تحتاج أقسام علوم الكمبيوتر إلى توفير التعليم والتدريب على أحدث التقنيات المستخدمة في مكان العمل، والتي تعني في الوقت الحالي خدمة السحاب والتقنيات ذات الصلة بها مثل المحاكاة الافتراضية. ولكن أغلب الجامعات لا تتوفر بها الموارد اللازمة لإنشاء بنية أساسية جديدة لدعم هذه التقنيات، كما أن وتيرة التغيير كانت سريعة على نحو يتعذر معه مواكبة أحدث الأنظمة الأساسية والأدوات واللغات.

في كلية سيتي بنيويوك (CCNY)، أرادت هيئة التدريس تزويد الطلاب بخبرة عملية في مجال المحاكاة الافتراضية والحاويات وتقنيات السحاب الأخرى، والتي لم يتم تناولها على نحو جيد في مناهجهم الدراسية الحالية والمواد التدريبية الأخرى. وكانت الكلية بحاجة إلى إستراتيجية جديدة تتيح لها مواكبة أحدث التطورات في مجال الحوسبة بطريقة عملية وبتكلفة معقولة.

يقول بيتر بارنت، أستاذ مساعد لعلوم الكمبيوتر بجامعة مدينة نيويورك: "تميل العديد من برامج علوم الكمبيوتر إلى الجانب النظري والتقليدي في معالجتها لهياكل البيانات الأساسية والخوارزميات وأنظمة التشغيل. ومن المهم تشجيع الطلاب على التفكير بشكل منفتح. فنحن بحاجة إلى تقديم تعليم قائم على رؤية كي يصبح الطلاب علماء كمبيوتر ذوي خبرات شاملة".

بناء تعليم شامل لعلوم الكمبيوتر بمساعدة Google Cloud

/تلقى بارنت توصية باستخدام المنح التعليمية على Google Cloud من ليندسي سيجيل، المديرة التنفيذية لمركز زان للإبداع، وهو مركز في كلية سيتي بنيويوك يحتضن معسكرًا تدريبيًا للمبتدئين وخدمة للإرشاد وخدمات مجانية ووسائل النماذج السريعة.

عندما قدّم بارنت برنامج Google Cloud إلى صفه الدراسي لأول مرة، أعطى طلابه تدريبًا للتفكير في الطريقة التي تنفذ بها الأنظمة الأساسية للسحاب ميزات أنظمة التشغيل وخوادم التطبيقات التقليدية. وطلب منهم محاولة الإجابة عن الأسئلة "أين أنت؟" - في حاوية أم آلية افتراضية؟ كيف يمكنك معرفة أنك على خادم معيّن أو مجموعة أجهزة موزعة؟

مُنِح الطلاب حرية الاختيار بين العمل باستخدام Google Cloud أو مزوّد آخر لتكنولوجيا السحاب. وبالنسبة إلى الطلاب الكثيرين الذين اختاروا Google Cloud، قال بارنت إنهم وجدوا البرامج التعليمية بسيطة، مما سهّل عليهم البدء في استيراد البيانات وإنشاء التطبيقات. وكانوا يتلقّون الدعم من فريق Google Cloud ومن الأساتذة بكلية مدينة نيويورك نفسها كلما واجهوا أي مشكلات تتعلق بإعداد المشاريع وتشغيلها.

استخدم بعض الطلاب Google App Engine واستكشفوا كيفية عمل الحاويات، بينما اختار آخرون أحد البرامج التعليمية المختصة بإنشاء تطبيق في Google Compute Engine. وتعرّف جميع الطلاب على كيفية استكشاف الآلة الافتراضية (VM) أو بيئات الحاويات باستخدام أوامر Linux، كما استكشفوا خلفيات قواعد بياناتهم باستخدام أوامر SQL.

تشجيع الطلاب على التفكير مثل المهندسين

من خلال الاستخدام المكثّف لخدمة cloud platform، تم تشجيع الطلاب على التفكير بشكل دلالي بشأن السحاب واستيعاب أنهم، حتى في السحاب، لا يزالون يستخدمون أجهزة فعلية. وقد طالعوا المقالات وشاهدوا البرامج التعليمية وأجروا التجارب على الأشياء التي يمكنهم فعلها داخل الحاويات وخارجها. ودوّنوا الملاحظات حول استخدام الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية (CPU) وتعرّفوا على كيفية تقديم سعة التخزين الافتراضية وكيفية الحصول على عناوين IP التابعة لهم.

هناك ثلاثة من الطلاب - نسيان وجيمس ومايكل - تجاوزا الحد الأدنى للمتطلبات المتعلقة بإنشاء نموذج التطبيق. يقول بارنت: "لقد أجروا عملية استيراد مستودعات خاصة بهم وأنشؤوا تطبيقات من ابتكارهم. ونجح الأمر، حيث تركوا انطباعًا جيدًا حول كيفية استخدام Google كبيئة للعمل".

التعرّف على السبب والكيفية

عند تشجيع الطلاب على طرح أسئلتهم الخاصة، يتعرّفون على الكثير حول أحد الموضوعات. وأثناء بعض التمارين، لاحظ الطلاب المدة التي يستغرقها أحد التطبيقات للاستجابة بناءً على موقعه - في المملكة المتحدة أو الولايات المتحدة. ودفعهم ذلك إلى مزيد من التفكير حول مواقع موارد الحوسبة الفعلية. ونفّذ أحد الطلاب قاعدة بيانات MySQL على Google Cloud في مشروعه على السحاب، واستكشفها ليتعرّف على موقع تخزين ملفات النظام.

شجّع بارنت الطلاب بصفه الدراسي على التعرّف على تقنيات السحاب الأكثر أهمية بالنسبة إليه. واستكشف بعض الطلاب استخدام نظام Kubernetes لإدارة الحاويات، بينما جرّب الآخرون موازنة الحمل في MongoDB. ثم شارك الطلاب تجاربهم بعضهم مع بعض للتعرّف بشكل أفضل على نطاق من البيئات.

تجاوز العرض التجريبي

في الوقت الحالي، يستخدم الطلاب في الدورة النهائية لمشروع التخرج المقدم من الأستاذ بارنت في كلية مدينة نيويورك مجموعة Google Cloud لتنفيذ جزء الخلفية من المشاريع البرمجية الجادة ذات الإمكانات الكبيرة العلمية والاجتماعية والتي تتسم بروح المبادرة.

تشمل مشاريع الفرق الخمسة التابعة له: استخدام التعلّم الآلي لتطوير التعرّف البصري على الحروف للكتابة اليدوية؛ وتعزيز الحاويات، وأطباء العلاج الطبيعي وعملائهم في تطوير وصيانة الشكل الصحيح في التمرينات؛ وتعزيز البحث في براءات الاختراع باستخدام إحصاءات المحتوى مع دمجها في التعلّم الآلي؛ والتخطيط الداخلي لمحطات مترو الأنفاق والأماكن العامة الأخرى لمساعدة الأشخاص ذوي العجز البصري في التنقل عبر الأماكن؛ وتأليف موسيقى شبه عشوائية باستخدام الذكاء الاصطناعي تتغير بحسب ملاحظات المستخدمين.

تستخدم معظم هذه المشاريع الذكاء الاصطناعي في شكل إحصاءات المحتوى والتعلّم الآلي، ويقدم Google Cloud مجموعة فعّالة من واجهات برمجة التطبيقات مثل ML-Engine وBigQuery لدعمها. وقدم فريق Google for Education مِنحًا كبيرة من الوقت على Google Cloud لكل فريق من فرق بارنت لتسهيل عمليات التطوير والاختبار، وهي قيد التنفيذ حاليًا.

تقديم تجربة حقيقية

لكي يصبح الطلاب علماء كمبيوتر ناجحين، ينبغي عليهم التعرّف على التطبيقات النظرية والعملية للأدوات المستخدمة في مكان العمل في الوقت الحالي. وتمنح خدمات السحاب مثل Google Cloud لجامعة مدينة نيويورك إمكانية الوصول إلى أحدث أدوات المطوّرين والبنية الأساسية لخدمة السحاب واسعة النطاق بدون ضرورة وجود استثمار ضخم بتكاليف أولية. ويمكن للطلاب التعرّف على كيفية العمل باستخدام العديد من اللغات وأنظمة السحاب الأساسية، بما في ذلك Python وRuby وSinatra وGoogle Cloud. وهذه الأدوات واللغات بعيدة المنال بالنسبة إلى العديد من المدارس التي تمنعها مواردها المحدودة من تقديم مثل هذه المجموعة المتنوعة من التقنيات للاستكشاف. وتوفر Google Cloud طريقة غير مكلفة لتوفير إمكانية الوصول إلى بيئات الحوسبة الحديثة بطريقة يمكن تطويرها لتلبية احتياجات جميع الطلاب والأقسام.

يقول بارنت: "تعد البيئة السحابية الواجهة الحديثة لنظام التشغيل. فلن يعمل الطلاب على خوادم صلبة فعلية. لن تكون خدمة السحاب المستقبل فحسب؛ بل هي الحاضر أيضًا".