Научтруд
Войти

Новое поколение Curricula для IT-специальностей: от действующих стандартов к computational thinking

Научный труд разместил:
Mstislav
20 сентября 2020
Автор: Валерий Темненко

ПРОФЕС1ЙНА ОСВ1ТА

Валерий ТЕМНЕНКО, Зарема СЕЙДАМЕТОВА

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ CURRICULA ДЛЯ IT-СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ: ОТ ДЕЙСТВУЮЩИХ СТАНДАРТОВ К COMPUTATIONAL THINKING

У cmammi розглядаються деяк oceimni стандарти в IT-cферi: стандарти сери Computing Curricula, Benchmarking-стандарти. Представлен базист корпуси знань BOK cmаnдарmiв CS 2001, Benchmarking-cmаnдарmiв 2000-го i 2007-го ромв. Описана нова фiлocoфiя Computational Thinking, яка використовуеться в новому поколтш cmаnдарmiв в IT-сфер1

Постановка проблемы. Для успешной подготовки студентов в учебных заведениях по той или иной специальности необходимы образовательные стандарты, учитывающие мнения экспертного сообщества, новые реалии времени и запросы общества, а также охватывающие перспективы развития отрасли. В целом стандарт носит рекомендательный характер, и каждый университет в праве вносить какие-то изменения в него, отражающие особенности региона, традиции учебного заведения, возможности преподавательского состава и т.п. В глобализован-ном мире университеты, желающие быть успешными, вынуждены вести образовательную подготовку с учетом мирового образовательного опыта, общемировых отраслевых тенденций.

В данной статье обсуждаются существующие образовательные стандарты сферы компьютинга и вопросы модернизации curricula.

Анализ последних исследований и публикаций. Сфера компьютинга, трактуемая как область ремесла, возможно — как скрыто и молчаливо полагают многие — не требует длительной подготовки университетского уровня. Однако университетское образование играет благотворную роль для развития как личности, так и общества. Профессор Нью-Йоркского университета Крейг Калхун в своей статье «Университет и общественное благо» [1, 14] подчеркивает, что, несмотря на различия в национальных моделях, университеты играют важную роль в современных обществах. Как отмечает автор, это обусловлено тем, что знания имеют большое значение и во все большей мере используются бюрократиями, рынками и политикой. В [1] описаны интересы и выгоды общества, связанные с университетским образованием; роль преподавателей университетов для развития общества. С одной стороны, преподаватели делятся знанием и создают его, а с другой стороны, они ответственны за сохранение и накопление знаний.

Научное и преподавательское профессиональные сообщества развитых стран координируют вопросы обучения в университетах с помощью образовательных стандартов. В области компьютинга подготовлены стандарты для пяти направлений подготовки (пяти структурных составляющих компьютинга): компьютерные науки, программная инженерия, компьютерная инженерия, информационные системы, информационные технологии (предварительная версия) [2 - 4], а также отчет Computing Curricula 2005 [5], отражающий общие тенденции в области компьютинга. В [6; 7] представлены аналогичные британские образовательные стандарты.

В монографии [8] рассмотрены вопросы подготовки инженеров-программистов: проанализированы и сопоставлены международные и отечественные образовательные стандарты, изучены вопросы мониторинга учебных достижений студентов, отмечены особенности обучения инженеров-программистов, а также вопросы настройки на будущую профессию.

Формулирование целей статьи. Целью данной статьи является описание и сопоставление некоторых образовательных стандартов для подготовки специалистов в IT-сфере; фиксирование новых тенденций в компьютинге, требующих отражения в стандартах подготовки; описание базисного корпуса знаний.

Науковi записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №8

67

Образовательные стандарты серии Computing Curricula. Примерно раз в десятилетие на протяжении сорока последних лет профессиональное сообщество под эгидой ведущих организаций ACM, AIS, AITP, IEEE-CS разрабатывает рекомендации к разработке университетских учебных планов по специальностям компьютинга (computer science, software engineering, computer engineering, information systems, information technology). Эти стандарты объединены в серию Computing Curricula. На сегодняшний день имеются стандарты серии Computing Curricula: (1) Computer Science (вышел в 2001 г., а предыдущая версия была опубликована в 1991 г.); (2) Information Systems (вышел в 2002 г.); (3)-(4) Software Engineering и Computer Engineering (опубликованы в 2004 году); (5) Information Technology (имеется предварительная версия 2008 года).

18%
16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2%

DS PF AR AL SE PL OS SP NC IS IM HC GV CN

Базисные тематики

Рис. 1. Индекс значимости IoS тематик базисного корпуса знаний

Стандарт по направлению подготовки Computer Science (CS 2001) является базовым для всех остальных стандартов серии Computing Curricula. Стандартом CS 2001 выделены 14 основных областей знаний или базисных тематик (базисный корпус знаний — Body of Knowledge — BOK 2001), которые должен изучить бакалавр в области Computer Science: Дискретные структуры (DS), Основы программирования (PF), Алгоритмы и сложность (AL), Архитектура и организация (AR), Операционные системы (OS), Сетевой компьютинг (NC), Языки программирования (PL), Работа человека с компьютером (HC), Графика и визуальный компьютинг (GV), Интеллектуальные системы (IS), Информационный менеджмент (IM), Социальные и профессиональные вопросы (SP), Программный инжиниринг (SE), Вычислительные науки и вычислительные системы (CN). Если проранжировать тематики BOK 2001 по индексу значимости IoS, введенному в [8, 45] как отношение количества обязательных лекционных часов, выделенных в BOK 2001 на изучение базисной тематики, к общему количеству обязательных лекционных часов, отведенных на изучение всего BOK 2001, то Парето-диаграмма IoS имеет вид, представленный на рис. 1. По горизонтальной оси отложены базисные тематики BOK 2001 (DS, PF, AR, AL, SE, PL, OS, SP, NC, IS, IM, HC, GV, CN), а по вертикальной — значения IoS для каждой базисной тематики BOK 2001.

В стандартах серии Computing Curricula сформулированы цели изучения дисциплин в терминах, формируемых когнитивных, практических и дополнительных способностей и навыков бакалавра, обучающегося по соответствующим направлениям компьютинга. Также в этих стандартах представлены разнообразные модели организации обучения для изучения дисциплин на определенных стадиях учебного процесса. Для формирования этих моделей дисциплины расслаиваются на вводные, промежуточные и углубленные курсы.

Одна из задач стандартов серии Computing Curricula — научить бакалавров сферы компьютинга справляться с трудностями, связанными с быстрым темпом изменений в компьютинге, а также уметь использовать эти изменения с пользой для успешной карьеры в своей профес68

H^RaRi записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №8

сии. В этих стандартах выделены требования, предъявляемые к подготовке бакалавров в IT-сфере, которые необходимо отражать в учебных программах.

Benchmarking-стандарты. Benchmarking-стандарты разработаны специалистами в сфере компьютинга под эгидой Агентства качества высшего образования Великобритании (Quality Assurance Agency for Higher Education). Одна из версий была выпущена в 2000 году [6], следующая — в 2007 [7].

В отличие от одноуровневых стандартов Computing Curricula, определяющих только минимальные требования к подготовке студентов, Benchmarking-стандарты выстроены как многоуровневые: стандарт 2000 года [6, 10] задает пороговый и модальный уровни, а документ 2007-го года [7, 11-12] содержит три уровня — пороговый, типичный и высокого качества (excellence).

Пороговый (минимальный) уровень требует от всех студентов, которые учатся по одному из направлений подготовки компьютинга, достижения:

• общего понимания основного базисного корпуса знаний BOK по программе обучения;

• понимания и применения основных концепций, принципов и методов в контексте хорошо определенных сценариев, показывающих способности к адекватному выбору и применению инструментариев и методик;

• выполнения работы, включающей идентификацию, анализ, проектирование и разработку системы с необходимой документацией;

• демонстрировать передаваемые навыки и способность работать под руководством и в качестве члена команды;

• выделять соответствующие методики с профессиональными и этическими рамками, а также понимать необходимость постоянного профессионального развития;

• обсуждать приложения, базирующиеся на базисном корпусе знаний BOK.

Модальный (средний или типичный) уровень предполагает достижения студентами

направлений компьютинга следующего:

• демонстрация глубокого понимания основных областей базисного корпуса знаний со способностью к критическому анализу ряда вопросов;

• критический анализ и применение ряда концепций, принципов и методик в контексте нечетко определенных сценариев со способностью к адекватному выбору и использованию инструментариев и методик;

• выполнение работы, включающей идентификацию проблемы, анализ, проектирование и разработку системы с сопровождающей документацией при наличии ясного понимания проблемы качества;

• демонстрация передаваемых навыков со способностью показывать организованную работу как индивидуально, так и в качестве члена команды и под минимальным руководством;

• применение соответствующих методик с профессиональными и этическими рамками, а также выявление механизмов для профессионального развития на протяжении всей жизни;

• объяснение широкого ряда приложений, основанных на базисном корпусе знаний BOK.

Студенты имеют возможность достичь высокого уровня знаний, уровня высокого качества (excellence) в сфере компьютинга, использовать весь свой потенциал. Такие студенты должны быть:

• творческими и креативными в приложении принципов, содержащихся в учебном плане, и демонстрирующими организационную и предпринимательскую активность;

• умеющими внести вклад в анализ, проектирование и разработку сложных систем с пониманием важности соотношений между анализом, проектированием, разработкой и тестированием;

• способными к критической оценке и анализу как своей работы, так и работы, выполненной другими.

^y^DÍ записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №8 69

Базисный корпус знаний, стандарта 2000 года [6], выделяет 33 базисные тематики (в стандарте CS2001 [2] выделено 14 базисных тематик): (1) Архитектура, (2) Искусственный интеллект, (3) Сравнительные языки программирования, (4) Компиляторы и синтаксический инструментарий, (5) Системы, базирующиеся на компьютере, (6) Компьютерные коммуникации, (7) Компьютерные сети, (8) Инженерия компьютерного оборудования, (9) Процессоры компьютерного зрения и изображения, (10) Совпадения и параллелизм, (11) Базы данных, (12) Структуры данных и алгоритмы, (13) Развивающиеся технологии, (14) Распределенные компьютерные системы, (15) Текстовые процессоры, (16) Е-коммерция, (17) Графика и звук, (18) Взаимодействие человека с компьютером, (19) Информационный поиск, (20) Информационные системы, (21) Технологии интеллектуальных информационных систем, (22) Middleware, (23) Мультимедиа, (24) Естественные языки компьютинга, (25) Операционные системы, (26) Профессионализм, (27) Основы программирования, (28) Безопасность и секретность, (29) Симуляция и моделирование, (30) Разработка программного обеспечения, (31) Системы анализа и проектирования, (32) Теоретический компьютинг, (33) Веб-ориентированный компьютинг. В 2007 году базисный корпус знаний был расширен добавлением четырех базисных тематик: (1) Вычислительные науки, (2) Эмпирические подходы, (3) Игровой компьютинг, (4) Проблемы управления.

Расширение числа дисциплин в Benchmarking-стандартах 2000-го и 2007-го годов в сравнении со стандартом CS 2001 достигается прежде всего расслоением ряда дисциплин базисного корпуса знаний, а также включением в круг обязательных для изучения ряда дисциплин, факультативных с точки зрения авторов стандарта CS 2001.

Новое поколение стандартов. В 2008 году ACM представила профессиональному сообществу предварительную версию пересмотра стандарта CS 2001 [9]. В этой версии пока неизменными остались 14 областей знаний BOK 2001. Изменилось наполнение каждой из 14 базисных тематик, модели и методики преподавания. Профессиональное сообщество в сфере компьютинга пришло к единому мнению о необходимости разработки нового поколения стандартов, в которых будут отражены изменения, произошедшие в сфере компьютинга. Новое поколение стандартов будет опираться на философию «Computational Thinking» [10; 11]. Перевод этого выражения как «вычислительное» или «вычисляющее» мышление был бы некорректным; перевод — «компьютерное мышление» — был бы достаточно точным, но малополезным. По мнению профессора университета Карнеги Меллон Джаннет Винг, энтузиаста и проповедника этой философии [11, 33], Computational Thinking представляет собой фундаментальные, универсально применимые способность и навык для всех, а не только для компьютерных ученых, которые следовало бы стремиться освоить и использовать. Computational Thinking (C.T.) будет основным навыком, необходимым каждому в середине 21-го века, так же как и умения читать, писать и считать (классические «3R&s»-навыки), без которых не может обойтись ни один человек в мире. Компьютинг и компьютеры позволят распространить computational thinking. В философии C.T. считается, что человек не может в одиночку справиться с разрешением сложных проблем, проектированием систем, пониманием силы и пределов человеческого и машинного интеллекта. Определены два базовых понятия «2A&s» C.T.: абстракция и автоматизация. Приведем некоторые примеры C.T.: рекурсивное мышление; интерпретация кодов как данных и данных как кодов; использование абстракции и декомпозиции в решении больших и сложных задач; контроль типов как обобщение размерностного анализа. Влияние C.T. на другие отрасли следующее: например, в теории игр С. Т. влияет на экономику (электронные рынки, много-агентные системы, безопасность и сети); в нанокомпьютинге С.Т. влияет на химию (компьютинг в молекулярном масштабе, основанный на перестраиваемой ткани); в квантовом компьютинге С. Т. оказывает влияние на физику; С. Т. влияет и на биологию (алгоритмы и структуры данных, вычислительные абстракции и методы меняют биологию). Университеты должны с самого начала обучения в дисциплинах первых и вторых курсов учить студентов способам, позволяющим мыслить в стиле computational thinking, а не только учить введению в азы программирования. Международные и национальные организации, такие как ACM, CSTA, CRA и др., должны начать реформировать учебные планы (curricula) для школ и университетов с учетом новой философии С. Т.

70

Науковi записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №8

Выводы. Преобразования в украинском высшем образовании для IT-сферы (в том числе национальная адаптация современнейших мировых образовательных стандартов) будут возможны, если украинский IT-бизнес, достаточно эффективно зарабатывающий и аккумулирующий деньги и на внутреннем рынке, и в режиме аутсорсинга, будет заинтересован в модернизации подготовки кадров для себя и окажется способен выразить эту заинтересованность в виде моральной, материальной и организационной поддержки украинских университетов. Изолированные примеры подобной поддержки имеются в РФ и Украине, но они, к сожалению, не носят системный характер.

Л1ТЕРАТУРА

1. Calhoun С. The University and the Public Good // Thesis Eleven, number 84, SAGE Publications. February 2006. — p. 7-43. (русский перевод: Калхун К. Университет и общественное благо // Полярная звезда, 15 октября 2007. - режим доступу: http://zvezda.ru/prn_612.htm).
2. Chang C., Denning P. J. (chairs) et al. Computing Curricula 2001: Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Computer Science / A volume of the Computing Curricula Series — IEEE CS Press, ACM Press, 2001. — 240 p.
3. Le Blanc R., Sobel A. (chairs) et al. Software Engineering 2004: Curriculum guidelines for undergraduate degree programs in software engineering / A volume of the Computing Curricula Series — IEEE CS Press, ACM Press, 2004. — 129 p.
4. Soldan D. (chair) et al. Computer Engineering 2004: Curriculum guidelines for undergraduate degree programs in computer engineering / A volume of the Computing Curricula Series. — IEEE CS Press, ACM Press, 2004. — 160 p.
5. Shackelford (chair) et al. Computing Curricula 2005: The Overview Report / A volume of the Computing Curricula Series. — IEEE CS Press, ACM Press, 2006. — 62 p.
6. Quality Assurance Agency for Higher Education. A report on benchmark levels for computing / Gloucester, England: Southgate, 2000. — 18 p.
7. Quality Assurance Agency for Higher Education. A report on benchmark levels for computing / Gloucester, England: Southgate, 2007. — 31 p.
8. Сейдаметова З. С. Подготовка инженеров-программистов по специальности «Информатика» : Монография. — Симферополь: Крымучпедгиз, 2007. — 480 с.
9. CS 2001 Interim Review Contents. — режим доступу: http://wiki.acm.org/cs2001/index.php
10. Wing J. M. Computational Thinking // Communications of the ACM, Viewpoint, 49 (3), 2006. — pp. 33-35.
11. Wing J.M. Five Deep Questions in Computing // Communications of the ACM, 51 (2), 2008. — pp. 58-60.

Серий СЕМЕР1КОВ

ФУНД1ЮВАННЯ ЗМ1СТУ НАВЧАННЯ ЯК ОСНОВА ФУНДАМЕНТАМЗАЦП 1НФОРМАТИЧНО1 ОСВ1ТИ

У cmammi розглянуто мкце фундЮвання змасту навчання в модифтацп методичног системы на-вчання тформатичних дисциплт на основi концепцИ фундаменталгзацИ. Встановлено зв &язок фундЮвання та стабтзацИзмкту, визначено шляхи та умови ефективностi фундЮвання.

Постановка проблеми. Шдготовка вчителгв шформатики та iнженерiв-програмiстiв за суттю е профеийною освггою, проте в сучасних соцiально-економiчних умовах показником ви-соко! сощально! захищеност е не вузька профЫзащя, а мобшьшсть, набути яко! може лише широко освiчена людина, здатна гнучко реагувати на зм^ технологш. Вузькопрофесшна шдготовка поступово вимиваеться iз системи вищо! освгги, переходячи у сферу професшно-техшчно! освгги та виробництва. Яскравим проявом вказано! тенденцп е заходи Мттстерства освгги та науки Укра!ни, спрямоваш на фундаменталiзацiю вищо! освгти, зближення педагопч-но! та класично! ушверситетсько! освгти. Усунення кнуючого протирiччя мiж сощальним за-мовленням сустльства, ушверсальшстю фундаментально! тдготовки, з одного боку, та кную-чою теорiею i практикою навчання, з шшого, е сустльно значущою проблемою.

Аналiз останшх дослщжень i публжацш. Г. О. Широких [9] видшяе два аспекти розв&язання проблеми фундаменталiзацi! предметно! тдготовки вчителя шформатики: внутрь шньопредметний (спрямований на застосування формальних метсдав i вщповвдного математич-ного апарата) та мiжпредметний (спрямований на педагопчну штегращю, подолання розриву

^Y^bi записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №8

71
Другие работы в данной теме: