Themenfindung und Fragestellungen für Abschlussarbeiten

Hier wird beschrieben, welche Themen für Abschlussarbeiten angemessen sind, wie man zur Fragestellung kommt und worauf es beim Argumentationsaufbau ankommt.

Generell sollte in Ihrer Abschlussarbeit – auch wenn sie in dem Sinne praktisch orientiert ist, dass ein/e System/Komponente/Prototyp entwickelt werden soll – aus Hochschulsicht immer gezeigt werden, dass Sie in der Lage sind, wissenschaftlich zu arbeiten, d.h. wissenschaftliche Methoden anzuwenden. Dazu sollte eine technisch-wissenschaftliche Frage, die “Forschungsfrage”, durch die Arbeit beantwortet werden.

1. Begriffe, Konzepte und ihre Zusammenhänge

Lassen Sie sich von den “großen” Begriffen Forschung und Wissenschaft nicht abschrecken: Der damalige Bundesminister für wissenschaftliche Forschung Dr. Gerhard Stoltenberg hat diese und ähnliche Begriffe 1969, als die ersten Fachhochschulen (FH) als Vorläufer der heutigen Hochschulen für angewandte Wissenschaften (HAW) gegründet wurden, in einem Bericht an den Deutschen Bundestag folgendermaßen definiert ( Bundesbericht Forschung III BTDrucks. V/4335 S. 4 ):

• Wissenschaft: “Forschung und Entwicklung, die dazugehörende Information sowie akademische Lehre und Studienförderung.”
• Forschung: “Geistige Tätigkeit mit dem Ziele, in methodischer, systematischer und nachprüfbarer Weise neue Erkenntnisse zu gewinnen.”
• Angewandte Forschung: “Forschung, die überwiegend an dem Ziel einer praktischen Anwendbarkeit ihrer Ergebnisse orientiert ist.”
• Entwicklung: “Zweckgerichtete Auswertung und Anwendung von Forschungsergebnissen und Erfahrungen vor allem technologischer oder ökonomischer Art, um zu neuen Systemen, Verfahren, Stoffen, Gegenständen und Geräten zu gelangen (Neuentwicklung) oder um vorhandene zu verbessern (Weiterentwicklung). Die Erprobung, die zur Feststellung der Eigenschaften im Sinne des Entwicklungszieles dient, ist ein Teil der Entwicklung.”

Die für Informatik-Abschlussarbeiten an HAWen/FHs relevanten Konzepte davon sind in der folgenden Taxonomie dargestellt:

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Wenn die obige Taxonomie angewandt wird, sollte das Ziel einer Abschlussarbeit deutlich werden. Mit dem Ziel der eigenen Arbeit vor Augen fällt es leichter die Methodik zu beschreiben, eine Argumentation aufzubauen und in der schriftlichen Ausarbeitung der Arbeit einen “roten Faden” zu liefern, denn eine gute wissenschaftliche Arbeit beantwortet immer eine konkrete und abgegrenzte Fragestellung durch die nachvollziehbar dokumentierte Anwendung etablierter Methoden.

Die Fragestellung, die auch aus mehreren Fragen bestehen kann, kann durchaus auch so ausgewählt werden, dass deren Beantwortung der Entwicklung eines/r Systems/Komponente/Prototyps bedarf, so dass ein etwaiger Auftraggeber im Unternehmen zufriedengestellt wird. Die Fragestellung beeinflusst aber das konkrete Vorgehen bei der Entwicklung: Bezieht sich die Fragestellung beispielsweise auf die Art der Entwicklung, würde man wahrscheinlich Aufwände während der Entwicklung messen. Bezieht sich die Fragestellung hingegen auf die Anwendbarkeit eines Verfahrens, müsste man die Leistungsfähigkeit des entwickelten Produkts bewerten, wofür man vorher ein oder mehrere Maße festlegen müsste und möglicherweise das Produkt auf die Messbarkeit hin auslegen oder unterschiedliche Varianten entwickeln und vergleichen müsste.

Erfahrungsgemäß ist es ohne Übung nicht leicht eine geeignete Fragestellung zu finden, die zur gewünschten Produktentwicklung führt und gleichzeitig die Formulierung einer runden Thesis erlaubt. Es gibt viele Möglichkeiten und es hängt auch vom Typ der Arbeit ab. Die folgenden Beispiele sollen zeigen, welche Fälle es gibt und wo innerhalb der obigen Taxonomie Abschlussarbeiten eingeordnet werden können.

2. Externe Bachelorarbeiten aus dem Bereich Entwicklung und Erprobung

Für Bachelorarbeiten, die in einem Unternehmen (also “extern”) durchgeführt werden, ist es in der Regel angemessen, wenn ein Gegenstand (System, Verfahren oder Gerät) im Rahmen einer konkreten Entwicklung erprobt wird. Da solch ein Entwicklungsvorhaben in der Regel zweckgerichtet ist, kann es sein, dass es um die Entwicklung einer Komponente für ein konkretes Produkt oder eine Lösung für ein spezifisches Kundenproblem geht.

Beispiele für solche Arbeiten sind:

• Benutzerzentrierte Entwicklung des Prototyps eines Social Intranets auf Basis von Sharepoint (Neuentwicklung eines Anwendungssystems)
• Entwicklung eines Connectors zur Anbindung eines externen Systems an eine Plattform (Neuentwicklung einer Softwarekomponente)
• Implementierung eines Rechtesystems zur Autorisierung und Einbau von Zwei-Faktor-Authentifizierung im Rahmen der Weiterentwicklung einer Anwendung

In diesen Fällen werden Ergebnisse der angewandten Forschung genutzt, die von anderen auf eine methodisch einwandfreie und systematische Weise erarbeitet worden sind und von Dritten überprüft wurden. Dabei handelt es sich z.B. um Ergebnisse der IT-Sicherheitsforschung: Aus der Literatur über die IT-Sicherheitsforschung wählt man während der Abschlussarbeit aus den bekannten Autorisierungsverfahren ein für die Anwendung passendes heraus.

Natürlich sollte man anhand des Kontextes der Arbeit begründen, warum genau dieses Verfahren besonders passend ist, welche anderen Verfahren alternativ hätten angewendet werden können und warum sie nicht ausgewählt wurden. Entwicklungs- und Weiterentwicklungsarbeiten sollten für externe Bachelorarbeiten eine so hohe Komplexität haben, dass eine Reihe solcher Design-Entscheidungen getroffen werden müssen.

Im Rahmen einer Abschlussarbeit ist es wichtig, die eigene Beurteilungskompetenz zu demonstrieren. Der Deutsche Qualifikationsrahmen für lebenslanges Lernen (DQR) fordert nämlich auf dem Bachelor-Niveau (im DQR-System ist das das Nvieau 6) u.a. “Beurteilungsfähigkeit”. Das ist die “Fähigkeit, Lern- oder Arbeitsprozesse und ihre Ergebnisse mit relevanten Maßstäben zu vergleichen und auf dieser Grundlage zu bewerten” ( AK DQR, 2011 ). Angewandt auf Informatik-Abschlussarbeiten an HAWen/FHs mit Schwerpunkt Systementwicklung bedeutet dies, dass Design-Alternativen anhand des Kontextes der Arbeit, also insb. der gegebenen Anforderungen, die durch den Zweck der Entwicklung vorgegeben sind, bewertet werden. In der schriftlichen Arbeit sollten deshalb die Entscheidungspunkte hervorgehoben werden: Dabei sollten jeweils die Alternativen dargestellt werden und der Entscheidungsprozess dokumentiert werden. Die Entscheidung muss für Leser der Arbeit nachvollziehbar sein.

Außerdem sollte in einer Abschlussarbeit auch das konkrete Entwicklungsergebnis in einer systematischen Art erprobt und dabei Leistungsparameter aufgezeichnet werden. Welche dies konkret sind, ist aber vom Zweck der Entwicklung abhängig. Unter anderem könnten die folgenden Performance-Dimensionen untersucht werden, für die jeweils die beobachtbaren bzw. messbaren Größen operationalisert werden müssen:

• Gebrauchstauglichkeit
• Speicherbedarf
• Rechenbedarf
• Reaktivität unter Last

Im einfachsten Fall werden alle Anforderungen, die an das zu entwickelnde System bzw. Komponente gestellt wurden, auf ihre Erfüllung hin überprüft. Wenn es sich dabei ausschließlich um funktionale Anforderungen handelt, kann die Beurteilungsfähigkeit in der Regel nicht gut demonstriert werden. Es empfiehlt sich daher für solche Arbeiten auch unbedingt nicht-funktionale Anforderungen zu berücksichtigen, deren Erfüllung durch die methodisch durchdachte und systematische (z.B. bei realistischen Szenarien) Aufnahme von Leistungsparametern nachgewiesen werden kann.

3. Abschlussarbeiten aus der angewandten Forschung

Das Ziel von Abschlussarbeiten aus der angewandten Forschung ist es, für einen begrenzten Bereich verallgemeinerbare Aussagen zu treffen, also eine Forschungsfrage zu beantworten. Dazu muss man insbesondere methodisch und systematisch vorgehen, denn aus einer neuen Entwicklung, die möglicherweise im Rahmen einer solchen Abschlussarbeit gemacht wird, kann man sonst nicht ohne Weiteres etwas Verallgemeinerbares ableiten. Zudem müssen die Ergebnisse von Dritten aufgrund der aus der Arbeit resultierenden “Liefergegenstände” nachprüfbar sein.

Beispiele für Themen aus der angewandten Forschung:

• Auswahl eines Frameworks/eines architekturellen Ansatzes: Aus mehreren Alternativen eine optimale Wahl treffen (Evaluation der Anwendbarkeit), wobei spezifische Randbedingungen zu beachten sind, die im Regelfall eine Reihe konkreter geschäftsrelevanter Fälle betreffen (z.B. “Vergleich zwischen Open Source Serverless Frameworks – Unterschiede bei dem Function Deployment Management zwischen OpenFaaS und Knative”, “Effektivität und Effizienz von Flutter im Vergleich zu React Native”).
• Untersuchung der Anwendbarkeit einer Methodik: Prüfen, ob eine (neuartige) Methodik unter spezifischen Randbedingungen, die im Regelfall eine Reihe konkreter geschäftsrelevanter Fälle betreffen, anwendbar ist und welche Vor- bzw. Nachteile sich dadurch im Vergleich mit alternativen Vorgehensweisen ergeben (z.B. “Transformation GUI-basierter Komponenten zu einer komponentenbasierten Anwendung”, “Bewertung von Apache Kafka als ereignisgesteuertes Backbone für Microservice-Architekturen”, “Systematische Evaluation von agilen Vorgehensmodellen für die Softwareentwicklung unter Berücksichtigung spezifischer Projektkonstellationen”).
• Entwicklung einer Methodik: Aufgrund einer Analyse (z.B. des Arbeitskontextes) eine spezifische Vorgehensweise für die Bearbeitung von Aufgaben entwickeln und ihre Effektivität (Wirksamkeit gemessen an der Qualität oder Quantität des Arbeitsergebnisses) oder Effizienz (Wirtschaftlichkeit des Mitteleinsatzes in Bezug auf den Arbeitsvorgang) überprüfen (z.B. “Entwicklung von Vorgehensempfehlungen für die Portierung einer bestehenden Micro Service Anwendung in eine Serverless Anwendung”).

Bei Arbeiten aus der angewandten Forschung steht stärker das methodische und systematische Vorgehen im Vordergrund als bei Projekten aus dem Bereich der Entwicklung und Erprobung, wo das Produkt letztendlich entscheidend ist. Der Grund dafür ist, dass ein hochqualitatives Forschungsergebnis (also eines, das nachprüfbar auf einem systematischen Weg und methodisch einwandfrei entstanden ist) in der Zukunft ungeprüft in Entwicklung und Erprobung verwendet werden sollte.

Deshalb muss das Vorgehen so gewählt werden, dass die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass das Ergebnis (zumindest für einen gegebenen Bereich) verallgemeinerbar – optimalerweise sogar allgemeingültig – ist. Dafür wurden in Natur- und Sozialwissenschaften eine Vielzahl von Vorgehensweisen entwickelt, die oft mathematisch begründet sind. Zumeist werden auf eine systematische Art und Weise Konstellationen konstruiert und bewertet, so dass Rückschlüsse auf weitere Ausprägungen möglich sind.

In der Praxis von Abschlussarbeiten wird die betreffende Fragestellung oft anhand eines einzelnen oder einiger weniger Beispiele in einer abgegrenzten “Fallstudie” behandelt. Dabei werden unterschiedliche Varianten entwickelt. Egal ob es um eine neue Entwicklungsmethodik, die Anwendbarkeit einer existierenden Verfahrens oder die Auswahl eines Frameworks bzw. architekturellen Ansatzes geht – es müssen bei der Durchführung der Fallstudien Messgrößen des Arbeitsprozesses oder der Leistung des Produkts erhoben werden, damit sie am Ende miteinander verglichen werden können. Der wichtigste Punkt ist aber der logische Schluss am Ende: Aus den Messgrößen muss sich letztlich ergeben, dass die gefundene Antwort verallgemeinerbar ist – auch wenn bestimmte Rahmenbedingungen gegeben sein müssen. Damit das gelingt, müssen die Fallstudien und die erhobenen Daten sorgfältig ausgewählt sein und eine stringente Argumentation ermöglichen. Für Abschlussarbeiten aus der der angewandten Forschung steht nicht das dabei entwickelte Produkt im Vordergrund, sondern die verallgemeinerbare Erfahrung.

Abschlussarbeiten aus der angewandten Forschung sind besodners passend für auf Masterniveau (30 CP = 900 Arbeitsstunden) sowie für interne Bachelor- oder Studienarbeiten. Der Aufwand, der aus der Anforderung eines methodischen Vorgehen erwächst, kann aber schnell den Rahmen einer Studien- (10 CP = 300 Arbeitsstunden) oder Bachelorarbeit (12 CP = 360 Arbeitsstunden) übersteigen. Im Einzelfall muss dann entschieden werden, welche Einschränkungen der Verallgemeinerbarkeit sinnvoll vorgenommen werden können.

4. Weitere Arten von Studien- und Abschlussarbeiten

Interne Studien- und Abschlussarbeiten können berechtigterweise auch zum Kompetenzaufbau der Prüfer vergeben werden. Es kann dabei beispielsweise darum gehen, erste Erfahrungen mit einer innovativen Technologie oder einem neuen Verfahren zu sammeln. Auf der Basis mehrerer Arbeiten kann man dann aufgrund der dabei gemachten Erfahrungen Rückschlüsse in Form eines zusammenfassenden Fazits ziehen. Dafür müssen explorative Arbeiten durchgeführt werden. Solange erst wenig Erfahrungen vorliegen, bedeutet dies aber gleichzeitig ein hohes Risiko: Es ist anfangs noch nicht klar, ob die innovative Technologie bzw. das neuartige Verfahren überhaupt auf den gewählten Gegenstand anwendbar ist. Sollte es sich jedoch abzeichnen, dass das angestrebte Ziel nicht erreicht werden kann, verbleibt (beim Prüfer) oft die Unsicherheit, ob es objektive Gründe gibt, die gegen die Anwendbarkeit sprechen oder ob es “nur” an mangelnder Dokumentation oder Einsatz gelegen haben mag. In jedem Fall sollte man damit rechnen, dass während der Arbeit noch umgesteuert und ggf. ein “Plan B” aktiviert werden muss.

Beim Literatur Survey bzw. der stärker praktisch ausgerichteten Marktsichtung geht es nicht nur darum möglichst viel zu recherchieren, sondern in erster Linie muss zur Einordnung der analysierten Veröffentlichungen und Marktangebote ein Klassifikations- und Beurteilungssschema entwickelt werden. Üblicherweise tauchen während der Recherche neue Aspekte auf, die im Schema abgedeckt werden sollten. Das Ziel ist jedoch stets neue Trends und Lücken zu identifizieren bzw. ggf. die Dynamik der Meinungsbildung einzuschätzen.

Weiterhin kann es Abschlussarbeiten zur Unterstützung von Transfer- und Beratungsaktivitäten geben: Es kann ebenso um die Erstellung von Prozessanalysen, Checklisten, Präsentationsmaterialien, Demonstratoren und Experimentalaufbauten gehen wie auch um die Entwicklung einer Library, mit der eine innovative Technologie (z.B. ein besonders effizientes neues Kommunikationsprotokoll) in die Praxis gebracht werden kann, indem sie einfacher anwendbar gemacht wird. Weiterhin helfen Nutzerbefragungen und Marktanalaysen bei Transfer- und Beratungsaktivitäten. Bei der Definition eines solchen Abschlussarbeitsthemas sollte jedoch der Bezug zum Informatikstudium durch Verweis auf dafür relevante Punkte des Curriculums hergestellt werden.

5. Vorgehen zur Festlegung des Themas

Das Thema für eine Abschlussarbeit wird in einem Exposé festgehalten. Dazu gehören mindestens die folgenden Punkte:

• Problemstellung und Kontext: Warum soll die Arbeit durchgeführt werden? (z.B. existierendes Legacy-System, Performanz oder andere nicht-funktionale Anforderungen) in Form eines Szenarios
• Zielsetzung eine Beschreibung des/der Ergebniss/e der Abschlussarbeit: Welche “Liefergegenstände” (engl. Deliverables) liegen am Ende der Arbeit vor? Was soll erreicht werden? (z.B. Entwicklung einer Komponente für …, Portierung eines Systems für … von … nach …, Evaluation einer Technologie namens …)
• ggf. Forschungsfragen: Welche wiederkehrende Fragestellung soll beantwortet werden. Hier ist es entscheidend, die Einschränkung der Gültigkeit zu spezifizieren (z.B. Anwendbarkeit eines Verfahrens für einen bestimmten Nutzerkreis – Auftragsmanagement für Außendienstmitarbeiter von KMU im Baugewerbe im ländlichen Bereich)
• Methodik Wie soll das erreicht werden? (z.B. durch Anwendung aspektorientierter Programmierung, mit der Library xyz, der Programmiersprache abc, durch Experimente mit Arduino/Menschen/AWS/…)
• Festlegung des Scopes der Arbeit, also was gehört zur erfolgreichen Bearbeitung, was nicht.

Der Titel der Arbeit sollte die wesentlichen Punkte beinhalten:

• Was wird gemacht (z.B. “Entwicklung”, “Erprobung”, “Untersuchung”)?
• Woran wird das gemacht (“eines Verfahrens zur…”, “einer Anwendung)
• Welche Methoden werden angewendet?

Achten Sie bei der Festlegung des Titels darauf, dass er auch zu Ihren mittelfristigen Karrierezielen passt. Wenn Sie beispielsweise einen Berufseinstieg in einer bestimmten Branche planen, ist es hilfreich zukünftigen Bewerbungsempfängern bereits durch den Titel der Abschlussarbeit mitzuteilen, dass Sie Erfahrungen auf einem einschlägigen Gebiet haben. Ebenso kann es wünschenswert sein, auf die Beschäftigung mit gesuchten methodischen oder technologischen Kompetenzen im Titel der Arbeit hinzuweisen. Denken Sie dabei aber daran, dass dies auch schädlich sein kann, wenn sich nach kurzer Zeit herausstellt, dass eine konkurrierende Technologie das Rennen gemacht haben wird oder wenn eine spezielle Technologie in einigen Jahren veraltet und nicht mehr allgemein bekannt ist.

Da sich im Verlauf der Bearbeitung des Themas herausstellen kann, dass ein geplantes Vorgehen sich als nicht vorteilhaft erweist, sollte der Titel, mit dem die Arbeit angemeldet wird, als Arbeitstitel betrachtet werden. Sie können in Absprache mit beiden Gutachtern/innen den Titel zur Abgabe ändern. Es sollte aber eine für den Prüfungsausschuss nachvollziehbare Deckung zum ursprünglich als Aufgabe ausgegebenen Arbeitstitel erkennbar sein.

Für den ersten Besprechungstermin empfiehlt es sich ein paar erste Ideen für die Fragestellung vorzubereiten, die dann gemeinsam erörtern werden können. Wenn dann die Fragestellung fest steht, kann daraus meist ganz leicht ein passendes Vorgehen und damit auch der Zeitplan abgeleitet werden.

Es kann sein, dass mehrere Treffen erforderlich sind, bis das Thema steht und die Fragestellungen abgesprochen sind.