СПО в образовании:
решения, проблемы и перспективы

В Переславле-Залесском прошла очередная ежегодная конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе» (OSEDUCONF), в которой приняли участие преподаватели, методисты, научные сотрудники и разработчики. Мероприятие организовала российская компания – разработчик операционных систем «Базальт СПО» при поддержке Института программных систем РАН (ИПС РАН)

Вот уже второй год OSEDUCONF проводится не в Университете города Переславля (УГП), а в ИПС РАН. Несмотря на то что причина переноса места достаточно печальна – вуз закрыт и его здание передано другому владельцу, – это было неизбежно в любом случае. Вероятнее всего, небольшой камерный университет скоро не смог бы вместить в себя всех участников.

Разумеется, во многом рост популярности определяется возрастом конференции – ей исполнилось 14 лет. Но это только то, что лежит на поверхности, поскольку причин значительно больше, и они носят не столько количественный, сколько качественный характер. Не исключено, что гегелевская «узловая точка» либо уже пройдена, либо этот процесс происходит прямо сейчас.

Во-первых, СПО стало неотъемлемой частью ИТ-образования, как высшего, так и общего. Свободные решения сегодня применяются и в средней школе, и в университетах, причем не потому, что они свободные, а потому, что они интегрально лучшие в своем классе. Конечно, лучшими они стали во многом благодаря модели разработки, но это уже другой фактор, относительно слабо влияющий на выбор пользователей.

Во-вторых, растет понимание общности ИТ-образования и ИТ-отрасли. К сожалению, этот очевидный на первый взгляд тезис характеризует одну из главных проблем даже не отрасли, а всего российского общества. Отрыв учебных заведений от реализующих практические проекты учреждений должен быть ликвидирован, поскольку он одинаково вреден и образованию, и отрасли.

В-третьих, есть все основания говорить, что в отечественном СПО-сообществе произошли если не институциональные, то инфраструктурные изменения. Это, в свою очередь, привело к заметному расширению спектра решаемых им задач, значительная часть которых выходит за рамки разработки ПО.

Концепции и методики

Доклад д. т. н. Владимира Сухомлина (МГУ) был посвящен методическим основам создания системы развития цифровых навыков на базе платформы «Альт». Иными словами, перед тем, как чему-то учить, неплохо бы разобраться, чему именно учить, как учить и что должно получиться в результате всего этого процесса. Причем не на уровне абстрактных ощущений, а вполне строго и формализовано.

Доклад д. т. н. Владимира Сухомлина (МГУ) был посвящен методическим основам создания системы развития цифровых навыков на базе платформы «Альт»

Решение этой, безусловно, важной проблемы видится автору в создании национальной системы развития цифровых навыков (СРЦН), основу которой составит разработанный на базе платформы «Альт» фонд образовательных ресурсов и необходимых для получения соответствующих навыков свободных программных продуктов. Основные задачи СРЦН: классификация, спецификация и сопровождение цифровых навыков в различных отраслях.

Правда, их практическое решение потребует ответа на множество концептуальных, методических и даже технических вопросов: от создания обычного перечня цифровых навыков до разработки языка их спецификации. Часть работ уже выполнена, причем с учетом международных образовательных стандартов в области ИТ.

Эта деятельность представляет весомый практический интерес, поскольку конкретизация базовых навыков позволит оптимизировать рабочие места. Однако в кулуарных обсуждениях было отмечено, что столь важную работу заметно осложняет слабая связь между образовательными учреждениями и отраслевыми предприятиями.

Всем известно, что воспитывать ребенка надо, когда он лежит еще поперек лавки. Так и ИТ-обучение следует начинать не с вуза, а намного раньше. Про основные понятия и приемы программирования в полуторагодовом курсе для дошкольников и первоклассников участникам конференции рассказал к. ф.-м. н. Анатолий Кушниренко (НИИСИ РАН).

Про основные понятия и приемы программирования в полуторагодовом курсе для дошкольников и первоклассников участникам конференции рассказал к. ф.-м. н. Анатолий Кушниренко (НИИСИ РАН)

Необходимость курса обусловлена тем, что согласно существующему в нашей стране образовательному стандарту изучение информатики начинается в 7-м классе и предполагается, что к 9-му классу ученики должны обладать какими-то базовыми навыками в программировании. На практике это случается очень редко, и автор полагает, что причина заключается в слишком позднем для начального обучения возрасте.

Интересно, что предлагаемый полуторагодовой курс – только вводная часть последующего четырехлетнего цикла, в результате которого ученики должны получить все необходимые им навыки. И не только в области программирования, поскольку эта дисциплина способствует выработке ряда межпредметных навыков.

Основной инструмент, используемый для изучения программирования младшими школьниками, – роботы. Причем программы управления с обратной связью планируется использовать только в третьем полугодии. Важно, что на этом этапе программирование производится исключительно в пиктограммной форме.

Рассказывая о четырехлетнем курсе, докладчик обратил внимание участников на возникшую техническую проблему. Дело в том, что в качестве текстовой системы программирования на этом этапе планировалось использовать традиционный КуМир. Однако переход от пиктограммного стиля к текстовому может оказаться слишком сложным. Для его смягчения в НИИСИ РАН начата разработка смешанной пиктограммно-текстовой системы ПиктоМир-К.

Реальность такова, что поступить в вуз можно только двумя способами: через ЕГЭ и через олимпиады. Поскольку первый способ уже награжден массой всевозможных эпитетов, интересней рассмотреть второй.

О тонкостях и нюансах проведения олимпиад по кооперативному программированию участникам конференции рассказала Миля Райко (НИИСИ РАН). Командный характер состязаний позволяет ученикам не только продемонстрировать свои знания предметов, но и приобрести навыки коллективной работы.

В кулуарах по этому поводу было сказано, что подобные групповые методы неплохо бы шире использовать в вузах, которые в идеале должны выпускать специалистов, не только знающих предмет, но и готовых к практической работе в коллективе. Особую важность это качество имеет в свободных проектах, где эффективность взаимодействия участников зачастую играет не меньшую роль, чем их профессиональная компетентность.

Опытом методической подготовки педагогов поделилась Татьяна Губина («Базальт СПО»). Компания осуществляет поставки программных решений в российские школы с 2001 года, а за последние два года учебные заведения только Московской области получили более 40 тысяч готовых комплектов, состоящих из ноутбуков с установленной операционной системой «Альт». Таким образом, в основу доклада легла именно практическая деятельность организации.

Еще два года назад компания «Базальт СПО» запустила портал дистанционной поддержки работников учебных заведений, в который входят общие и специализированные учебные курсы, а также методические материалы. В настоящее время на ресурсе зарегистрировано более 400 пользователей.

Инструменты и учебники

Познакомиться с решениями для учебных заведений участники мероприятия могли еще в фойе. Там были выставлены два ноутбука с системами «Альт Образование» и «Альт 8» с набором ПО для поставки в школы Московской области. В них включен набор из более 30 полностью русифицированных программ, при помощи которых преподаватели смогут осуществлять поддержку учебного процесса.

Рядом располагался типовой отечественный модуль изучения интернет-технологий, в состав которого входят сервер «Эльбрус 801-РС» и рабочие станции «Эльбрус 101-РС», а в качестве операционных систем используются «Альт Сервер» и «Альт Рабочая Станция», специально предназначенные для этих процессоров. Применяемые коммутаторы российские – RTT-A220-24T-4G производства «Русьтелетех». Монитор для преподавателя тоже отечественный, созданный ГК «Билтех».

Радикальные скептики могли познакомиться с тестовым комплектом, состоящим из процессора «Байкал-Т», размещенного на оценочной плате. Несмотря на то что сам процессор предназначен для сетевых устройств и промышленных систем, рабочую станцию на нем тоже вполне реально построить. Высоких скоростей в таком нестандартном режиме эксплуатации она не показывает, но, поскольку тестовый комплект служит исключительно для демонстрационных целей, свою задачу он выполняет.

Наконец, венчала композицию система на базе процессоров «Эльбрус» с погружным охлаждением, выполненная для большей наглядности в прозрачном корпусе. Интересно, что используемая в ней жидкость совершенно безвредна для человека и ничем не угрожает здоровью, даже если перепутать ее с обычной водой и случайно выпить. Но поскольку получения удовольствия при этом никто не обещал, то желающих поэкспериментировать не нашлось.

Особое внимание при изучении информационных технологий в средней школе уделяется роботам. Из доклада Игоря Воронина (ИПЛИТ РАН) участники конференции узнали, как использовать робототехнику для вовлечения детей в техническое творчество.

Игорь Воронин (ИПЛИТ РАН) рассказал о том, как использовать робототехнику для вовлечения детей в техническое творчество

Применяя оборудование на базе AVR-микроконтроллеров и пакет UMKI, входящий в базовую поставку системы «Альт Образование», ученики могут не только успешно выступать на соревнованиях и хакатонах, но и принимать участие в различных научно-технических семинарах.

В качестве учебного пособия автор рекомендует использовать написанную им книгу «Программирование для детей. От основ к созданию роботов». Детской литературы на эту тему у нас крайне мало, поэтому ее издание – событие, безусловно, приятное.

Выпуском учебников для вузов озаботилось и одно из самых зрелых отечественных СПО-сообществ – сообщество разработчиков PostreSQL. Про успехи в этом направлении рассказал к. ф.-м. н. Иван Панченко (Postgres Professional).

В своем выступлении он подчеркнул, что «захват» ИТ-образования крупными корпорациями, выпускающими проприетарные решения, привел к тому, что в области прикладной информатики вузы готовят не столько разработчиков, сколько грамотных пользователей, не знающих, как именно устроен тот или иной продукт. Изучение же свободного ПО, в частности СУБД семейства Postgres, позволяет не только досконально разобраться в приложении, но даже принять участие в работе над его улучшением.

Успехи выпусков учебников для вузов от сообщества разработчиков PostreSQL осветил к. ф.-м. н. Иван Панченко (Postgres Professional)

В прошлом году вышла первая книга, предназначенная для изучения СУБД на примере свободного продукта: «PostgreSQL. Основы языка SQL». Ее автор – к. т. н. Евгений Моргунов, который несколько лет преподавал язык SQL в СибГУ, используя для этого именно PostgreSQL. Причем это только первая часть курса. Запланировано, что в него войдут три учебника.

Также Иван Панченко обратил внимание участников конференции на еще одну книгу – «Основы технологий баз данных», написанную д. ф.-м. н. Борисом Новиковым (СПбГУ). Первая ее часть уже издана, выход второй запланирован на ближайшее время.

Предложениями по совершенствованию дистрибутива «Альт Образование» с участниками поделился к. ф.-м. н. Иван Хахаев (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»). Автор использовал это решение в течение осеннего семестра 2018-2019 годов для проведения ряда практических занятий. Пожелания относились к общей компоновке, документации, настройкам и единому центру управления.

В частности, автор считает неудачным объединение серверного и десктопного дистрибутивов в одно общее решение и предлагает вернуться к прежнему раздельному варианту. Разумеется, это сопровождается просьбой не использовать systemd в серверном варианте, что встретило понимание у наиболее консервативной части слушателей.

Впрочем, в бурную дискуссию о достоинствах и недостатках подсистем инициализации это так и не переросло. Вероятнее всего, у прагматичного большинства уже успело сформироваться понимание одностороннего движения прогресса, остановить которое невозможно. Да и systemd оказалась не так плоха, как это выглядело несколько лет назад.

К. т. н. Дмитрий Костюк (БрГТУ) в своем докладе затронул вопрос практического изучения USB-протоколов. Проблема в данном случае заключается в том, что сопутствующая этому процессу разработка драйвера USB-устройства представляет собой достаточно сложную задачу для студента, поэтому учебный курс, как правило, ограничивается только теоретической частью.

Существующие методы позволяют решить эту задачу за счет абстрагирования реализации драйвера, что обеспечивается библиотекой libusb. Данный метод используется при прототипировании и отладке управляющих программ, а также в любых других случаях, когда производительность не является сколько-нибудь значимым фактором. Тем не менее использование подобного подхода для учебных целей представляется автору не самым удачным, поскольку освоение API-библиотеки требует от студента дополнительного времени.

В предлагаемом докладчиком курсе основной упор делается на взаимодействие виртуальных файловых систем ConfigFS и FutctionFS. Первая используется в качестве интерфейса для описания функций и конфигураций, составляющих композитное USB-устройство, а вторая обеспечивает поддержку создания типовых функций в пространстве пользователя.

В роли аппаратного обеспечения предлагается использовать одноплатные компьютеры Raspberry Pi или их аналоги. Это обусловлено тем, что стандартные ПК не оснащены контроллерами, работающими в режиме USB-device. При этом для получения информации о подключенных устройствах применяется утилита lsusb, а для исследования обмена информацией между хостом и устройством – анализатор сетевых пакетов Wireshark.

Всего практикум включает в себя пять лабораторных работ. В последней из них студенты выполняют реверс-инжиниринг разработанного проприетарного драйвера.

Каждый студент, научный сотрудник и преподаватель работает с текстами и готовит разнообразные публикации. Существенно упростить этот процесс поможет программа diglossa.js, о которой участникам конференции рассказал ее автор Михаил Быков.

Система подготовки и публикации diglossa.js позволяет не только получать из отдельных текстовых файлов сложные составные структуры, но и дополнять исходный текст параллельным в любом месте, исходный текст при этом остается неизменным.

Один из вариантов практического применения системы – создание сложных составных текстов, включающих в себя произведения, разрешенные исключительно для распространения. Результат при этом может быть свободным, поскольку никаких изменений непосредственно в произведения не вносится – дополнения являются слоями, привязанными к конкретному месту.

Однако информация может передаваться не только в текстовой форме. В настоящее время широко практикуется так называемый образовательный видеоконтент: записи лекций, семинаров, конференций, круглых столов и т.д. Максимально эффективному способу его подготовки был посвящен рассказ Стаса Фомина. В основу доклада лег его личный опыт записи практически всех мероприятий, связанных со свободным ПО.

В качестве основного инструмента автор применяет Open Broadcaster Software. Помимо практических рекомендаций по использованию этого решения, автор поделился своими соображениями относительно наиболее оптимального выбора аппаратуры.

Проекты и исследования

Эффективное обучение требует участия в реальных проектах. Доклад Романа Ставцева («Байкал Электроникс») был посвящен практическим шагам компании в этом направлении.

Совместно с факультетом ВМК МГУ, научно-исследовательским вычислительным центром МГУ и предприятием «Т-платформы» компанией «Байкал Электроникс» был создан комплекс «Лаборатория электроники Байкал», предназначенный в том числе для предоставления студентам МГУ и прочих профильных вузов доступа к средствам разработки системного и прикладного ПО, исполняемого на микропроцессоре.

Соответствующий SDK полностью основан на СПО. В его состав входят компиляторы языков C и C++, редактор связей, утилиты и системные библиотеки.

Про тесную связь между образованием и производством рассказал Роман Симаков («РЕД СОФТ»). Кафедра ИС Муромского института Владимирского государственного университета стала поставщиком кадров для муромского филиала компании, а студенты и аспиранты принимают активное участие в ее проектах.

Подготовка бакалавров по курсам «Базы данных» и «Управление данными» построена на основе СУБД «Ред База Данных». Причем в роли преподавателей выступают разработчики программы, что положительно сказывается на качестве обучения.

Однако вся сила СПО в сочетании с собственной разработкой проявляется в магистратуре. Студенты могут не только изучать код СУБД, но и принимать участие в его написании. Компании это тоже выгодно – по сути, она сама для себя готовит будущих сотрудников.

Проект, имеющий ярко выраженную социальную направленность, реализуется в РГСУ. О нем рассказал к. т. н. Владимир Симонов. В рамках студенческого научного кружка основ электроники, программирования и робототехники проектируются основанные на свободном ПО устройства для диагностирования психофизического состояния человека.

Совместно с коллегами с биологического факультета МГУ участники кружка поставили перед собой задачу создать устройство, включающее в себя две наиболее сильные методики диагностирования: электрокардиографию и фотоплетизмографию. В настоящее время уже разработана модель пульсометра, а полное устройство находится в стадии проектирования. Предполагается, что в его основу ляжет искусственная нейросеть, обучение которой будет осуществляться на спортсменах-добровольцах.

Максимально показательно тезис о необходимости тесной связи между ИТ-образованием, ИТ-наукой и ИТ-бизнесом прозвучал в докладе д. ф.-м. н. Сергея Абрамова (ИПС РАН). Проект «Чуткий дом», о котором он рассказал участникам конференции, своим успехом обязан именно сотрудничеству этих трех составляющих отрасли.

Необходимости тесной связи между ИТ-образованием, ИТ-наукой и ИТ-бизнесом был посвещен доклад д. ф.-м. н. Сергея Абрамова (ИПС РАН)

Помимо возможностей, присущих «Умному дому», за счет использования технологии машинного обучения система может классифицировать состояние контролируемого оборудования и при каких-либо отклонениях не только посылать соответствующий сигнал хозяину дома, но и совершать какие-либо заранее предписанные им действия. Например, обесточить оборудование, вызывающее подозрения.

В рамках проекта «Чуткий дом» было выполнено три НИР по направлению «Облачная инфраструктура и мобильные приложения», один НИР по направлению «Машинное обучение» и четыре ОКР по направлению «Технологии сенсорных сетей». Продукт уже прошел необходимые испытания, и коммерциализация его результата – вопрос относительно краткосрочной перспективы.

Впечатления и выводы

Прошедшая конференция в некотором смысле юбилейная. Со времени первого масштабного проекта внедрения СПО в российские школы прошло уже полных десять лет, что позволяет сделать некоторые глобальные выводы.

Самый важный из них – процесс внедрения СПО в систему образования продолжается, и успехи в этом направлении заметны. Целесообразность этого уже ни у кого не вызывает сомнений.

Безусловно, есть масса проблем, но все они носят исключительно технический характер и со временем будут решены. Точно так же очевидно, что их место займут другие, о которых пойдет речь на следующих конференциях. И это – самое главное доказательство необратимости процесса. eof

Подготовил Сергей Голубев

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи