Neuordnung der Programmierausbildung im Bachelor Informatik

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1 Neuordnung der Programmierausbildung im Bachelor Informatik Denis Lohner und Jürgen Graf IPD, LEHRSTUHL FÜR PROGRAMMIERPARADIGMEN, FAKULTÄT FÜR INFORMATIK KIT - University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association

2 Studienplan Pflichtmodule (111 LP) 1. Sem. 2. Sem. 3. Sem. 4. Sem. 5. Sem. LP Gbl Algo I Th. Grundl. Algo II 22 Progr. SWT I PSE/TSE ProgPar 23+2 Betriebssys. KuD 14 Rechnerorg. Digitaltech. 12 HM I + LA I HM II + LA II WT/Statistik Numerik 38 Wahlpflichtmodule ( LP) Computergrafik Echtzeitsys. Formale Sys. Kognitive Sys. Rechnerstrukt. Sicherheit SWT II Telematik Ergänzungsmodule (21 LP) Schlüsselqualifikationen (6 LP) Bachelor-Arbeit (15 LP) 2

3 Studienplan Pflichtmodule (111 LP) 1. Sem. 2. Sem. 3. Sem. 4. Sem. 5. Sem. LP Gbl Algo I Th. Grundl. Algo II 22 Progr. SWT I PSE/TSE ProgPar 23+2 Betriebssys. KuD 14 Rechnerorg. Digitaltech. 12 HM I + LA I HM II + LA II WT/Statistik Numerik 38 Wahlpflichtmodule ( LP) Computergrafik Echtzeitsys. Formale Sys. Kognitive Sys. Rechnerstrukt. Sicherheit SWT II Telematik Ergänzungsmodule (21 LP) Schlüsselqualifikationen (6 LP) Bachelor-Arbeit (15 LP) 2

4 Programmierausbildung / Lernziele Programmieren Grundlagen der OO-Programmierung (Java) Abschlussprüfung: kleine Programmier-Projekte (statt Klausur) Softwaretechnik I Anforderungsermittlung, Spezifikation, Entwurf, Qualitätssicherung,... Praxis der Softwareentwicklung Softwareentwicklung im Team Umsetzung des Gelernten anhand eines mittelgroßen Projekts Programmierparadigmen Funktionale, Logische, Parallel-Programmierung λ-kalkül, Typtheorie 3

9 Praxis der Softwareentwicklung (PSE) Entwicklung eines mittelgroßen Softwaresystems im Team Für 3. oder 4. Semester Bachelor Informatik Team aus 5-6 Studenten Moderne Softwaretechnik Realistische Bedingungen und Werkzeuge Lernziele Umsetzung des gelernten Stoffs in die Praxis Teamfähigkeit Sprach-/Kommunikationskompetenz Projektplanung/-management 4

10 PSE - Das Phasenmodell 5 Phasen Pflichtenheft Entwurf Implementierung Validierung Präsentation und Abnahme Feste Termine: 2-6 wöchige Zeitabschnitte Wöchentliche Besprechung Eigenverantwortliche Organisation Je Phase Phasen-Verantwortlicher Artefakt: Dokument oder Programm Präsentation und Diskussion 5

11 PSE-Projekt: Zauberwürfel für Smartphones Kub IT Februar 2011 Semester Studenten Projektphasen Seiten Dokumente Stunden Programmzeilen Getestete Würfel Neuordnung der Programmierausbildung IPD, Lehrstuhl für Programmierparadigmen

12 PSE-Projekt: Zauberwürfel für Smartphones Kub IT Februar 2011 Semester Studenten Projektphasen Seiten Dokumente Stunden Programmzeilen Getestete Würfel Neuordnung der Programmierausbildung IPD, Lehrstuhl für Programmierparadigmen

13 Demo PSE-Projekt: Zauberwürfel für Smartphones Automatisches Lösen mit verschiedenen Strategien Hilfe-Funktion Bedienung über Touchscreen 3D Ansicht Stellung des Würfels mit Freunden austauschbar u.v.m.... 7

14 Phase 1 - Pflichtenheft Beschreiben und eingrenzen der Aufgabe Vorstellen Lösungsidee Vollstder a ndige Dokumentation Festlegen von Pflicht- und Wunschkriterien Anwendungsszenarien Februar 2011 Neuordnung der Programmierausbildung IPD, Lehrstuhl für Programmierparadigmen

15 Phase 2 - Entwurf Geplanter zeitlicher Ablauf Konkreter und detaillierterer Systementwurf Objektorientiertes Design Festlegen der einzelnen Komponenten Definieren der Schnittstellen Zusammenspiel und Abhängigkeiten 9

16 Phase 2 - Entwurf Geplanter zeitlicher Ablauf Konkreter und detaillierterer Systementwurf Objektorientiertes Design Festlegen der einzelnen Komponenten Definieren der Schnittstellen Zusammenspiel und Abhängigkeiten 9

17 Phase 3 - Implementierung Umsetzen des Entwurfs: Das System wird programmiert Verwenden der selben Werkzeuge wie in der Industrie Entwicklungsumgebung: Eclipse & Java Versionsverwaltung: Subversion, GIT,... Vergleich zwischen Planung und Realität Zeitlicher Ablauf Fehler/Mehrdeutigkeiten im Entwurf 10

18 Phase 3 - Implementierung Umsetzen des Entwurfs: Das System wird programmiert Verwenden der selben Werkzeuge wie in der Industrie Entwicklungsumgebung: Eclipse & Java Versionsverwaltung: Subversion, GIT,... Vergleich zwischen Planung und Realität Zeitlicher Ablauf Fehler/Mehrdeutigkeiten im Entwurf 10

19 com.kubit.model.exceptions 100% (4/4) 100% (8/8) com.kubit.model.history 100% (17/17) 100% (83/83) com.kubit.model.pattern 100% (6/6) 100% (12/12) com.kubit.model.pattern.code 100% (5/5) 100% (35/35) com.kubit.view.screen.other 100% (15/15) 100% (46/46) Phase 4 - Validierung Ziele Robustheit Fehlerfreiheit Übersicht über die MVC-Einheiten Es folgt eine Übersicht über die Einheiten des Model-View-Controller-Prinzips. Überdeckungstests Name Methoden Linien Wurden alle Möglichkeiten getestet? Model 99,54% (218/219) 99,55% (2167,1/2177) View 99,49% (390/392) 97,91% (1875,9/1916) Controller 100% (7/7) 100% (118/118) 11 Anwendungsszenarien Algorithmus Test Stress Test Model-Statistiken Funktioniert der normale Betrieb? Wird der Würfel wie geplant gelöst? Da das Model den wichtigste Teil der Anwendung darstellt, werden hier die Model-K näher unter die Lupe genommen. Das Model ist fast vollständig überdeckt. Nur zwei K wurden nicht zu 100% überdeckt: Verkraftet das Programm unkoordinierte und zufällige Eingaben? com.kubit.model.algorithm.lbl.layerbylayeralgorithm: Methoden: 97%. Es wu valueof()-methode einer privaten internen Enumeration nicht verwendet. Dies leider auch von außen nicht getestet werden. Allerdings wirkt sich dies nicht a Rest der Anwendung aus.

22 Phase 5 - Präsentation und Abnahme Präsentation Das Team stellt sein Produkt vor Abnahme Übergabe der finalen Version Die Betreuer testen die Abgabe vor Ort Oft: Präsentation und Abnahme getrennt Abnahme einzeln Präsentation zusammen mit anderen Teams Die besten Teams dürfen ihr Projekt am Tag der Informatik vorstellen. 12

27 PSE Projekte: Es gibt Viele # Thema 1 KITCampusGuide Ein Web-basiertes Assistenzsystem für das KIT 2 Visualisierung von Ausführungs- und Sicherheitseigenschaften eines Workflows 3 Analysesoftware für Logistiknetzwerke 4 Manuelle Segmentierung von medizinischen Bilddaten 5 Entwicklung eines telepräsenten Computerspiels 6 Konzeption und Implementierung eines Fahrermodells für autonomes Fahren 7 Modulares Multimedia-Werkzeug zum Testen von Videoencodern 8 SOKEN (SOcial Key Exchange Network) für Android 9 Entwicklung einer kollaborativen Bewertungsplattform für das Angebot der Mensa 10 Quiz App - Interaktives Smartphone-Spiel 11 Entwicklung eines Routenplanungssystems für den PC 12 Tauchcomputer-App - Sicherheitskritische Software für Android 13 Entwicklung einer Webanwendung für den Zugriff auf CRM-Systeme 14 Entwicklung eines Internationalisierungsplugins für Eclipse 15 PUPPET - Entwicklung einer interaktiven Pfad- und Aufgabenplanung für Industrieroboter 16 Interaktive Echtzeit-Visualisierung von drahtlosen Sensornetzen 17 Echtzeit-Computergrafik im Kontext der Spieleentwicklung 18 Visualisierung von Daten drahtloser Sensorsysteme in Augmented Reality 19 Web-basiertes Veranstaltungsmanagement 20 Web-basiertes IT-und Sicherheitsmanagement 21 Kommunikationsgestütztes autonomes Fahren 22 Entwicklung eines Texteditors für Handschriften 23 Simulation dynamischer heterogener Multicore-Systeme 24 Optimierungswerkzeuge für die parallele Programmierung 25 Servergestützte Spracherkennung 26 Abfragen und Betrachten medizinischer Bilddaten 27 Handysignaturverfahren 28 Entwurf eines grafischen Editors für das Steuerwerk eines ASIP Studenten können das Thema frei wählen sich als Gruppe anmelden Auftaktveranstaltung 3 Minuten je Thema Lehrstühle werben um Studenten 13

28 PSE Projekte: Eine Auswahl "#$%&'()*+,-,./01)2-&/32&4.56,067( $1"'.&#'#H.""1"21/'6,*#A?&"-#-1I%1$'J,*?."21"K

29 Neuordnung der Programmierausbildung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 15

30 TauchcomputerApp - Sicherheitskritische Software Jeder Taucher muss einen Tauchcomputer mitführen. Dieser misst über einen Drucksensor den Tauchverlauf und bestimmt mit Hilfe eines mathematischen Modells den aktuellen Zustand des Tauchers. Aufgrund des Modells gibt der Tauchcomputer dem Taucher Anweisungen wie er sich zu verhalten hat. Z.B. "Langsames Auftauchen bis auf 20m und dort 10min verweilen.". Da diese Hinweise über das Wohlergehen des Tauchers entscheiden, darf bei deren Berechnung kein Fehler unterlaufen. Hierfür ist bei der Implementierung spezielle Sorgfalt, sowie der Einsatz von geeigneten Softwaretechniken nötig. PSE Projekte: Eine Auswahl SOcial Key Exchange Network SOKEN wurde am IKS entworfen und ist, genauer gesagt, ein Verfahren für ein Ad-Hoc- Schlüsselaustauschnetzwerk. Dieses Netzwerk nutzt alltägliche Begegnungen seiner Teilnehmer dazu, kryptographische Schlüssel auszutauschen und weiterzureichen. Ausgetauschte Schlüssel werden so weitergegeben, dass zwei Netzwerkteilnehmer einen gemeinsamen Schlüssel erhalten können, ohne sich je persönlich getroffen zu haben. Entwicklung einer interaktiven Pfad- und Aufgabenplanung für Industrieroboter Die zu entwickelnde Anwendung soll die intuitive Planung von Roboteraufgaben ermöglichen und damit unsere Roboterzelle in ihrer Flexibilität erweitern. Unsere Roboterzelle besteht aus bestimmten Typen von industriellen Robotern, die jeweils eigene Teilaufgaben bearbeiten. Solche Aufgaben können als "#$%&'()*+,-,./01)2-&/32&4.56,067( Bewegungsanweisungen verstanden werden, die sich als sog. Bewegungspfade (Raumkurven) darstellen lassen. Interaktive Echtzeit-Visualisierung von drahtlosen Sensornetzen Sensornetze sind Rechnernetze von Sensorknoten, charakterisiert durch geringe Knotengröße, geringe Rechen- und Energieressourcen, große Knotenanzahl, autonomen Betrieb und drahtlose Kommunikation. Sensorknoten können dabei mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet werden. So können Sensornetze vielfältig eingesetzt werden, z.b. für großflächige Überwachung, Home Automation oder für medizinische Überwachung. Analysesoftware für Logistiknetzwerke Logistiknetzwerke gewinnen in Zeiten der Globalisierung und einer stärker vernetzten Wirtschaftswelt immer mehr an strategischer Bedeutung. So lassen sich durch den Einsatz robuster, zuverlässiger Logistiknetzwerke beträchtliche Kostenvorteile bei der Warenbeschaffung erzielen. Für die Optimierung existierender Netzwerke ist es essentiell, abgelaufene Transporte und deren wechselseitige Abhängigkeiten auswerten zu können. Dabei ist eine grafische Darstellung der Transportvorgänge in Fahrermodell für autonomes Fahren Moderne Technologien wie die Nutzung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (oft als "Elektromobilität" bezeichnet) sowie der Einsatz von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation versprechen die Welt des Verkehrs zu revolutionieren. So haben Elektrofahrzeuge durch ihre geringere Reichweite aber auch niedrigeren Energieverbrauch das Potential, unsere Fahrgewohnheiten zu verändern. Im Rahmen dieser Lehrveranstaltung wird es Ihre Aufgabe sein, ein Fahrermodell zu konzipieren und zu implementieren, so dass ein Auto autonom, also ohne menschliche Interaktionen, von A nach B fährt, ohne dass es dabei zu Unfällen kommt. Als Zielmetriken kommen dabei etwa eine möglichst kurze Fahrtdauer oder auch ein möglichst geringer Verbrauch in Frage. Für Ihre Arbeiten werden wir Ihnen einen Verkehrssimulator nebst neuartiger Fahrzeug-zueinem Logistiknetzwerk äußerst hilfreich. Fahrzeug-Kommunikation zur Verfügung stellen $1"'.&#'#H.""1"21/'6,*#A?&"-#-1I%1$'J,*?."21"K