���ʵ���

Väitöskirjan nimi: Students' topic-specific difficulties in learning data structures and algorithms

��ä���ٳٱ������ä: Artturi Tilanterä
�ղ����ٲ���ä���ٳ�ä��ä: professori Jan Vahrenhold, University of Münster, Saksa
Kustos: professori Lauri Malmi, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Tietotekniikan yliopisto-opinnot alkavat ohjelmoinnin perusteilla, eli kuinka ohjeistaa tietokone tekemään jotain uutta. Tätä seuraa kurssi nimeltä Tietorakenteet ja algoritmit (TIRA), joka opettaa, kuinka tehdä näistä ohjeista sellaiset, että ne käyttävät säästeliäästi tietokoneen laskenta-aikaa ja muistia. Algoritmi on vaiheittainen menettely jonkin laskentaongelman ratkaisemiseksi. Tietorakenne on kokoelma tietoja, jotka on kytketty toisiinsa laskennan sujuvoittamiseksi. Perustietämys TIRA-aiheesta auttaa tietotekniikan ammattilaisia rakentamaan nopeita tietokone- ja mobiilisovelluksia sekä kustannustehokkaita digitaalisia palveluja.

Tämä väitöskirja selvittää, miten opiskelijoiden puutteet ohjelmoinnin perusteissa näkyvät TIRAn oppimisvaikeuksien taustalla. Lisäksi on pyritty kartoittamaan opiskelijoiden väärinkäsityksiä liittyen TIRAan. Väärinkäsitys on opiskelijan uskomus, joka poikkeaa tieteellisestä yhteisymmärryksestä, esimerkiksi ”vähemmän käskyjä sisältävä ohjelma on tehokkaampi”. Väärinkäsitysten on ajateltu haittaavan oppimista, koska opiskelijat eivät tunnista niitä. Vastaavasti väärinkäsityksiä tunteva opettaja pystyy auttamaan opiskelijat tehokkaasti eteenpäin.

Väitöskirjan kirjallisuustutkimus kokosi TIRA-väärinkäsityksiä luetteloksi, jonka avulla opettajat voivat täydentää väärinkäsitysten tuntemustaan. Luettelo auttaa opettajia laatimaan opetusesimerkkejä ja tehtäviä, jotka purkavat opiskelijoiden väärinkäsityksiä.

Lupaavia ensituloksia antoi testi, jonka tarkoituksena on paljastaa opiskelijoiden puutteita heidän tietämyksessään yhtäältä ohjelmoinnin perusteissa ja toisaalta TIRAssa. Testi pystyy erottelemaan nämä kaksi aihealuetta luotettavasti, mutta ei sellaisenaan sovellu osataitojen tarkempaan vianmääritykseen. Ohjelmanlukutaitoa, eli kykyä lukea tietokoneohjelman lähdekoodia ja päätellä sen toimintaa, kannattaisi opettaa ensimmäisen ohjelmoinnin peruskurssin jälkeenkin.

Aalto-yliopiston TIRA-opetuksessa on käytetty 2000-luvulta asti visuaalisia algoritmisimulaatiotehtäviä. Tehtävässä opiskelija tuottaa algoritmin suoritusaskeleet klikkailemalla hiirellä tietorakennetta, joka näkyy taulukkona, puuna tai verkkona. Väitöskirjan uutena tuloksena havaittiin, että opiskelijat sekoittavat toisiinsa saman osa-alueen algoritmeja, joilla on eri käyttötarkoitukset. Väitöskirjan menetelmillä tehtävät voidaan tulevaisuudessa saada antamaan oppimista tukevaa automaattista palautetta.

Avainsanat: ohjelmointi, tietorakenne, algoritmi, oppimisvaikeus, väärinkäsitys, algoritmien havainnollistaminen 

Yhteystiedot: 
Artturi Tilanterä
artturi.tilantera@aalto.fi 
 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä):