Institute für Informatik müssen Lehrgänge anbieten, bei denen Studenten den Umgang mit den neuesten Technologien erlernen, die auch im Arbeitsalltag eingesetzt werden, wie Cloud und Virtualisierung. Doch die meisten Universitäten haben nicht die nötigen Ressourcen, um eine neue Infrastruktur aufzubauen, mit der sie diese Technologien einbinden könnten. Und da der digitale Wandel immer mehr an Fahrt aufnimmt, ist es nahezu unmöglich, in Bezug auf Plattformen, Tools und Programmiersprachen auf dem aktuellen Stand zu bleiben.

Am City College of New York (CCNY) wollten die Dozenten, dass Studenten praktische Erfahrungen in Bereichen sammeln konnten, die in den derzeitigen Lehrbüchern und anderen Materialien nicht behandelt wurden, wie Virtualisierung sowie die Arbeit mit Containern und anderen Cloud-Technologien. Die CCNY suchte daher nach einer neuen Herangehensweise, um mit den aktuellen Entwicklungen im Bereich der Informatik Schritt zu halten. Der Ansatz sollte dabei gleichzeitig günstig und praktisch sein.

"Viele Informatikausbildungen sind im Hinblick auf zentrale Datenstrukturen, Algorithmen und Betriebssysteme recht theoretisch und traditionell", sagt Peter Barnett, Adjunct Associate Computer Science Professor an der CCNY. "Es ist wichtig, dass die Studenten auch praktisch arbeiten. Wir müssen ihnen eine visionäre Ausbildung bieten, damit sie vielseitige Informatiker werden."

Mithilfe der Google Cloud eine umfassende Informatikausbildung entwickeln

Barnett wurde von Lindsay Siegel auf die Bildungszuschüsse der Google Cloud aufmerksam gemacht. Siegel ist Executive Director des Zahn Innovation Center, einer Startup-Initiative der CCNY, die Fortbildungen für angehende Gründer, Mentorenprogramme, Pro-bono-Dienste und Einrichtungen für schnelles Prototyping bietet.

Als Barnett die Google Cloud erstmals seinem Kurs vorstellte, gab er seinen Studenten eine Aufgabe: Sie sollten darüber nachdenken, wie Cloudplattformen die Funktionen eines traditionellen Betriebssystems und Anwendungsservers implementieren konnten. Er bat sie, sich folgende Fragen zu stellen: "Wo bin ich?" – In einem Container oder auf einer virtuellen Maschine? Woran erkenne ich, dass ich mich auf einem bestimmten Server oder in einem Cluster auf verteilten Maschinen befinde?

Die Studenten konnten selbst entscheiden, ob sie mit der Google Cloud oder einem anderen Cloud-Anbieter arbeiten möchten. Viele wählten die Google Cloud, weil sie laut Barnett die Anleitungen sehr intuitiv fanden und daher leicht Daten importieren und Anwendungen entwickeln konnten. Unterstützung erhielten sie dabei vom Google Cloud-Team und von den Professoren der CCNY.

Einige arbeiteten mit Google App Engine und lernten so, wie Container funktionieren. Andere wiederum sahen sich eine der Anleitungen für die Entwicklung von Apps in Google Compute Engine an. Alle Studenten können jetzt eine virtuelle Maschine (VM) bzw. eine Container-Umgebung mithilfe von Linux-Befehlen sowie Datenbank-Back-Ends mit SQL-Befehlen erkunden.

Studenten dazu ermutigen, wie Entwickler zu denken

Die Studenten konnten sich intensiv mit der Cloud Platform beschäftigen und wurden dazu ermutigt, konzeptionell über die Cloud nachzudenken. Sie sollten dabei auch erkennen, dass auch in der Cloud noch echte Hardware verwendet wird. Sie lasen Artikel, sahen sich Anleitungen an und experimentierten mit den Möglichkeiten innerhalb und außerhalb der Container. Sie beschäftigten sich mit der Auslastung von Arbeitsspeichern und CPUs und lernten, wie virtueller Speicherplatz bereitgestellt und IP-Adressen zugewiesen werden.

Drei Studenten – Nissan, James und Michael – erfüllten bei der Entwicklung einer Beispielanwendung mehr als nur die Grundvoraussetzungen. "Sie importierten ihre eigenen Repositorys und entwickelten selbst Programme. Das hat sehr gut geklappt. Außerdem haben sie dadurch gelernt, wie die Arbeitsumgebung von Google funktioniert", so Barnett.

Das Wie und Warum verstehen

Wenn Studenten eigene Fragen formulieren, tauchen sie mehr ins Thema ein. Bei einigen der Übungen bemerkten die Studenten, wie abhängig die Reaktionszeit der Anwendungen von deren Standort ist, d. h. sie war unterschiedlich lang, je nachdem, ob der Server in den USA oder im Vereinigten Königreich stand. Sie mussten sich also immer fragen, wo sich die physischen Computerressourcen befanden. Ein Student implementierte die MySQL-Datenbank der Google Cloud in sein Cloud-Projekt und versuchte so herauszufinden, wo die Systemdateien gespeichert waren.

Barnett ermunterte seinen Kurs dazu, sich näher mit den Cloudtechnologien zu beschäftigen, an denen sie am meisten interessiert waren. Einige lernten mithilfe von Kubernetes, Container zu verwalten, während andere mit Load-Balancing in MongoDB experimentierten. Anschließend tauschten sich die Teilnehmer über ihre Erfahrungen aus und erhielten so Einblicke in die verschiedenen Umgebungen.

Mehr als eine Demoversion

Die Studenten des Senior Project Capstone-Kurses von Professor Barnett an der CCNY nutzten die Google Cloud, um bei ihren großangelegten Softwareprojekten, die ein beträchtliches wissenschaftliches, gesellschaftliches und unternehmerisches Potenzial aufweisen, das Back-End zu implementieren.

Seine Teams arbeiteten an fünf Projekten: Mithilfe von maschinellem Lernen die optische Zeichenerkennung (OCR) von Handschriften verbessern; Trainern, Physiotherapeuten und deren Patienten dabei helfen, die richtigen Bewegungsabläufe zu finden und beizubehalten; mit Inhaltsanalysen und maschinellem Lernen die Patentsuche verbessern; Karten von U-Bahn-Stationen und anderen öffentlichen Orten erstellen, sodass Menschen mit Sehschwäche sich zurechtfinden; und quasi-zufällige Musik mit einer KI generieren, die auf Basis von Nutzerfeedback angepasst wird.

Bei den meisten dieser Projekte kommt KI in Form von Inhaltsanalysen und maschinellem Lernen zum Einsatz. Die Google Cloud bietet zudem robuste APIs wie ML-Engines und BigQuery, die diese Tools unterstützen. Das Google for Education-Team stellte den Studenten kostenlos Zeit auf der Google Cloud zur Verfügung und machte es so möglich, dass die Projekte über die Google Cloud entwickelt und ausgiebig getestet werden konnten. Die Testphase läuft derzeit noch.

Praxisnahe Erfahrungen bieten

Wenn Studenten erfolgreiche Informatiker werden wollen, müssen sie die Tools, die heute am Arbeitsplatz verwendet werden, sowohl theoretisch als auch praktisch kennenlernen. Durch Clouddienste wie die Google Cloud hat die CCNY Zugang zu modernen Entwicklertools und kann eine Cloudinfrastruktur nutzen, die auch für große Teams geeignet ist, ohne dass dazu im Voraus riesige Investitionen nötig sind. Die Studenten arbeiten mit verschiedenen Programmiersprachen und Cloudplattformen wie Python, Ruby, Sinatra und der Google Cloud. Diese Tools und Sprachen sind wegen begrenzter Mittel für viele Bildungseinrichtungen nicht zugänglich. Dank der Google Cloud bietet sich ein kostengünstiger Zugang zu modernen IT-Umgebungen, die die Anforderungen aller Studenten und Fachbereiche erfüllt.

"Die Cloudumgebung ist die moderne Form des Betriebssystems", so Barnett. "Studenten werden nach ihrem Abschluss nicht mit physischen Servern arbeiten. Die Cloud ist nicht nur die Zukunft, sondern bereits die Gegenwart."