MuLE : A Multi-Paradigm Language for Education

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Dümmel, Nikita:
MuLE : A Multi-Paradigm Language for Education.
Bayreuth , 2022 . - VIII, 356 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006408

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Abstract

Über eine lange Zeit wurde in der Lehre die Programmiersprache Pascal eingesetzt, die speziell dafür konzipiert wurde. Sie wurde jedoch durch professionelle objektorientierte Sprachen wie Java abgelöst. Diese Entscheidung ist insofern verständlich, als Studierende in der beruflichen Praxis mit professionellen Sprachen konfrontiert sein werden. Die Komplexität dieser Sprachen kann jedoch für Progammieranfänger überwältigend sein. Daher wird im Kontext der Lehre für Programmieranfänger eine Sprache benötigt, die spezielle für diesen Zweck entworfen wurde.

Ein großer Teil dieser Arbeit besteht aus einer Analyse der Programmiersprachen, die aktuell in der Lehre eingesetzt werden. Dabei werden sowohl speziell für diesen Kontext, sowie für den industriellen Einsatz, entwickelte Sprachen betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dazu verwendet, die Anforderungen an eine neue Sprache für die Lehre zu formulieren, sowie diese Sprache zu entwerfen und zu implementieren. Die daraus entstandene multiparadigmatische Sprache für die Lehre MuLE (engl.: a Multi-paradigm Language for Education) unterstützt folgende Programmierparadigmen: prozedural, objektorientiert und funktional, wobei der Fokus der Sprache auf dem prozeduralen Programmierparadigma liegt. Die Sprache wird aktuell durch die Entwicklungsumgebung Eclipse und deren Werkzeugen unterstützt.

MuLE wurde im Rahmen eines Vorkurses für die Erstsemestervorlesung „Konzepte der Programmierung“, die auf Java basiert, an der Universität Bayreuth eingesetzt. Durch das Feedback der Studierenden wurde die Sprache und die darauf basierende Programmierumgebung kontinuierlich verbessert. Zur Evaluation wurden die Klausurergebnisse der Studierenden, die am Vorkurs teilgenommen bzw. nicht teilgenommen haben, miteinander verglichen. Abgesehen von der ersten Iteration des Kurses, waren die Leistungen der teilnehmenden Studierenden besser. Dies lässt vermuten, dass MuLE effektiv in der Programmierlehre eingesetzt werden kann.

Abstract in weiterer Sprache

Since the emergence of object-oriented programming, the educational facilities have stopped using programming languages specifically designed for the purpose of education and are relying on professionally used languages instead. Even though it is understandable why this is the case, after all, sooner or later the students will be confronted with these languages, we are arguing that using complex professional languages in introductory programming education can be detrimental. These languages are designed with different priorities in mind than what is really important at the start of education. Furthermore, their complexity can act overwhelming for beginner programmers and the tendency towards implicit behaviour among some of these languages can be a cause for unnecessary misconceptions. Thus, it is our opinion that a language specifically designed with education in mind is required when teaching programming.

In this thesis, we analyse existing professional and educational languages and tools and use the gained information to summarize requirements, design, specify and implement an educational language that we have called MuLE -- a Multi-paradigm Language for Education. As the name suggests, the language supports several programming paradigms, i.e. procedural, object-oriented and functional. We have chosen procedural programming as a platform upon which the other paradigms are implemented. The language is currently supported by the Eclipse IDE with its range of powerful tools.

MuLE was utilized for its intended purpose in a preliminary programming course, which is performed prior to the start of the CS1 lecture at the University of Bayreuth, where Java is used as the programming language. We have used the course to gather feedback from the target audience to improve the language. Additionally, we have compared the performance in the final exam of the CS1 lecture of those who have participated in the course to the performance of those who have not. Except for the very first iteration of the course, the performance of course participants was better than the performance of non-participants which leads to the assumption that MuLE can be effectively used to teach programming concepts to beginner students.