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Curriculum Triennale in Ingegneria Informatica per la Prossima Decade: l’Esperienza della Sapienza

Camil Demetrescu, Marco Fratarcangeli, Alberto Marchetti Spaccamela, Massimo Mecella, Daniele Nardi, Francesco Quaglia, Riccardo Rosati, Leonardo Querzoni, Andrea Vitaletti

Salerno, 19 Settembre 2013 – Workshop AICA: Sfide Didattiche per l’Informatica del 2020

Contesto e motivazioni

•  L’evoluzione del ruolo dell’ICT nella società nell’ultima decade ha cambiato il tipo di competenze richieste all’ingegnere informatico

•  Nuove sfide: cloud, sicurezza, multi-core, platform-based development, ecc.

•  Esigenza ristrutturazione profonda del curriculum triennale in ingegneria informatica alla Sapienza

9/21/13 Commissione Curriculum Triennale Ing. Informatica Sapienza

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Agenda

•  Riflessioni sulla figura dell’ingegnere informatico •  Ruolo didattico dei linguaggi di programmazione •  Cosa è successo nel resto del mondo •  Indagine sui laureati in Ingegneria Informatica •  La ristrutturazione:

–  Princìpi generali e linee guida –  Il core del nuovo curriculum: i primi due anni –  Il terzo anno

•  Conclusioni


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Riflessioni sulla figura dell’ingegnere informatico


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Mario Raffa, l’Ingegnere oggi tra azienda e società, Storia dell’Ingegneria, Atti del 2° Convegno Nazionale, Napoli, 2008

Organizational Issues & Information Systems

Application Technologies

Software Methods and Technologies

System Infrastructure

Computer Hardware And Architecture

Theory Principles Innovation

Application Deployment

Configuration DEVELOPMENT More Theoretical More Applied


Computer Science Curricula 2013 (CS2013)

ACM/IEEE-CS Joint Task Force

http://ai.stanford.edu/users/sahami/CS2013/






CE CS SE IS IT EE Hardware Software Organizational

needs

EE Electronic Eng. CE Computer Eng. CS Computer Science SE Software Eng. IT Information Technology IS Information Systems










needs


IT










needs


IT IS










needs


IT IS

CE










needs


IT IS

CE

SE










needs


IT IS

CE

SE CS










needs





IT IS

CE

SE CS Engineering in CS Engineering in CS



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Mario Raffa, l’Ingegnere oggi tra azienda e società, Storia dell’Ingegneria, Atti del 2° Convegno Nazionale, Napoli, 2008

Agenda



•  Conclusioni


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Ruolo didattico dei linguaggi di programmazione

Software come tema centrale dell’ing. informatico

Anni 2000: Java come linguaggio dominante (es. sia server- che client-side).

Criticità emerse durante gli anni: •  Complesso come primo linguaggio, focus su sintassi/

semantica piuttosto che sulla risoluzione di problemi •  Nasconde troppi dettagli del funzionamento interno:

inadatto per sfruttare prestazioni architetture di calcolo •  Neo-laureati tendono a usare Java per ogni cosa


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Ruolo didattico dei linguaggi di programmazione

Anno 2010: diversi linguaggi e paradigmi di programmazione

•  Fondamentale dare dall’inizio il messaggio (e le capacità) che i linguaggi sono tanti e si sceglie di volta in volta

•  Programmazione per sistemi di calcolo eterogenei, su larga scala (multi-core, cloud) e specializzati (embedded)

•  Programmazione parallela (es. map-reduce), concorrente, funzionale, metodologie “agili”, ecc.


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Utilizzo linguaggi in ambito industriale


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Ratings: number of skilled engineers world-wide, courses and third party vendors Fonte: www.tiobe.com

Utilizzo linguaggi: tendenza ultimi 10 anni


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Agenda



•  Conclusioni


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Cosa è successo nel resto del mondo?


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Introductory Computer Science Education at Carnegie Mellon University: A Deans’ Perspective

Randal E. Bryant, Klaus Sutner, Mark J. Stehlik

2010

Abstract The School of Computer Science at Carnegie Mellon University is planning major revisions to its introductory course sequence in ways that will affect not just our own students, but also the many students from across campus who take computer science courses. Major changes include: 1) revising our introductory courses to promote the principles of computational thinking, for both majors and nonmajors, 2) increasing our emphasis on the need to make software systems highly reliable and the means to achieve this, and 3) preparing students for a future in which programs will achieve high performance by exploiting parallel execution.

Cosa è successo nel resto del mondo?


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Università Linguaggio 1 Linguaggio 2 Note

Caltech Python C++ Computational thinking

MIT Python Java (molto self study) Poi prog. funzionale

Carnegie Mellon Python C (focus correttezza) Primo corso cenni a SQL, PHP & HTML

Harvard C Java + ML (funz.) Primo corso: Python & robot

Georgia Tech Python Java

Stanford C++ C

Imperial College Haskell Java

ETH Eiffel Java II anno: enfasi parallelismo

EPFL Java C II anno: enfasi su prog concorrente

Cornell Python/Matlab Java Web prog. (PHP, XHTML, …)

Toronto Python Java Computational thinking

Columbia Java C, C++

Berkeley Scheme Java

Agenda



•  Conclusioni


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Indagine sui laureati in Ingegneria Informatica

•  Abbiamo creato su SurveyMonkey un questionario per i nostri laureati in ingegneria informatica

•  L’indagine è stata pubblicizzata presso il gruppo LinkedIn dei laureati in ingegneria informatica che conta oltre 400 iscritti

•  Il questionario è stato compilato da 51 persone in 10 giorni (dal 30 gennaio al 9 febbraio 2013)


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Titolo di studio e anno di conseguimento


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23

10

18 Laurea (triennale)

Laurea Specialis6ca

Laurea Magistrale

Settore di impiego


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6 1

36

5 2 1

Studente laurea magistrale

do>orando

Privato

Pubblico

Autonomo

Nessun impiego

Area di lavoro


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Linguaggi e strumenti utilizzati in ambito lavorativo


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0

5

10

15

20

Java SQL C/C++ Javascript Php C# SAP Ruby

Riassunto dell’indagine

Profilo dei laureati: •  Aree dominanti: Ingegneria del software e sistemi

informativi (Java e SQL sono i linguaggi più utilizzati) •  Seguite da applicazioni Web-based •  Profilo riflette il contesto aziendale dell’area di Roma

Contenuti e tecnologie suggeriti: •  Più attività progettuali nel corso di laurea •  Più progettazione e ingegneria del software •  Più Java e RDBMS •  Più contenuti e tecnologie relativi ad applicazioni Web-

based e mobili


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Agenda



•  Conclusioni


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Princìpi generali e linee guida

•  Core: primi due anni •  Maggiore varietà di linguaggi di programmazione

–  Primi due anni: Python, C, Java –  Terzo anno: linguaggi query, markup, funzionali, logici, paralleli

•  Introdurre la programmazione sviluppando l’attitudine al problem solving

•  I contenuti del corso implicano la scelta del linguaggio: linguaggio come strumento didattico

•  Nuovo approccio alle architetture degli elaboratori, focalizzato sull’astrazione per il programmatore

Princìpi generali e linee guida

•  Approccio olistico: integrazione stretta fra i programmi di tutti i corsi insegnati

•  Importanza dei laboratori su tutti i corsi del core (e su ogni semestre di ogni corso)

“The Box”

programma da6

soluzione Approccio integrato archite.ure, sistemi opera3vi e re3, dal punto di vista del programmatore

Programmazione

Approccio top-down alla risoluzione dei problemi

Algoritmo

aprire la scatola

HW

OS

HW

OS

HW

OS

HW

Sistema di calcolo

rete

problema

Sistemi di calcolo


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int sum1(int** m, int n) { int i, j, sum = 0; for (i=0; i<n; i++) for (j=0; j<n; j++)

sum += m[i][j]; return sum; }

int sum2(int** m, int n) { int i, j, sum = 0; for (i=0; i<n; i++) for (j=0; j<n; j++)

sum += m[j][i]; return sum; }

1.7 secondi (4.2 volte più lento)

0.4 secondi

Matrice 10000x10000, Intel Core 2 Duo @ 2.8 GHz

Architetture dal punto di vista del programmatore

Core: 48 CFU (5 esami ING-INF/05)

Primo semestre

Secondo semestre

Fondam. inform I (6 CFU)

Computa6onal thinking e introduzione alla programmazione Python

12 CFU Fondam. inform I (6 CFU) Elemen6 di informa6ca teorica: logica, linguaggi gramma6che, calcolabilità, intro complessità

Tecniche di programmazione

Programmazione impera6va, stru>ure da6 e algoritmi di base, analisi informale di algoritmi.

C

6 CFU

Second

o an

no

Prim

o an

no

Primo semestre

Secondo semestre

Sistemi di calcolo (6 cfu)

Archite>ura della macchina dal punto di vista del programmatore, cache, pipeline, assembly.

12 CFU Sistemi di calcolo (6 cfu)

Principi di proge>azione di sistemi complessi su re6 e sistemi opera6vi, sicurezza, interfacce, cloud e virtualizzazione.

C, Java, Python

C

Progr. orientata agli oggeH

Programming in the large: classi, ereditarietà, polimorfismo, modularità, informa6on hiding, 6pi generici, eccezioni

Java

6 CFU

Fondam. inform II (6 CFU)

Analisi e tecniche algoritmiche (greedy, divide et impera, ecc.)

Fondam. inform II (6 CFU)

Proge>azione del Software: design pa>ern, UML, ecc.

12 CFU

“La scienza dietro l’IT” (presentazione Carlo Ghezzi)

Il terzo anno (ING-INF/05)

AHvità forma3ve e cara.erizzan3 (2 a scelta) CFU

Sistemi opera6vi 6

Archite>ure dei calcolatori 6

Re6 di calcolatori 6

Programmazione funzionale e parallela 6

Metodi quan6ta6vi per l’informa6ca 6

Linguaggi e tecnologie per il Web 6

AHvità forma3ve e cara.erizzan3 (obbligatorio) CFU

Basi di da6 6

Ulteriori aHvità forma3ve: corso laboratorio (1 a scelta) CFU

Laboratorio di archite>ure sobware 6

Laboratorio di sicurezza informa6ca 6

Laboratorio di intelligenza ar6ficiale 6

Laboratorio di informa6ca grafica e di interfacce utente 6

Nuova laurea parte ora: molte sfide

•  Laboratori: uso intensivo della virtualizzazione •  Linguaggi multipli nei primi due anni:

–  modello consolidato in molte università estere di riferimento: molto self-learning

–  sostenibile nel nostro contesto? –  fattore di rischio significativo per la nuova laurea:

monitorare apprendimento, calibrare approfondimento contenuti

•  Culturale: formare ing. informatici in grado di –  modellare e risolvere problemi in ambito multidisciplinare –  saper scegliere gli strumenti informatici giusti per ogni problema –  adattarsi rapidamente ai cambiamenti, non temerli


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