El Proyecto Cupi2Buscando nuevas maneras de enseñar a programar

Jorge VillalobosRubby Casallas

Marcela HernándezIngeniería de Sistemas y Computación

Universidad de los Andes

Mayo 3 2006

Objetivo

Presentar un informe sobre el estado actual del proyecto

Agenda

Contexto del proyecto APO1APO2DATOSConclusionesPreguntas

Contexto del proyectoBuscando nuevas maneras de enseñar a programar

http://cupi2.uniandes.edu.co/

Etapas:2003-2004: Levantamiento de información2004-2: Diagnóstico2004-2: Marco conceptual2004-2: Diseño APO12005-1: Piloto APO12005-2: 2do piloto APO1, piloto APO22006-1: Masificación APO1, 2do piloto APO2, piloto APO12006-2: Estable APO1, masificación APO2, 2do piloto DATOS2007-1: Cursos estables + piloto ISOFT

Ejes conceptualesprocesos desoftware modelaje y solución

de problemas

tecnología yprogramación

herramientas deprogramación

algorítmica

técnicas de programacióny metodologías

elementos estructuradoresy arquitecturas

Estructura de niveles

Semana Nivel Eje1 Eje2

Eje3 Eje4 Eje5 Eje6 Eje7 Entrenadores Evaluación

C H C H C H C H C H C H C H

1 1

2 1

3 1 ***

4 2

5 2 ***

6 3

7 3

8 3 ***

9 4

10 4 ***

11 5

12 5 ***

13 6

14 6

15 6 ***

ejercicio

APO1:123456 APO2:

789

101112 DATOS:

131415161118

Generación incremental de habilidades

Cupi2: materiales de soporte

El enfoque implica el desarrollo y mantenimiento de una gran cantidad de materiales:

Ejercicios y ejemplosEntrenadoresHojas de trabajoTalleresTutorialesLibros

Seminarios de inducción de profesores y monitores

La comunidad Cupi2: profesores

La comunidad Cupi2: profesores

La comunidad Cupi2: estudiantes

PublicacionesJ. Villalobos, R. Casallas, “Teaching/Learning a First Object-Oriented Programming Course outside the CS Curriculum”, ECOOP 10th Workshop on Pedagogies and Tools for the Teaching andLearning of Object Oriented Concepts, Nantes, Francia, Julio 2006.

J. Villalobos, R. Casallas, L. Osorio. "Looking for a New Approach toTeach/Learn a First Computer-Programming Course". InternationalConference on Engineering and Computer Education (ICECE), Madrid, España, Noviembre 2005.

J. Villalobos, R. Casallas, K. Marcos. “El Reto de Diseñar un Primer Curso de Programación de Computadores". XIII Congreso Iberoamericano de Educación Superior en Computación, Cali, Colombia, Octubre 2005.

J. Villalobos, D. Pérez, J. Castro, C. Jiménez. “Construcción de un Laboratorio Flexible de Estructuras de Datos". XIII Congreso Iberoamericano de Educación Superior en Computación, Cali, Colombia, Octubre 2005.

Agenda

Contexto del proyectoAPO1APO2DATOSConclusionesPreguntas

APO1

35 secciones (27 profesores de cátedra)Más de 50 monitoresTarde, pero por fin con libro!Diseño detallado de los niveles

Problemas pequeños =>análisis == diseñoarquitectura simple predefinidaHabilidades básicas de análisis, modelado y programación

APO1 – Nivel 1Problemas, soluciones y programas

Habilidades elementales de análisisClases, objetos, métodos, atributosArquitectura básica de un programaAlgunos tipos simplesOperadores y expresiones simplesAsignaciónInvocación de métodosIntroducción a Java y EclipseUML: diagrama de clases

APO1 – Nivel 2Definición de situaciones y manejo de casos

Expresiones lógicas, operadores relacionales, operadores lógicosInstrucciones condicionalesUso de constantesHabilidades básicas de modelado y asignación de responsabilidadesConstructores, modificadores, analizadoresConcepto de variableSe refuerza el concepto de paso de parámetros

APO1 – Nivel 2Definición de situaciones y manejo de casos

Entrenadores

APO1 – Nivel 3Manejo de grupos de atributos

Contenedoras de tamaño fijo: arreglosContenedoras de tamaño variable: vectores (clase ArrayList)Instrucciones repetitivas (for, while)Patrones de algoritmo para ciclosRepresentación de grupos en UMLLectura y uso de documentación Javadoc

APO1 – Nivel 3Manejo de grupos de atributos

Entrenadores

APO1 – Nivel 3Manejo de grupos de atributos

Entrenadores

APO1 – Nivel 4Definición y cumplimiento de responsabilidades

Contrato, precondición y postcondiciónExcepcionesTécnicas de asignación de responsabilidades (patrón experto)Uso de Javadoc para especificar un contratoInstrucciones try-catch, throwDividir y conquistar aplicado a requerimientos funcionales

APO1 – Nivel 5Construcción de la interfaz gráfica

Arquitectura de la interfaz de usuarioVentanas, paneles, etiquetas, zonas de texto, eventos, botones, distribuidores gráficosAsignación de responsabilidades a cada elemento de la interfazFramework swing de JavaEl método main() en Java

APO1 – Nivel 6Estructuras de dos dimensiones y persistencia

Contenedoras de dos dimensiones: matricesPersistencia básica para iniciar el estado del modelo del mundo (Properties)Construcción de un programa completo

APO1 – Nivel 6Estructuras de dos dimensiones y persistencia

Entrenadores

Agenda

Contexto del proyecto APO1APO2DATOSConclusionesPreguntas

APO2

2do piloto del curso4 secciones (RuC, MH, MS, CA)Borrador de diseño de los nivelesEjemplos completos para todos los nivelesEntrenadores

Problemas pequeños =>análisis != diseñodiseño dado en cada ejercicioarquitectura simple predefinidaprimeros requerimientos no funcionales

APO2 – Nivel 7Búsqueda, ordenamiento y pruebas automáticas

Búsqueda secuencial y binariaAlgoritmos no recursivos de ordenamientoConstrucción de pruebas automáticas en JUnit y su uso en el proceso de desarrolloInvariante de clase y su documentación en JavadocInstrucción assert en JavaComponentes swing para visualización de grupos

APO2 – Nivel 7Búsqueda, ordenamiento y pruebas automáticas

Entrenadores

APO2 – Nivel 8Archivos y excepciones

Archivos secuenciales de texto, para hacer persistir el estado del modelo del mundoManejo y declaración de tipos de excepcionesUso del depurador en Eclipse

APO2 – Nivel 9Estructuras lineales encadenadas

Listas sencillamente y doblemente encadenadasOtros distribuidores gráficos: FlowLayout, GridBagLayoutOtros componentes gráficos de swing

APO2 – Nivel 9Estructuras lineales encadenadas

Entrenadores

APO2 – Nivel 10Herencia e interfaces

Herencia, clases abstractas, redefinición de métodos, alcance dinámico, polimorfismoInterfaces como mecanismo de desacoplamientoDibujo básico en interfaces gráficasManejo de eventos del ratón y de menús

APO2 – Nivel 10Herencia e interfaces

Entrenadores

APO2 – Nivel 11Estructuras y algoritmos recursivos

Árboles binarios, árboles binarios ordenados, árboles n-ariosDesarrollo de métodos recursivosUso de árboles para representar información ordenada y estructuras de decisión

APO2 – Nivel 12Persistencia y distribución básicas

BD

servidor

socket

JDBC

socket

APO2 – Nivel 12Persistencia y distribución básicas

Entrenadores

Agenda

Contexto del proyecto APO1APO2DATOSConclusionesPreguntas

DATOS

Piloto del curso (JV, PB)Borrador de diseño de los niveles

Problemas medianos =>análisis != diseñotodo gira alrededor del diseño (medir, proponer, justificar)arquitectura simple diseñada por el estudiantealgorítmica de estructuras de datos no trivialesnuevos requerimientos no funcionalesproyectos construidos por componentes

LED & Cupi2Collections

DATOS – Nivel 13Complejidad y técnicas básicas de diseño

Complejidad de algoritmosDel análisis al diseñoDiseño bajo restriccionesLo representado vs. la representaciónTaxonomía y algorítmica de estructuras linealesUso de un IDE para la construcción de la interfazFramework Collections de JavaTécnicas básicas de simulación

DATOS – Nivel 14Estructuras de acceso directo

Diseño bajo restriccionesLo representado vs. la representaciónTablas de hashing, diccionarios, conjuntos y mapasClases genéricas y su implementación en JavaManejo de appletsManejo y empaquetamiento de jarsUso de ant

DATOS – Nivel 14Estructuras de acceso directo

Entrenadores

DATOS – Nivel 15Estructuras recursivas

Árboles AVLÁrboles de sintaxisAlgoritmo de HuffmanArquitectura MVC y el patrón observadorDiseño bajo restriccionesAlgorítmica no trivial de estructuras arborescentesHeapsImplementación de árboles binariosUso de “librerías”

almacenamientomemoriaprincipal

ÍndicesAVL

DATOS – Nivel 15Estructuras recursivas

Entrenadores

DATOS – Nivel 15Estructuras recursivas

Entrenadores

DATOS – Nivel 16Estructuras recursivas

Árboles B y 2-3XML y DOMDesarrollo incrementalDiseño bajo restriccionesComponentes gráficos de visualización de jerarquías (JTree)

almacenamientomemoriaprincipal

ÍndicesAVL

Índices2-3

XML

Huffman + Xerces

DATOS – Nivel 17Estructuras no lineales

Grafos dirigidosDiseño de estructuras de datos para implementar un algoritmo no trivialAlgorítmica de búsqueda de caminos y óptimos (ciclos, Hamilton, Euler, etc.)Algorítmica de manejo de grafosDijkstra y árboles de recubrimiento

DATOS – Nivel 18Diseño de software

Arquitecturas simples de múltiples capasComponentes WEB (servlets)Construcción de aplicaciones por composición de componentesPatrones básicos de diseño

servidor

miniDBC

WEB

servlets

driver

Cupi2Collections

Oráculo

Agenda

Contexto del proyecto APO1APO2DATOSConclusionesPreguntas

Conclusiones

Todos los indicadores son muy positivosHay todavía aspectos por mejorar en los tres cursosEn el ciclo básico de programación se logra llegar mucho más adelante que antesLos estudiantes terminan con una visión más amplia de la problemática de desarrollo con habilidades a distintos niveles de profundidad

Es una oportunidad para replantear los cursos que siguen: ISoft, ArqSw, etc.

Conclusiones

Cómo mantener estos cursos en el estado estable?

Agenda

Contexto del proyecto APO1APO2DATOSConclusionesPreguntas