prüfen, ob die Nutzung des KI-Tools ihr Vertrauen beeinflusste.

#Demografie der Teilnehmer

Fünfzehn Studierende nahmen an der Studie teil, mit einer ausgewogenen Geschlechterverteilung. Die Gruppe umfasste Erstsemester, Drittsemester und Studierende nach dem Bachelor, die alle Englisch sprachen.

Wir stellten die ethische Compliance sicher, indem wir die informierte Zustimmung der Teilnehmer einholten und die Vertraulichkeit sowie die freiwillige Teilnahme an der Studie ansprachen.

#Studienergebnisse

Einige Studierende lösten alle Programmieraufgaben erfolgreich, ohne KI-Hilfe zu nutzen, während andere stark auf die KI-Unterstützung angewiesen waren. Insgesamt analysierten wir 40 Lösungen, die von den Teilnehmern eingereicht wurden, von denen etwa 29 durch das ChatGPT-Plugin unterstützt wurden.

Wir stellten unterschiedliche Nutzungsmuster unter den Teilnehmern fest, wobei einige das KI-Tool häufig verwendeten und andere weniger davon abhingen.

#Häufige Nutzungsmuster

Wir identifizierten drei Schlüsselschritte bezüglich der Nutzung des KI-Tools während der Programmieraufgaben.

1. Beginn der Programmierung: Viele Studierende griffen sofort auf ChatGPT zurück und gaben typischerweise die gesamte Aufgabenbeschreibung ein.

2. Mitte der Programmierung: Einige Teilnehmer codierten anfangs selbst, bevor sie KI-Hilfe suchten, um Fehler zu beheben.

3. Nach Lösung des Problems: Einige Studierende gingen nach Erreichen einer Lösung zurück zu ChatGPT, um ihre Arbeit zu überprüfen.

#Benutzeraktionen und Strategien

Wir fanden sechs häufige Aktionen, die Nutzer beim Einsatz des KI-Tools durchführten, darunter Lesen, Nachdenken, Programmieren, Modifizieren, Auffordern und Debuggen. Die Teilnehmer verwendeten verschiedene Strategien, um ihre Aufgaben zu bewältigen, darunter die Nutzung der vollständigen Beschreibung des Problems oder das Aufteilen in kleinere Teile.

Einige Nutzer zeigten iterative Verhaltensweisen, indem sie ihre Eingabeaufforderungen verfeinerten, um die richtigen Antworten zu erhalten, während andere einen lineareren Ansatz verfolgten und sich ausschliesslich auf die KI-Antworten verliessen.

#Kategorien der Eingabeaufforderungen und Nutzerreaktionen

Wir kategorisierten die Aufforderungen nach ihrem Inhalt: Programmierkonzepte, Programm-Logik, Debugging und vollständige Aufgabenbeschreibungen. Wir beobachteten, wie die Studierenden auf die KI-Antworten reagierten, und stellten unterschiedliche Akzeptanzlevel fest, die von vollständiger Übernahme bis zu selektiver Nutzung reichten.

Einige Studierende nutzten die KI-Antworten, um zu lernen und ihre Arbeit zu überarbeiten, während andere die Antworten ohne Modifikation akzeptierten.

#Richtigkeit der KI-generierten Lösungen

Um die Effektivität zu beurteilen, schauten wir uns die Richtigkeit der Lösungen an, bei denen die Studierenden das KI-Tool nutzten. Wir fanden heraus, dass viele der Lösungen, bei denen KI-Hilfe in Anspruch genommen wurde, korrekt waren, während andere aus Missverständnissen oder direktem Kopieren von den KI-Antworten resultierten.

#Selbstwirksamkeit und Wahrnehmungen des Lernens

Wir untersuchten die Veränderungen der Selbstwirksamkeitserlebenswerte der Teilnehmer von Vor- zu Nachstudie. Einige Studierende berichteten von einem gesteigerten Vertrauen nach der Interaktion mit der KI, während andere in ihren Werten sanken.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Interaktionen mit KI unterschiedliche Auswirkungen auf die Studierenden haben können, die ihr Selbstbewusstsein basierend auf ihren Ansätzen und vorherigen Erfahrungen beeinflussen.

#Implikationen für die Bildungspraktik

Zu verstehen, wie Studierende während der Programmieraufgaben mit KI-Tools interagieren, kann dabei helfen, bessere Designs und Integrationen dieser Technologien in Lernumgebungen zu entwickeln.

Lehrkräfte sollten sich der möglichen Überabhängigkeit von KI bewusst sein und wie sich diese auf das Lernen der Studierenden auswirken kann. Sorgfältige Planung ist nötig, um sicherzustellen, dass die Studierenden von der KI-Hilfe profitieren, während sie weiterhin grundlegende Problemlösungsfähigkeiten entwickeln.

#Förderung des unabhängigen Lernens

Um unabhängiges Lernen zu fördern, sollten Lehrkräfte die Studierenden ermutigen, ihre Gedanken zu teilen und ihren Einsatz von KI-Hilfe zu überwachen. Der Aufbau selbstregulierter Lernstrategien kann den Studierenden helfen, über ihre Nutzung von KI nachzudenken und eine sinnvolle Auseinandersetzung mit Programmieraufgaben sicherzustellen.

#Neue Ansätze zu Programmieraufgaben

Die Erkundung neuer Arten von Programmieraufgaben, die KI-Tools herausfordern, kann die Studierenden dazu anregen, kritisch zu denken und härter eigenständig zu arbeiten, ohne sich übermässig auf KI für Lösungen zu verlassen.

Die Einbeziehung der Studierenden in kreative Problemlösungsaufgaben könnte ihr gesamtes Lernerlebnis verbessern.

#Fazit

Der Anstieg von KI-Tools wie ChatGPT hat verändert, wie Studierende Programmieren lernen. Während diese Tools wertvolle Unterstützung bieten, können die potenziellen Risiken einer Überabhängigkeit und reduzierter Problemlösungsfähigkeiten nicht ignoriert werden.

Das Verständnis der Interaktionen von Studierenden mit KI kann zu verbesserten Bildungspraktiken führen und unabhängiges Lernen fördern, um sicherzustellen, dass die Integration von KI-Tools den Studierenden auf ihrem Programmierweg zugutekommt.