understanding-sampling

Inhalt

• Einführung
• Übersicht der Module
• Verzeichnisstruktur
• Modul 4: Stichproben verstehen
• Entwicklungsumgebung
• Javascript
• Sass
• Bilddateien
• Entwicklungshistorie

Einführung

Das Projekt RisikoAtlas hat die Förderung der Risikokompetenz zum Ziel. Zu diesem Zweck wurden am Harding-Zentrum für Risikokompetenz am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung digitale Werkzeuge entwickelt, die auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhen. Neben interaktiven Visualisierungen evidenzbasierter Risikokommunikation, einer App zur Entscheidungsunterstützung und einer Browser-Erweiterung als Leseassistenz sind Lernvisualisierungen zur Verbesserung der Risikokompetenz Teil des Projektes. Das vorliegende Modul ist eines dieser sechs Lernmodule.

Die Lernmodule wurden ursprünglich entwickelt von kf interactive.

Übersicht der Module

Die folgende Liste gibt einen Überblick über die Ziele der Module:

1. Module01 -- Risiken vergleichen *
2. Module02 -- Diagramme verstehen *
3. Module03 -- Trends schätzen *
4. Module04 -- Stichproben verstehen (original: Rock 'n poll)
5. Module05 -- Relative Risiken verstehen *
6. Module06 -- Wachstumsprozesse verstehen

Alle mit einem * versehenen Module greifen über eine API auf eine Datenbank zu. Auf diese Weise rufen sie die benötigten Daten ab, und speichern andererseits Antworten der Benutzer, um ihnen den Vergleich zu Anderen zu ermöglichen. Für jedes dieser Module existiert auch eine offline-Version, die ausschließlich auf lokale Daten zugreift.

Verzeichnisstruktur

Im Wurzelverzeichnis liegen die für den Build Prozess notwendigen Konfigurationsdateien. Das Verzeichnis doc/ enthält detailliertere Dokumentationen zu einzelnen Aspekten des Projekts. Alle für die WebApp benötigten Dateien werden in public/ erstellt bzw. dorthin kopiert. Im src/ Verzeichnis befinden sich alle Quelldateien, Bilder und Fonts. Der tasks/ Ordner enthält Javascript-Dateien, die die Teilschritte des Build-Prozesses definieren.

Die grobe Struktur sieht folgendermaßen aus:

├── .editorconfig        // Konfiguration für Texteditoren
├── .babelrc             // Konfiguration von babel
├── .eslintrc.yml        // Konfiguration des Javascript Linters
├── .htmlhintrc          // Konfiguration des HTML Linters
├── .sass-lint.yml       // Konfiguration des Sass Linters
├── config.js            // Konfiguration des Build-Systems
├── gulpfile.babel.js    // gulp Datei, verwendet Definitionen unter `tasks/`
├── package.json         // npm Abhängigkeiten, Shortcuts für gulp tasks
├── doc/                 // Dokumentation in markdown
├── public/              // Zielverzeichnis für den Build-Prozess
├── src/                 // Quellverzeichnis
│   ├── fonts            // Font Dateien
│   ├── html             // HTML 'Templates'
│   ├── img              // Bilder und Sprites
│   ├── js               // Javascript Quelldateien
│   └── scss             // Sass stylesheets
└── tasks/               // Definitionen für den gulp Build-Prozess

Modul 4: Stichproben verstehen

Ziel dieses Moduls ist die Verbesserung des Verständnisses darüber, wie Stichproben entstehen.\ Dafür werden Methoden des erfahrungsbasierten Lernens eingesetzt, die in in einer linear erzählten Geschichte eingebettet sind.

Javascript Verzeichnisstruktur

Für einen schnellen Überblick sind hier die Quell-Dateien mit kurzen Beschreibungen aufgelistet:

├── main.jsx                      // Einstiegspunkt für App
├── config.js                     // Globale Konfiguration der WebApp
├── components                    // (p)react Komponenten
│   ├── Index.jsx                 // Web App Haupt-Komponente
│   ├── FinalScreen.jsx           // Abschließende Ansicht
│   ├── PollScreen.jsx            // View für die interaktive Visualisierung
│   ├── TitleScreen.jsx           // Einleitende Ansicht
│   └── partials
│       ├── AnimItem.jsx          // d3 Visualisierungen
│       ├── HeaderLightItem.jsx   // Kopfzeile
│       ├── LegendItem.js         // Legende der Graphen
│       ├── QuestionItem.jsx      // Multiple Choice Fragen
│       └── TextItem.jsx          // Begleitende Texte
├── content
│   ├── data.json                 // Geordnete Liste von Klassendefinitionen, aus denen Stichproben gezogen werden
│   ├── module.json               // Allgemeine Texte, Texte und Daten der Abschnitte
│   └── questions.json            // Definition der Mutiple Choice Fragen
├── d3
│   ├── init-barcharts.js
│   ├── init-circles.js
│   ├── init-countertext.js
│   ├── init-pollresults.js
│   ├── poll-color.js
│   ├── poll-count.js
│   ├── poll-dopoll-falling.js
│   ├── poll-dopoll-update.js
│   ├── poll-dopoll.js
│   ├── poll-generator.js
│   ├── poll-moveup.js
│   ├── poll-showdiff.js
│   ├── poll-sort.js
│   ├── poll-sortbars.js
│   └── poll.js                   // d3 Einstiegsmodul
└── utilities
    ├── enableTouch.js
    ├── fonts.js
    ├── formatter.js
    └── math.js

Wie ändere ich Inhalte und Daten?

Labels

Umgebende Texte

In module.json sind Texte und Labels definiert, auch solche, die nicht direkt Teil WebApp sind. Dies umfasst den Titel ("title") der WebApp, den einleitenden Text ("introtext") und das Label des Start-Buttons:

"title": "Glaube keiner Statistik…",
"introtext": "..deren Zustandekommen du nicht verstanden hast. …",
"start": "Start",
"sections": [
  {
    "headline": "Amerikanische Forscher haben gezeigt...",
    "text": "Bargeldabschaffung als Beispiel um wissenschaftliche Studien zu erklären. …",
    "swap": false,
    "question": null,
    "next": [ "Weiter" ]
  }, …

Multiple Choice Fragen

Darüberhinaus ist die Abfolge der einzelnen Abschnitte definiert. Diese verfügen über Überschrift, erklärenden Text, und gegebenenfalls die ID einer multiple Choice Frage. Diese sind in questions.json definiert und sehen folgendermaßen aus:

{
  "intro": "Eine Zwischenfrage",
  "title": "Worauf ist denn zu achten, wenn man so eine kleine Gruppe befragt?",
  "answers": [
    {
      "id": 1,
      "antwort": "Vorab festzulegen, wen das Abbild repräsentieren soll",
      "korrekt": true,
      "feedback": "Sie legen unbedingt vorab fest, …"
    }, …
  ]
}

Hier werden Einleitungstext, Titel und Antworten der Fragen festgelegt. Jede Frage verfügt über mehrere Antwortoptionen. Diese bestehen aus einem initialen Text ("antwort"), die Information, ob diese Option richtig ist ("korrekt") und einen (optionalen) zusätzlichen Text ("feedback"), der eingeblendet wird, wenn die Option fälschlicherweise ausgewählt bzw. nicht ausgewählt wurde.

Daten

Die Daten, auf der dieses Modul basiert, beschreiben Ereignisse und deren Eintrittswahrscheinlichkeiten:

[
  { "label": "klar dafür", "score": 4.1, "cumul": 4.1, "color": "#4a90e2" },
  { "label": "eher dafür", "score": 7.6, "cumul": 11.7, "color": "#90CFEB" },
  { "label": "unentschieden", "score": 1, "cumul": 12.7, "color": "#969696" },
  { "label": "eher dagegen", "score": 3.3, "cumul": 16, "color": "#FD8C33" },
  { "label": "klar dagegen", "score": 84, "cumul": 100, "color": "#FC4C2D" }
]

Der beschreibende Text des Ereignisses wird unter "label" definiert. "score" bezeichnet die Wahrcheinlichkeit in Prozent. Mit "cumul" wird die kumulierte Wahrscheinlichkeit angegeben und unter "color" wird die Farbe festgelegt. Erignisse sind aufsteigend nach ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit sortiert. Alle Stichproben werden auf Grundlage dieser Klassendefinitionen gezogen. Wichtig ist, dass es sich hierbei um disjunkte Ereignisse handelt und sich alle Wahrscheinlichkeiten zu 1 (100 %) aufsummieren müssen.

Build Tool Chain

In diesem Abschnitt werden die technischen Voraussetzungen für die Erstellung von im Browser lauffähigem Code und und die Installation und Verwendung der Entwicklungsumgebung erläutert.

Voraussetzungen

Dieses Projekt wurde entwickelt auf Basis von nodejs unter Verwendung von npm als Paket-Manager. Mit den folgenden Versionen wurde zuletzt getestet:

nodejs: v14.4.0
   npm:  6.14.4

Alle Abhängigkeiten sind definiert in der npm Konfigurations-Datei package.json. Wie üblich werden diese installiert mit dem Befehl npm install. Als Task-Manager dieses Projekts wird gulp dabei global installiert.

Für das Erstellen der Dokumentation aus den einzelnen Markdown-Dateien, die im Verzeichnis doc/ liegen, wird pandoc verwendet. Dieses ist für viele Betriebssysteme und Distributionen verfügbar, muss aber gesondert installiert werden.

Konfiguration

Die Build Konfiguration ist in config.js im Wurzelverzeichnis definiert. Außerdem sind in der Datei package.json die zu unterstützenden Browser-Versionen für autoprefixer angegeben.

Konfigurationen für Babel, Editoren und Linter sind ebenfalls im Wurzelverzeichnis zu finden:

       babel: .babelrc
editorconfig: .editorconfig
        html: .htmlhintrc
  javascript: .eslintrc.yml
        sass: .sass-lint.yml

Erstellen von Builds

Alle Schritte zum Erstellen von Builds sind in den Javascript-Dateien unter tasks/ definiert und werden von der gulp Konfigurationsdatei gulpfile.babel.js importiert. Dort sind die Teilschritte in Tasks zusammengefasst, die man am häufigsten benötigt.

$ gulp        # Default task, Kurzform für 'gulp watch'
$ gulp build  # Erstellt einen Development Build
$ gulp watch  # Erstellt einen Development Build und startet den Entwicklungsserver

Build Target

Die Unterscheidung zwischen Development und Production Build wird anhand der nodejs Umgebungsvariable NODE_ENV vorgenommen. Ohne diese Angabe wird immer ein Development Build erstellt (siehe config.js). Für das Development Target werden Javascript und CSS zusätzlich mit Sourcemaps versehen, für die Produktiv-Version dagegen werden die Dateien von unnötigem Ballast befreit (terser für Javascript, cssnano für CSS).

# Erstellen eines Production Build
$ NODE_ENV=production gulp build

Build Mode

Zusätzlich gibt es für dieses Projekt die Unterscheidung zwischen 'online' und 'offline' Versionen. Im Fall der 'online' Version wird auf eine API zugegriffen, um die benötigten Inhalte zu laden, und um die Antworten der Benutzer zu speichern, um ihnen einen Vergleich mit Anderen zu ermöglichen. Diese Unterscheidung kann beim Aufruf von gulp auf der Kommandozeile mit einem Parameter getroffen werden. Soweit verfügbar, wird standardmäßig der 'online' Modus verwendet, (siehe config.js).

# Erstellen eines Development Build für den 'offline' Modus
$ gulp --api-mode=offline

npm Shortcuts

Da die Handhabung mit dem Setzen der Umgebungsvariable und das Übergeben des Parameters etwas umständlich ist, sind in package.json npm ein paar Shortcuts definiert, z.B.:

# Erstellen eines Production Build für den 'offline' Modus per gulp Script
$ NODE_ENV=production gulp build --api-mode=offline

# Erstellen eines Production Build für den 'offline' Modus per npm Script
$ npm run build:prod:offline

Erstellen der Dokumentation

Die Dokumentation in einzelne Markdown-Dateien aufgeteilt, die im Verzeichnis doc/ liegen. Zum Erstellen einer zusammenhängender Dokumentation sind folgende npm Scripts definiert, die auf pandoc basieren:

npm build:doc       // Kurzform für das Erstellen der Dokumentation im bevorzugten Ausgabeformat (Standard: Markdown)
npm build:doc:html  // Erstellt eine HTML Dokumentation als `index.html` in `doc/html`
npm build:doc:md    // Erstellt eine zusammenhängende Dokumentation als `readme.md` im Wurzelverzeichnis

Konventionen

Der Javascript Code ist in ES6 (bzw. ES2015) verfasst. Als CSS-Preprocessor wird Sass mit der scss Syntax verwendet. Die Code Style Konventionen wurden von den ursprünglichen Entwicklern übernommen und nur an wenigen Stellen leicht angepasst.

Das Projekt verwendet editorconfig für die Integration dieser Konventionen in Editoren, die entsprechende Datei heißt .editorconfig.

Für die statische Überprüfung des Quellcodes werden folgende Linter verwendet:

• Javascript: eslint
• Sass: sass-lint
• HTML: HTMLHint

Die zugehörigen Konfigurationsdateien befinden sich im Root-Verzeichnis, wie oben in der Auflistung angegeben.

Javascript

Verwendete Bibliotheken

Die grundlegende Architektur der WebApp wurde implementiert auf Basis von preact, von den Entwicklern beworben mit

Fast 3kB alternative to React with the same modern API.

Es ist allerdings keine exakte Reimplementierung, weswegen ein eigener Teil der Dokumentation der Erläuterung der Unterschiede zu React gewidmet ist.

Für Visualisierungen wird die großartige und weit verbreitete Bibliothek D3.js verwendet.

Verzeichnisstruktur

Die folgende Auflistung gibt einen groben Überblick über die Verzeichnisstruktur der Javascript Quelldateien in src/js/. Als Einstieg dient main.jsx bzw. main-offline.jsx für den "offline" Modus. config.js ist die zentrale Konfigurationsdatei der WebApp. In components liegen die Komponenten der preact-WebApp. Der Quellcode für die D3-Visualisierungen befindet sich unter d3.

├── main.jsx            // Einstiegspunkt für App in "online" Modus
├── main-offline.jsx    // Einstiegspunkt für App in "offline" Modus
├── config.js           // Konfiguration der WebApp
├── components/         // Verzeichnis für (p)react Komponenten
│   ├── Index.jsx       // Web App Haupt-Komponente
│   └── partials/       // Vezeichnis für Teilkomponenten
├── content/            // Verzeichnis für "offline" Inhalte
├── d3/                 // d3 Module
└── utilities/          // Verzeichnis für Hilfs-Bibliotheken und Werkzeuge

Sass

Zum Kompilieren von Sass zu CSS wird gulp-sass verwendet, das node-sass benutzt, welches wiederum auf libsass basiert. node-sass hat sich beim wiederholten gedankenlosen Aktualisieren von nodejs und / oder npm als notorischer Nerventöter herausgestellt, daher an dieser Stelle der Verweis zur Troubleshooting Dokumentation von node-sass. Meist reichte im Falle eines Problems aber ein npm rebuild node-sass.

Struktur

In der Datei main.scss werden alle Stile eingebunden, die in den Partials definiert werden, woraus die endgültige CSS-Datei generiert wird. Die Struktur des src/scss Verzeichnisses sieht folgendermaßen aus:

├── base     // Stile für HTML Elemente
├── config   // Globale Variable
├── modules  // Stile für Module
└── tools    // Definierte *mixins* und Funktionen

Konventionen, Techniken und Tools

Generell wird eine "mobile first" Strategie verfolgt. Als Standard-Einheit wird rem verwendet, auf deren Grundlage die Basis-Einheit definiert ist. Da sich alle Größen auf diese Einheit beziehen sollten, wird so das Skalieren des Layouts erleichtert.

Sass wird in diesem Projekt mit der scss-Syntax verwendet. Stilistisch ist es in "oldschool BEM-Style" gehalten, Zitat der ursprünglichen Entwickler. Sie beziehen sich zudem auf bestimmte Guidelines:

Hugo Giraudel wrote an awesome piece on everything you need to know about Sass, it's called Sass Guidelines and you should really have a look at it. I agree with this guideline in almost all points, but I try to keep something more simple, and some things more strict, the linter will let you know :)

ʕ̡̢̡ॢ•̫͡ॢ•ʔ̢̡̢

Regeln mit Browser-spezifischen Präfixen (vendor prefixes) werden dem CSS automatisch durch autoprefixer hinzugefügt. Die Liste der zu unterstützenden Browser ist in package.json unter browserslist zu finden.

Bilddateien

Alle in diesem Projekt verwendeten Bilddateien befinden sich unter src/img/.

Icons in Form von SVG-Dateien befinden sich im Unterordner src/img/sprites und werden im Build-Prozess mittels gulp-svg-sprite zu einem Sprite zusammengefasst. Sie wie folgt in HTML referenziert werden:

<svg class="icon  icon--arrow-left">
  <use xlink:href="assets/img/sprites.svg#icon--arrow-left"/>
</svg>

Stil-Definitionen für Icons sind unter src/scss/modules/_icons.scss zu finden. Für die Unterstützung von Fragmentbezeichnern (fragment identifier) in Internet Explorer wird svgxuse verwendet.