Os departamentos de ciência da computação precisam oferecer ensino e treinamento sobre as tecnologias mais recentes usadas no mundo profissional. Hoje, essas tecnologias são a nuvem e similares, como a virtualização. No entanto, a maioria das universidades não tem recursos para construir novas infraestruturas compatíveis com essas tecnologias, e o ritmo das mudanças é tão rápido que é quase impossível acompanhar as plataformas, ferramentas e linguagens mais recentes.

Na City College of New York (CCNY), os professores queriam oferecer aos alunos experiências práticas sobre virtualização, contêineres e outras tecnologias da nuvem, que não eram bem explicadas nos livros didáticos e em outros materiais dos cursos. A CCNY precisava de uma nova estratégia que permitisse acompanhar os desenvolvimentos mais recentes na computação de forma prática e acessível.

Segundo Peter Barnett, professor adjunto e associado de ciência da computação da CCNY, "Muitos programas de ciência da computação tendem a ser mais teóricos e tradicionais nas abordagens sobre estruturas de dados essenciais, algoritmos e sistemas operacionais. É importante que os alunos 'ampliem os limites da mente'. Precisamos oferecer um ensino visionário para que eles sejam excelentes cientistas da computação".

Criando um ensino de ciência da computação abrangente com a ajuda do Google Cloud

Peter foi indicado aos subsídios de educação do Google Cloud por Lindsay Siegel, diretora executiva do Zahn Innovation Center, uma incubadora na CCNY que inclui treinamento para startups, aconselhamento, serviços gratuitos e instalações para prototipagem rápida.

Quando Peter mostrou o Google Cloud pela primeira vez para a turma, ele deu aos alunos um exercício para que pensassem sobre como as plataformas da nuvem implementam recursos de sistemas operacionais e servidores de aplicativos tradicionais. Eles deveriam considerar a seguinte pergunta: "Onde você está? Em um contêiner ou uma máquina virtual? Como você sabe se está em um servidor específico ou em um cluster de máquinas distribuídas?".

Os alunos podiam trabalhar com o Google Cloud ou com outro provedor de tecnologia de nuvem. Para os muitos que escolheram o Google Cloud, Peter disse que eles acharam os tutoriais intuitivos, e que foi fácil começar a importar dados e criar aplicativos. Eles tinham suporte da equipe do Google Cloud e dos próprios professores da CCNY caso tivessem problemas para realizar os projetos.

Alguns alunos trabalharam com o Google App Engine e identificaram como os contêineres funcionavam, enquanto outros escolheram um dos tutoriais para criar um aplicativo no Google Compute Engine. Todos os alunos descobriram como usar as máquinas virtuais ou os ambientes de contêiner com comandos do Linux e exploraram os back-ends de banco de dados com comandos SQL.

Incentivando os alunos a pensar como engenheiros

Ao se inserirem na plataforma da nuvem, os alunos foram incentivados a pensar conceitualmente sobre ela e a entender que, mesmo na nuvem, eles ainda estão usando hardware real. Eles leram artigos, assistiram a tutoriais e fizeram experiências sobre o que poderiam fazer dentro e fora dos contêineres. Eles observaram o uso da memória e da CPU e aprenderam sobre como o armazenamento virtual é fornecido e como os endereços IP são obtidos.

Três alunos, Nissan, James e Michael, foram além dos requisitos mínimos de criar um aplicativo de exemplo. Segundo Peter, "Eles importaram os repositórios deles e criaram aplicativos próprios. Os aplicativos funcionaram bem, e eles ficaram com uma boa impressão em relação a como o Google funciona como um ambiente de trabalho".

Compreendendo o como e o porquê

Quando os alunos são incentivados a fazer perguntas próprias, eles descobrem muito mais sobre um assunto. Durante alguns dos exercícios, os alunos observaram quanto tempo um aplicativo demorou a responder com base na localização (Reino Unido ou Estados Unidos). Isso exigiu que eles pensassem mais sobre onde estavam localizados os recursos físicos de computação. Um aluno implementou o banco de dados MySQL do Google Cloud no projeto dele sobre a nuvem e o analisou para entender onde os arquivos do sistema estavam armazenados.

Peter incentivou os alunos a aprender sobre as tecnologias de nuvem que mais interessavam a eles. Alguns exploraram usando o Kubernetes para gerenciar contêineres, enquanto outros fizeram experiências com balanceamento de carga no MongoDB. Os alunos compartilharam as experiências entre eles para entender melhor diversos ambientes.

Muito além da demonstração

Os orientandos do professor Peter Barnett na CCNY, no momento, estão usando o Google Cloud para implementar a etapa do back-end de projetos importantes de software com potencial científico, social e empresarial significativo.

Os projetos das cinco equipes do professor são: usar o aprendizado de máquina para avançar o reconhecimento óptico de caracteres da escrita à mão; auxiliar treinadores, fisioterapeutas e os clientes deles a desenvolver e manter a postura correta nos exercícios; melhorar a pesquisa de patentes usando a análise de conteúdo combinada com o aprendizado de máquina; fazer um mapeamento interno de estações de metrô e outros lugares públicos para auxiliar as pessoas com deficiência visual a se locomover; e gerar músicas pseudoaleatórias com inteligência artificial que mudam em resposta ao feedback dos usuários.

A maioria desses projetos usa inteligência artificial na forma de análise de conteúdo e aprendizado de máquina, e o Google Cloud oferece um conjunto completo de APIs, como ML-Engine e BigQuery, para dar suporte a eles. A equipe do Google for Education forneceu generosos subsídios de tempo no Google Cloud para cada uma das equipes do professor Peter para facilitar o desenvolvimento e os testes dos projetos que estão em andamento.

Proporcionando uma experiência do mundo real

Para serem grandes cientistas da computação, os alunos precisam aprender sobre as aplicações práticas e teóricas das ferramentas usadas atualmente no mercado profissional. Os serviços na nuvem, como o Google Cloud, oferecem à CCNY acesso a ferramentas avançadas para desenvolvedores e a uma infraestrutura de nuvem em grande escala sem a necessidade de um enorme investimento inicial. Os alunos podem aprender a trabalhar com diversas linguagens e plataformas na nuvem, incluindo Python, Ruby, Sinatra e Google Cloud. Essas ferramentas e linguagens seriam inacessíveis para muitas instituições, já que os recursos limitados impedem que elas ofereçam uma variedade tão abrangente de tecnologias para os alunos conhecerem. O Google Cloud é uma forma acessível de disponibilizar ambientes computacionais modernos que atendam às necessidades de todos os alunos e departamentos.

Segundo Peter, "O ambiente na nuvem é a manifestação moderna do sistema operacional. Os alunos não trabalharão em servidores físicos de metal. A nuvem não é apenas o futuro, é o presente".