CC BY
31
Сухомлин В.А.
д-р т. н., профессор, факультет ВМК МГУ имени М.В.Ломоносова
sukhomlin@mail.ru
Новые методологические решения и международные стандарты в области магистерского ИТ-образования
Аннотация
Целью работы является анализ современного состояния международных стандартов программ магистерского образования в области информационных и компьютерных технологий и определение возможных тенденций развития системы подготовки кадров высшей квалификации в этой области.
Введение
В условиях глобализации экономики большое значение для подготовки востребованных кадров имеет выработка соответствующих международных стандартов или рекомендаций, обладающих высоким уровнем консенсуса в профессиональной среде и служащих ориентиром для университетов и вузов в их образовательной деятельности. Такого рода решения призваны систематизировать и унифицировать требования практики к выпускникам вузов и к соответствующим образовательным программам. Они также учитывают достижения и тенденции развития науки и технологий, обобщают лучшую образовательную практику, способствуют формированию единого образовательного пространства.
Ответственность за разработку и сопровождение таких ориентиров-рекомендаций для области информационных технологий (ИТ) или ее академического эквивалента компьютинга (Computing) в виде типовых учебных программ или куррикулумов (curriculum) взяли на себя ведущие международные профессиональные организации - Ассоциация компьютерной техники (Association for Computing Machinery, ACM) и Компьютерное Сообщество Института инженеров по электронике и электротехнике (Computer Society of the IEEE или IEEE-CS), которые ведут эту работу, начиная с 60-х годов 20-го столетия.
Традиционно основное внимание в этой деятельности уделялось подготовке бакалавров - самому массовому виду профессионального обучения. Итогом многолетней работы стало создание к концу первого десятилетия 21 века целостной системы куррикулумов, охватывающей основные направления профильной подготовки бакалавров компьютинга. Подробный анализ современного стека куррикулумов для подготовки бакалавров дан в работе автора [1].
Магистерское обучение, которое всегда характеризовалось высокой динамикой развития, долгое время оставалось недостижимой целью
стандартизаторов ИТ-образования. Первый стандарт куррикулума для магистерского обучения появился только в конце 2009 года. Им стал документ Graduate Software Engineering 2009 (GSwE2009) [2], ориентированный на подготовку магистров по программной инженерии, который заявил о новых тенденциях в магистерском обучении. А именно, о переносе на магистратуру технологий разработки учебных программ на основе куррикулумов со всеми характерными чертами этой технологии -четким описанием целей и результатов обучения, детальной спецификацией объемов знаний профессионального образовательного поля, выделением обязательного набора знаний (ядра) для всех учебных программ, определением примерного перечня актуальных направлений специализации и пр.
Другим масштабным проектом развития профессионального образования является всемирный процесс реформирования инженерного образования, инициатором которого выступил профессор МИТ Эдвард Кроули в 2000 году. Как и в случае куррикулумов этот процесс первоначально охватывал только подготовку бакалавров, однако в последние годы перешел границы бакалаврской подготовки.
Именно анализ особенностей, характерных черт этих подходов, тенденций которые они несут в развитие магистерского образования - все это и составляет основную цель статьи.
2. Стандарт куррикулума магистратуры
Как уже отмечалось во введении, первый стандарт куррикулума, регламентирующий подготовку магистров по профилю программная инженерия - Graduate Software Engineering 2009 (GSwE2009) [19], появился в конце 2009 года. Документ GSwE2009 разработан в рамках iSSEc-проекта (Integrated Software & Systems Engineering Curriculum Project - проект куррикулумов по интегрированной программной и системной инженерии). Этот проект стартовал в 2007 году. В его реализации приняла участие широкая коалиция из академических, индустриальных, правительственных и профессиональных организаций, включая Международный совет по системной инженерии (INCOSE), промышленную ассоциацию национальной обороны США (NDIA), Компьютерное Сообщество Института инженеров по электронике и электротехнике (IEEE-CS), Ассоциацию компьютерной техники (ACM).
Основным спонсором проекта стало Министерство обороны США.
Документ GSwE2009 ориентирован на подготовку магистров в области программной инженерии с акцентом на практическую деятельность. Разработчики данного стандарта однако выражают уверенность, что он отражает современные тенденции в магистерском обучении и окажет сильное влияние на развитие магистерского образования в целом.
GSwE2009 включает описание:
- набора исходящих требований к выпускникам или результатов
подготовки магистров по программам, соответствующим GSwE2009 (далее GSwE2009-программы или программы GSwE2009);
- входных требований к подготовке студентов, желающих обучаться по GSwE2009-программам;
- архитектурной модели куррикулума;
- ядра объема или свода знаний (Core Body of Knowledge - CBOK), определяющего обязательный свод знаний для GSwE2009-программ;
- модифицированного метода Блума, используемого для спецификации учебных целей при изучении соответствующих элементов объема знаний;
- учебных курсов, содержащих материал CBOK, дополняющий свод знаний SWEBOK [3], взятый за основу содержания CBOK и др.
Как и в других куррикулумах, центральным элементом содержания GSwE2009 является описание объема или свода профессиональных знаний и его обязательной части - ядра, т.е. CBOK. Объем знаний и соответственно CBOK построены в виде четырехуровневой иерархической системы структурных элементов (дидактических единиц). На высшем уровне иерархии располагаются предметные области (arrears), которые структурируются на модули знаний (второй уровень иерархии), и которые в свою очередь детализируются до уровня тем, а темы до уровня подтем (третий и четвертый уровни соответственно). С каждой дидактической единицей связан некоторый индекс, определяющий необходимый уровень освоения этой единицы учащимся и шкалируемый с помощью модифицированного метода Блума.
Для описания принципа построения GSwE2009-программ определена архитектурная модель таких программ, показанная на рис. 1.
Изображенная на рисунке архитектура куррикулума включает:
• подготовительный материал (preparatory material), владение
которым необходимо при поступлении на GSwE2009-программы;
• материалы ядра (core materials), т.е. CBOK;
• материалы университета (university-specific materials);
• материалы по выбору студента (elective materials);
• обязательный capstone-проект (mandatory capstone experience), ниже
которого на рисунке простирается пространство профессиональной
деятельности магистра, удовлетворяющего исходящим требованиям.
Важно отметить, что в перечне исходящих требований (или
результатов подготовки) по программам GSwE2009 на первом месте стоит требование к владению на магистерском, т.е. экспертном, уровне входящими в CBOK знаниями, формируемыми на базе свода знаний SWEBOK, дополненного рядом тем по системной инженерии, информационной безопасности, профессиональной подготовке, человеко-машинному интерфейсу, инженерной экономике, управлению рисками, качеству программного обеспечения.
Caps tone Expérience
Рис. 1. Архитектура учебных программ GSwE2009
Объем CBOK оценивается в 200 аудиторных или контактных часов, необходимых для его изучения (т.е. общих часов в четыре раза больше -800), что эквивалентно 5-ти семестровым учебным курсам по 40 аудиторных часов за семестр (160 общих часов на каждый курс). Структура ядра показана на рис. 2 в виде правого полукруга. Она состоит из секторов, соответствующих ядерной части конкретной предметной области знаний, при этом площадь сектора примерно соответствует доли этой части в процентах относительно площади самого ядра. Всего в ядро входят модули из 11 предметных областей, взятых в основном из SWEBOK:
A. Ethics and Professional Conduct (Профессиональные этика и поведение),
B. System Engineering (Системная инженерия),
C. Requirements Engineering (Технология разработки требований),
D. Software Design (Проектирование программного обеспечения),
E. Software Construction (Конструирование программного обеспечения),
F. Testing (Тестирование),
G. Software Maintenance (Сопровождение программного обеспечения),
H. Configuration Management (Управление конфигурацией),
I. Software Engineering Management (Управление инженерией программного обеспечения),
J. Software Engineering Process (Процессы программного обеспечения),
K. Software Quality (Качество программного обеспечения).
Следует отметить, что объем содержащегося в СВОК обязательного для изучения материала в 200 аудиторных часов представляется весьма значительным. Это по существу около 50% всей учебной программы. Что,
безусловно, - новое веяние в подготовке магистров.
В целом анализ GSeW2009 позволяет определить следующие характерные особенности предлагаемого подхода к построению магистерских программ компьютинга.
• единая структура построения образовательных программ в соответствии с введенной архитектурной моделью данного куррикулума;
• концепция ядра - определение свода минимально необходимых профессиональных знаний, реализация которого во всех учебных GSeW2009-программах обеспечивает совместимость образовательных процессов, мобильность учащихся в рамках GSeW2009-программ, гарантию качественности базовой подготовки;
• четкое определение результатов подготовки (исходящих характеристик выпускников);
• гибкость в диверсификации учебных программ (предложены направления диверсификации);
• значительное внимание к изучению современных международных стандартов, прежде всего в области системной и программной инженерии, включая SWEBOK, CMMI, ISO/IEC 12207, ISO/IEC 15288, пакет стандартов программной инженерии IEEE (порядка 40). Также от магистров требуется знание современной системы стандартов куррикулумов компьютинга [1];
Ethics and Profesional Conduct (1-2%)
Рис. 2. Структура CBOK
• углубленная связь между программной инженерии и системной инженерии (Systems Engineering - SE);
• тесная интеграция теории и практики, в том числе на основе Capstone- проекта;
• четкое определение входных требований для поступления на программы магистерского обучения;
• большое внимание изучению вопросов профессиональной этики и основ профессиональной деятельности (Ethics and Professional Conduct);
• использование таксономии Блума для определения минимального уровня изучения отдельных тем программы [4].
3. Стандарты инициативы CDIO и их использование в магистерском образовании
В 2000 году стартовал крупный международный проект по реформированию инженерного образования, получивший название «Всемирная инициатива CDIO» [5]. Инициатор и руководитель этого проекта - профессор Эдвард Кроули (МИТ, США). В настоящее время проект получил широкое распространение, охватив ведущие инженерные школы и технические университеты США, Канады, Европы, Соединенного Королевства, Африки, Азии и Новой Зеландии. Как и в случае стандартов куррикулумов организаций ACM и IEEE первоначально данный проект проецировался только на подготовку бакалавров.
Инициатива CDIO (аббревиатура от Conceive - Design - Implement -Operate, или Задумка - Проект - Реализация - Эксплуатация) имеет три общие цели - подготовка инженеров, способных продемонстрировать:
1. Глубокие практические знания технических основ профессии;
2. Мастерство в создании и эксплуатации новых продуктов и систем;
3. Понимание важности и стратегического значения научно-технического развития общества.
Важное место в данной инициативе занимает система стандартов CDIO, принятая в последней редакции в 2011 году, которая и является методологическим ядром, определяющим принципы подхода CDIO. Эта система включает следующие 12 стандартов [5, 6].
Стандарт 1 - Утверждает основной принцип и общий контекст инженерной образовательной деятельности подхода CDIO, согласно которому образовательный процесс рассматривается в ракурсе модели жизненного цикла продуктов и систем - Задумка, Проектирование, Реализация и Управление (есть также русскоязычная трактовка данного подхода как 4П - Планирование, Проектирование, Производство, Применение).
Стандарт 2 - Результаты программы CDIO. Это документ определяет принцип, предполагающий четкое описание в учебных программах целей обучения необходимым компетенциям - личностным, межличностным и
профессиональным инженерным компетенциям в создании продуктов и систем. Собственно описание системы целей дается в отдельном документе - The CDIO Syllabus v2.0. An Updated Statement of Goals for Engineering Education (Учебный план CDIO v2.0. Пересмотренное определение целей инженерного образования) [7, 8]. Далее этот документ будем называть силабус CDIO.
Стандарт 3 - Интегрированный учебный план (составляемый из взаимодополняющих учебных дисциплин и позволяющий интегрировать обучение личностным, межличностным компетенциям, наряду с обучением создавать продукты и системы).
Стандарт 4 - Введение в инжиниринг (вводный курс и практические занятия, закладывающие основы инженерии по созданию продуктов и систем, а также основы личностных и межличностных компетенций).
Стандарт 5 - Задания по проектированию и созданию изделий (учебный план, предусматривающий как минимум два учебно-практических задания по проектированию и созданию продуктов или систем).
Стандарт 6 - Учебные помещения (требование высокого уровня удовлетворенности учебными помещениями со стороны профессорско-преподавательского состава, сотрудников университета и студентов).
Стандарт 7 - Интегрированные учебные задания (Интегрированные учебные и практические задания для осваивания, как дисциплинарных знаний, так и личностных-межличностных компетенций и компетенций в проектировании и создании новых продуктов и систем).
Стандарт 8 - Активное обучение (использование методов активного обучения, оценка их эффективности, повышение мотивации учащихся).
Стандарт 9 - Повышение компетентности профессорско-преподавательского состава (мероприятия, направленные на повышение компетентности профессорско-преподавательского состава в области личностных, межличностных компетенций, а также в умении создавать продукты и системы).
Стандарт 10 - Повышение преподавательских способностей членов профессорско-преподавательского состава (мероприятия, направленные на повышение компетентности преподавателей в проведении интегрированных практических занятий, в применений методов активного обучения в ходе занятий и в оценке успеваемости студентов).
Стандарт 11 - Оценка усвоения навыков CDIO (методы оценки успеваемости студентов в усвоении личностных-межличностных компетенций, компетенций в создании продуктов и систем, а также оценка дисциплинарных знаний).
Стандарт 12 - Оценка программы CDIO (оценка учебной программы по системе стандартов CDIO с точки зрения студентов, преподавателей и потенциальных работодателей с целью непрерывного совершенствования учебного процесса).
Эти стандарты выступают в роли путеводителя при реформировании образовательных процессов и оценке их эффективности.
Как отмечалось выше, важную роль в системе стандартов играет документ, называемый силабус CDIO.
Данный документ разрабатывался как справочное пособие, которое может быть использовано для проектирования целей и планируемых результатов процесса обучения, направленного на подготовку востребованных инженерных кадров, имеющих не только добротную теоретическую базу, но и практико-ориентированную подготовку. Кроме того, силабус CDIO может быть использован для разработки новых образовательных инициатив, а также в качестве методической базы (таксономии целей инженерно обучения) для построения основанного на детальном определении исходящих требований к выпускникам (целей и результатов подготовки) процесса оценки качества обучения.
Структурно силабус CDIO построен следующим образом. Изначально весь массив планируемых результатов обучения классифицируется на четыре категории самого высокого уровня (см. рис. 3):
Рис. 3. Четыре базовые категории самого высокого уровня силабуса CDIO
1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы
2. Общепрофессиональные компетенции и личностные качества
3. Межличностные умения: работа в команде и коммуникации
4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем).
Дальнейшая детализации базовых категорий приводит к набору результатов обучения второго уровня, показанного на рис.4.
Этот набор целей последовательно детализируется до третьего уровня (Приложение А), на котором добавляются порядка 120 тем или планируемых целей обучения, а затем и до четвертого уровня (Приложение В), включающего более 600 тем.
Подход CDIO является универсальной методологией, не зависящей от конкретной инженерной области. Поэтому единственная категория целей, которая по существу не детализируется в силабусе CDIO, это категория под номером 1, отвечающая за общенаучную и базовую профессиональную
4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем) - CDIO
1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы (Technical Knowledge and Reasoning)
2. Общепрофессиональные компетенции и личностные качества (Personal and Professional Skills)
3. Межличностные умения: работа в команде и коммуникации (Interpersonal Skills)
инженерную подготовку (именно последней части уделяется основное внимание в куррикулумах для конкретных направлений подготовки). Таким образом, подход CDIO можно рассматривать, как некоторый шаблон, определяющий облик современного инженера с универсальным набором личностных, межличностных компетенций и отношений, функционирующего в условиях инновационной экономики, а параметром в конструкции силлабуса служит блок научных и профессиональных знаний конкретной предметной области.
1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы (Technical Knowledge and Reasoning)
1.1. Базовые общенаучные знания (математики и естественных наук)
1.2. Ядро фундаментальных инженерных знаний (core engineering fundamental knowledge)
1.3. Углубленные фундаментальные инженерные знания (advanced engineering fundamental knowledge)
2. Общепрофессиональные компетенции и личностные качества (Personal and Professional Skills)
2.1. Инженерное обоснование и решение задач (engineering reasoning and problem solving)
2.2. Проведение эксперимента и выявление знаний (experimentation and knowledge discovery)
2.3. Системное мышление (system thinking)
2.4. Персональные умения и отношения (personal skills and attitudes)
2.5. Профессиональная этика и другие виды ответственности (Ethics, equity and other responsibilities)
3. Межличностные умения: работа в команде и коммуникации (Interpersonal skills: teamwork and communication)
3.1. Работа в команде (multi-disciplinary teamwork)
3.2. Коммуникации (communications)
3.3. Коммуникации на иностранных языках (communications in foreign languages)
4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем) - CDIO
4.1. Социальный и внешний контексты (external and societal context)
4.2. Предпринимательский и деловой контекст (enterprise and business context)
4.3. Планирование и инжиниринг систем (conceiving and engineering systems)
4.4. проектирование (designing)
4.5. реализация (implementing)
Рис.4. Детализация второго уровня планируемых результатов обучения
Остальные категории целей структурируются весьма подробно, аналогично тому, как это делается в куррикулумах, фактически до уровня отдельных тем учебной программы.
Примером применения силабуса CDIO и его настройки на конкретную предметную область может служить работа [9], в которой данный подход использован для подготовки инженеров в области телекоммуникаций.
Как уже отмечалось, первоначально процесс CDIO развивался только для обучения бакалавров. Однако в силабус редакции 2 (сентябрь 2011 г.) включены планируемые цели обучения, ориентированные на подготовку выпускников, способных к инновационной и изобретательской деятельности, к предпринимательству и лидерству, что в принципе выходит за границы бакалаврской подготовки. Таким образом, в
современной версии силабуса заложено все необходимое для того, чтобы он мог использоваться в качестве методической платформы и для магистерского образования. Дополнительные требования к содержанию инженерного образования в части инноваций, изобретательства, лидерства и предпринимательства представлены на рис. 5.
Еще одной важной характеристикой силабуса CDIO, является сопоставимость предложенной в нем таксономии результатов обучения с методологиями процессов профессиональной сертификации и аккредитации, применяемыми организациями, работающими в сфере управления кадрами и развития компетенций. Примерами таких методологий могут служить ABET [10] и EQF [11]. В силабусе показана полнота введенной таксономии и возможность установления соответствия между темами силабуса и критериями указанных методологий. Поэтому использование подхода CDIO для разработки образовательных программ может защитить систему образования от навязывания ей систем профессиональных компетенций, предназначенных, прежде всего, для решения задач кадрового менеджмента и мало пригодных для развития образовательной деятельности.
4.7. ЛИДЕРСТВО В ИНЖЕНЕРНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Формирование целеустремленности:
4.7.1. Выявление проблем и парадоксов
4.7.2. Творческое мышление и коммуникационные возможности
4.7.3. Определение решения
4.7.4. Создание концепций нового решения
Формирование пред видения:
4.7.5. Создание и лидерство в организации и за ее пределами
4.7.6. Планирование и управление проектом до его полного завершения
4.7.7. Реализация проекта/защита решения и критическое обоснование
4.7.8. Инновации — концепция, проектирование и вывод на рынок новых товаров и
услуг
4.7.9. Изобретения - разработка новых приборов, материалов и процессов, которые
позволят создать новые товары или услуги
4.7.10. Реализация и применение - создание и применение новых товаров и услуг,
Рис.5. Дополнительные требования к содержанию инженерного образования в части инноваций, изобретательства, лидерства и предпринимательства
В заключение отметим инновационные аспекты инициативы CDIO. К ним можно отнести:
- погружение учебного процесса, с первых его шагов, в контекст модели жизненного цикла продуктов и систем инженерной деятельности;
- большое внимание развитию необходимых в профессиональной деятельности личностных и межличностных компетенций и отношений, а также знаний и умений по реализации процессов на всех фазах жизненного цикла продуктов и систем;
- акцент на интеграцию элементов образовательных программ, оптимальным образом сочетающих их компоненты для достижения наибольшей взаимосвязи теории и практики, для развития устойчивых личностных, межличностных и других сопутствующих инженерной деятельности качеств выпускников;
- потенциальная возможность использования таксономии Фейзела-Шмитца (Feisel-Schmitz), аналогичной таксономии Блума, но более приспособленной для технических областей и нацеленной на обучение решению конкретных задач, благодаря извлечению только необходимых для этого знаний (считается, что данный подход лучше сочетается с проблемно-ориентированными, проектно-ориентированными и прочими активными подходами к обучению) [12];
- обращение к важности повышения профессионального уровня преподавателей, уровня преподавания с использованием активных образовательных технологи, а также командной работы при реализации интегрированных учебных программ;
- поддержка методов оценки качества обучения и качества самих образовательных программ и пр.
4. Заключение
Анализ рассмотренных выше подходов к стандартизации магистерского образования в области ИТ показывает, что они не только не противоречат друг другу, но и взаимно дополняют один другого. Так, куррикулум GSwE 2009 определяет чему и как учить разработчиков ПО; стандарты же CDIO систематизируют весь контекст инженерной подготовки; готовят выпускников к инновационной деятельности, изобретательству, лидерству и предпринимательству; привносят в учебный процесс новые решения - интегрированные учебные программы и командную работу преподавательских коллективов; предлагают методические решения по оценке качества учебных программ и обучения. Поэтому комбинированное использование рассмотренных выше подходов представляется весьма перспективным решением на данном этапе развития системы магистерского образования.
Литература
1. Сухомлин В. А. Международные образовательные стандарты в области информационных технологий. Прикладная информатика. № 1 (37) 2012, С.33-54.
2. Graduate Software Engineering 2009(GSwE2009). Association for Computing Machinery and Computer Society of IEEE.
3. SWEBOK - http://www.computer.org/portal/web/swebok http://computingcareers.acm.org .
4. Bloom, B. S. (Ed.), Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain, Longmans, 1956.
5. Crawley, E. F., Malmqvist, J., Östlund, S., and Brodeur, D. R., Rethinking Engineering Education: The CDIO Approach, Springer-Verlag, New York, 2007.
6. Всемирная инициатива CDIO. Стандарты: информационно-методическое издание / Пер. с анг. и ред. А.И. Чучалина, Т.С.Петровской, Е.С. Кулюкиной; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 17 с.
7. Edward F. Crawley, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA; Johan Malmqvist, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden; William A. Lucas, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA; Doris R. Brodeur, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA. The CDIO Syllabus v2.0. An Updated Statement of Goals for Engineering Education. -http://www.cdio.org/files/project/file/cdio_syllabus_v2.pdf .
8. Всемирная инициатива CDIO. Планируемые результаты обучения (CDIO Syllabus): информационно-методическое издание / Пер. с анг. и ред. А.И.Чучалина, Т.С.Петровской, Е.С. Кулюкиной; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 22 с.
9. E. Sayrol, R. Bragós, E. Alarcón, M. Cabrera, A. Calveras, J. Comellas, J. O'Callaghan, J. Pegueroles, E. Pla, L. Prat, G. Sáez, J. Sarda, C. Tallón. Mixed Integration of CDIO skills into Telecommunication Engineering Curricula // Electronics and Electrical Engineering. - Kaunas: Technologija, 2010. - No. 6(102). P. 127-130.
10. Accreditation Board of Engineering and Technology, Criteria for Accrediting Engineering Programs: Effective for Evaluations during the 2010-2012 Accreditation Cycle, 2010. Available at http://www.abet.org . Accessed June 15, 2011.
11. European Commission: DG Education and Culture, The European Qualification Framework for Lifelong Learning (EQF), Office for Official Publications of the European Communities, Luxemburg, 2008.
12. Johan Malmqvist, Mmaria Knutson Wedel, Mikael Enelund, Constructive alignment (CA) for degree projects - intended learning outcomes, teaching & assessment. Chalmers University of technology Gothenburg, Sweden -http: / / www.cdio2011.dtu.dk/ upload / administrationen%20-%20101/aus/cdio/conference_media/papers/7_paper.pdf /
