«Инженер третьего тысячелетия»

Отчет о посещении симпозиума по инженерной педагогике (IGIP)

  1. Общие проблемы запада и востока
    1. Россия в начале третьего тысячелетия
    2. Гуманитарные знания в технических дисциплинах
    3. Приватизация образования
  2. Библиотека горного института
  3. Hi-tech в образовании
    1. Использование HTML в развитых странах
    2. Моделирование процессов посредством диалоговых сред
    3. Работа с программными комплексами

1. Общие проблемы Запада и Востока

1.1. Россия в начале третьего тысячелетия

1997 — год начала активного роста заинтересованности абитуриентов инженерно–техническими специальностями. А 1999 год стал годом начал выработки новых инженерных стандартов. Это изменение выразилось, главным образом, в сужении направлений подготовки специалистов: с 300 до 80. Это обстоятельство, как считается, позволяет углубить знания студентов, включить в их программу гуманитарные дисциплины. Реформа образования не коснулась научной составляющей образования: научная подготовка инженеров по–прежнему держится на высоком уровне. Кроме того, в общих тенденциях развития вузов выявилось, что технические университеты наиболее активно развиваются в сторону дистанционного образования. В государственном масштабе принята программа «Электронная Россия», имеющая образовательный сегмент. Главная цель этой программы — повышение квалификации кадров в high-tech индустрии. Как видно, все эти направления приводят к увеличению интенсивности образования, необходимости внедрять в практику обучения студентов методов, позволяющих повышать производительность на этапе обучения: в подготовке курсовых и дипломных работ, изучения литературы, проведения лабораторных занятий. По- видимому, именно этим определилось преимущество электронно–коммуникационных технологий как основного направления дискуссий на симпозиуме.

1.2.Гуманитарные знания в технических дисциплинах

Многочисленные свидетельства минувших лет убеждают нас в том, что активность человека по изменению природы приводит неизбежно к неблагоприятным исходам. Возрастающая турбулентность воздушных масс приводит к авиакатастрофам, смерчам, ураганам. Изменение климатических условий — к ливням, сходам снегов, селевых потоков. Причина тому, по мнению специалистов из германии, в отсутствии у инженера 21–ого века системного образования. Помимо чисто природных явлений, отсутствие системного образования приводит и к нежелательным антропогенным эффектам: например, затруднению движения на дорогах. Системное образование, то есть образование, включающее в себя широкий спектр изучаемых дисциплин, как уже отмечалось выше — это курс будущего инженера, однако современное состояние образования в этой области удручающе. Курсы гуманитарных дисциплин редко оказываются привязаны к инженерной деятельности, в результате чего их изучение оказывается неподчиненным общим канонам технического образования: изучению теории (основ), методов, подходов и, самое главное, решений. В результате гуманитарное образование инженера проходит стороной, не находит никакого применения в инженерной практике. Это и нарушает системную целостность образовательной системы.

Причина, по которой нарушена целостность, объясняется также отсутствием стереотипных учебных пособий в этой отрасли. Если по физике, механике и строительству учебные пособия, единые для всех вузов, существуют давно и тчательно выверены, то в гуманитарной отрасли не наблюдается тенденции к поиску единых учебных пособий. Литература по гуманитарным дисциплинам разнообразна, дорога, объемна и бессистемна. Это все лишает студентов возможности использовать ее для обучения, так как для ее использования требуется много времени (на поиск и чтение), напрасных усилий (основная часть изданий, как правило, не представляет никакой пользы студенту–технарю), в добавок — денег, так как литература редко оказывается в библиотеках вузов, причем в объеме, достаточном для удовлетворения запросов студентов.

Одна из причин такого состояния фондов заключается в том, что «бумажное» издание литературы сегодня — это экономически выгодное дело. Затраты на издание книги должны окупаться с ее продаж, что заставляет делать книги для широкого круга читателей, «клепать» их одну за другой. Напротив, электронное издание подобной литературы способно снять все нежелательные эффекты «бумажных» изданий:

Другая причина, нарушающая системную целостность дисциплин, объясняется отсутствием культурно–исторических сведений у студентов. Тенденция к смешению языков в технчиеских дисциплинах, объединение усилий многих специалистов создает необходимость особенно подходить к воспитанию студенческих кадров. Т.е. наряду с гуманитарным дисциплинами требуется уделять большое внимание изучению истории и культуры науки и техеники.

Данное обстоятельство хорошо проиллюстрировал г–н Pheiffle H. Он указал, что студенты как правило не понимают сути операции дифференцирования и интегрирования, применяя их «механически». Чтобы устранить механицизм в использовании дифференциально–интегрального счисления он предлагает внедрить наряду с обязательной технической подготовкой написание рефератов по этим темам.

Через рефераты он предлагает изучать историю науки, как технической, так и фундаментальной. Ясно, что создание единых электронных пособий по гуманитарным дисциплинам послужит базой для таких рефератов. Позволит серьезно экономить время студентов на их создание, исключить рутинный труд набора текстов этих рефератов засчет использования метода copy&paste. «Все это позволит создать целостное системное видение изучаемых дисциплин» — подчеркнул профессор.

На вопрос о том, какие профессор предпринимал практические шаги в этом направлении, было сказано, что внедрение гуманитарной составляющей снизило количество двоек на экзамене по теории механизмов с 80% до 20%. Вторил ему и профессор Domschke J.-P., предлагая применить в образовательной системе декдукцию. «Интерес физики не в ее строгости, а в развитии с целью объяснить суть изучаемого явления».

1.3. Приватизация образования

Г–жа Арутюнова, назвав информацию четвертым производственным фактором, заявила, что инженер 21–ого века должен мыслить экономически. По ее мнению мультиконцерны чрезвычайно заинтересованны в изменении структуры образования согласно их требованиям. Этот путь лишает современное образование свободы в исследованиях. Г–жа Арутюнова рассказала, что для инженера не так важно состояние его кошелька, как результативность труда, результативность создаваемого им товара. «Инженер не заинтересован в политике, но интересуется политическики дебатами. Инженера интересует национальное достояние, а не интересы транс–национальных компаний или террористических организаций».

Однако для нас очевидно, что без проникновения в культурные ценности, без целостного образования, включающего также и исторические сведения о путях прогресса, нельзя даже и думать о том, будто в инженере вдруг найдутся мотивы, побуждающие работать над снижением «экологически–напряженных» технологий. Будто найдутся мотивы, препятствующие прогибанию под требования выше указанных организаций. Сведения, которыми поделилась г–жа Арутюнова, указывают на то, что от инженеров ждут технологии, «которые приносят людям больше удовольствия», а не пользы.

Г–н Hoefele J. продолжил тему приватизации образования и указал, что в Европе крупные компании оказывают исключительное влияние на политику стран в сфере образования. «Образовательный процесс изымается из нашего правового поля» — подвел итог профессор. Он подчеркнул, что инженер оказывается представлен сам себе, тогда как оптимальная политика подразумевает работу «общества на инженера ради самого общества».

С одной стороны, корни влияния уходят в школы, которые зарубежом активно приватизируется. Можно отметить стремительный рост числа частных школ и у нас, особенно вне Малой России — Москвы. С другой стороны, приватизируя школы, компании отрывают их от денег налогоплатильщиков, рушат основные ценности: независимость образования, его доступность.

Остается неясным, есть ли это следствие глобализации, или же интересов политиков. Профессор указал, что европейские организации намерены приватизировать не только высшее образование, но и автомобильное хозяйство, и здравоохранение. «Основы образования, я считаю, в большой опасности».

1.3.1 Прочие тезисы докладов на эту тему представлены ниже:

Таким образом исключительную важность для современных образовательных программ представляет создание социально–политического иммунитета у инженера. Ближайший путь создания такого иммунитета — активное внедрение гуманитарных дисциплин в образовательные стандарты.

2. Библиотека Горного Института

Посещение библиотеки оставило после себя противоречивое впечатление. С 1992 года работа в библиотеке велась с использованием «Библиотеки», вплоть до версии 4.0. За время эксплуатации к 1998–1999 годам накопилось около 10 тысяч записей в ЭК. Однако в дальнейшем перед библиотекой было поставлено требование перейти на среду с графическим интерфейсом (GUI), и с 1999 года работа ведется под управлением MARC-SQL.

В процессе перехода из–за несовместимости стандартов (выяснить подробности не удалось) часть полей в записях оказалась потеряна или повреждена. Часть записей продублировалась. Причина несовместимости стандартов осталась мне непонятна, однако из объяснения следовало, что для конвертирования использовались самописные утилиты. Т.е. вообще говоря причина повреждения каталогов лежит на совести недобросовестных программистов. Работа с полнотекстовыми базами данных отсутствует в том числе и в проекте.

Штат библиотеки насчитывает 26 человек, каждый сотрудник выходит не позднее 8:15 и уходит не раньше 17:30. Строгая дисциплина основана, по–видимому, на учете в базе данных кадров института, функционирующей через магнитные бэйджики. В настоящее время парк машин библиотеки насчитывает 15 компьютеров.

Роспись журнальных статей ведется отделом библиографии, что обусловлено исключительно соображениями традиционности: в прочих условиях роспись статей была бы преобретена у крупных компаний или ВИНИТИ. Работа по выявлению книгообеспеченности осуществляется на базе модуля, подключаемого к MARC-SQL. Год назад начались работы по штрих–кодированию. На поступающую литературу было решено наклеивать штрих–коды. Сам штрих-код содержит инвентарный номер книги. Для следования ГОСТу, этот код дублируется прописью на 19–ой странице книги. При выдаче книг инвентарные номера не используются, всего имеется два сканера для штрих–кодов. Для создания штрих-кодов используется принтер, а также программа стоимостью $1000. Изначально для создания штрих–кодов было решено использовать всегда инвентарные номера, однако в случае безинвентарного учета некоторых книг это привело к серьезной проблеме. Все это побудило создать единую систему индексирования книг, независящей от инвентарных номеров. По такому же точно пути идет и наша научно–техническая библиотека.

Кадровый состав библиотеки немолод, что объясняется политикой руководства. На базе библиотеки осуществляется обучение сотрудников работе с основным программным обеспечением.

При описании старинных книг, коих имеется в изобилии в самом первом учебном заведении России, возникают серьезные проблемы с описанием диакритики. Единого решения этой проблемы не найдено, так как в рамках библиотеки никто не знаком близко ни с UNICODE, ни с языками разметки.

Ввиду исключительного дефицита узкопрофильной литературы, ввиду ее непереиздания, практически полностью не выдается научная литература. Большинство книг представлено одним экземпляром и выдается исключительно в читальных залах. По–видимому, основная причина, препятствующая стремительному расширению библиотеки до рамок электронно–цифровой библиотеки связана с нежеланием руководства расширять кадровый состав. Это создает угрозу редким книгам (имеется в виду кража), высока вероятность недобросовестного исполнения обязанностей. Кроме того, серьезную проблему составляет отсутствие в штате библиотеки программистов, добросовестно выполняющих свою работу по поддержанию электронных ресурсов библиотеки и организации крупных работ, связанных с электроникой. Эта проблема — общая для подавляющего большинства вузовских библиотек России. По мнению Юрия Петровича Шкицкого, «покупка плазменных мониторов и их установка во всех кордироах вуза не составляет проблемы при наличии денег. Модернизация же библиотеки так, чтобы это не помешало учебному процессу, — задача не из простых».

3. Hi-Tech в образовании

3.1. Использование HTML в развитых странах

Зарубежом весьма активно создаются материалы на базе языка гипер–текстовой разметки текстов (HTML). К примеру, по словам г-на Lisalova, этот язык позволяет обеспечить мультиязычную поддержку всего преподавательского состава. Как указывалось выше, он позволяет без труда включать в материалы особые символы, кроме того, язык разметки полностью платформено–независим, гибок. Как показывает практика, он чрезвычайно универсален и прост. Ориентация на интернет–технологии заставляет его быть компактным, обладать малым объемом. Поддержка различных кодировок делает язык гипер–текстовой разметки незаменимым при создании мултиязычных документов.

Однако для передачи данных кроме графики и текста (т.е. для передачи мультимедия) этот язык не годится. Гости из Венгерского Политехнического Университета рассказали, что активно используют в своей работе мультимедийные материалы. Однако за подробностями они отослали меня на свою интернет–страничку: www.banki.hu/~tkt.

Возможность внедрения внешних объектов (мультимедия) — еще одно преимущество HTML. К примеру, для передачи анимации посредством языка разметки и включения этой анимации в тексты учебников, удобно использование FlashR- технологии . Эта технология, помимо «статической анимации», позволяет создавать и «динамическую» — моделируемую, так как технология Flash содержит в себе программируемые управляющие элементы. Технология Flash позволяет вести контроль и учет, осуществлять тестирование студентов. Посредством internet эти интерактивные средства оказывается легко доступными всему контингенту студентов. Однако заметим, что Flash-технология является коммерческим стандартом, форматы ресурсов Flash являются закрытыми. Это, вообще говоря, создает угрозу для возможностей свободного развития этого формата.

Кроме того, по мнению преподавателей из Мюнхена, для проведения интерактивных опросов как нельзя лучше подходит CGI-технология. «Когда вы работаете с данными, нужно ориенироваться на выбор вариантов», что очень легко реализуемо с помощью html-форм. Создание таких форм обеспечивает высокую безопасность, надежную, простую и удобную систему учета. К примеру, можно хранить в электронной базе данных результаты всех тестов, пройденных конкретным студентом, с указанием точных результатов каждого теста (т.е., в том числе, на какие именно вопросы были даны неверные ответы, и какие именно ответы были даны). При гарантии хорошей связи возможно, даже, определение точного времени, затрачиваемого каждым студентом на выбор ответа в каждом конкретном случае.

Все это в очередной раз убеждает нас, что формат, выбранный нами для создания полнотекстовых баз данных в рамках нашей научно–технической библиотеки (а мы выбрали именно гипер-текстовый язык разметки, предпочтя его форматам doc, rtf, pdf) имеет широкие и далекоидущие перспективы.

3.2. Моделирование процессов посредством диалоговых сред

Если в практике развитых стран ориентация создаваемого программно–цифрового комплекса сделана на дистанционность, возможность удаленных подключений, удаленного пользования, то в практике нашей страны упор делается на программируемо–исполняемые среды, executable-программы.

Возможно, это объясняется определенной задержкой, характеризующей темпы появления программ на базе графического интерфейса пользователя (GUI) у нас в стране. Наверстывая упущенное, большой популярностью у нас в стране, в среде разработчиков ПО, получил язык Delphi, тогда как ориентация западных специалистов давно сместилась в сторону языков Java и платформенно–независимого языка Perl (именно он используется обычно в CGI-программировании, о котором шла речь выше).

На симпозиуме было представлено сразу несколько программ, обладающих графическим интерфейсом пользователя. Например, кафедра химии при МГУ разработала программу, моделирующую рост кристала. Программа представляет собой мульти–документное приложение. Пользователь (студент) указывает параметры системы, с целью вырастить определенный кристал. По мере нажатия кнопок ситуация моделируется и сообщает пользователю об изменениях в системе. В том числе — о критических состояниях, о выборе правильного пути и тому подобных событиях. Такая система заменяет собой реальную установку для выращивания кристалов. Меняя параметры системы, студент должен с помощью этой программы определить оптимальный путь выращивания кристала.

По мнению специалистов кафедры, такая программа способтвует углублению знаний студента в этой области. «А если нажать сюда, то студенту будет показан ролик, в котором запечатлен процесс роста кристалла». Однако по впечатлению от демонстрационной версии, а также после общения с представительницей доклада, для меня остались загадочными причины, по которым разработка этой среды ведется в виде windows-приложения, а не CGI-программы. Объективный анализ программы позволяет со всей уверенностью сказать, что подобная программа может быть без труда решена посредством HTML-форм.

Общий недостаток обеих технологий заключается в том, что они исключают из практики студента–иженера этап проектирования программы. Имея общее представление о ее работе, он столкнется с серьезными проблемами в практической деятельности, так как на практике всегда оказывается необходимым создание «узких» приложений. Моделирование роста кристалла — это чрезвычайно общее направление и на практике бесполезное. Без непосредственных навыков создания модели на базе ее программирования (имеется в виду, что математические модели достаточно подробно изучаются студентами) польза от готовой модели оказывается опасной. «Подготовка в области программирования у нас в стране и близко не позволяет студентам создавать собственные программы подобного уровня», — было рассказано мне в кулуарах. Имея в виду, конечно, приложение windows, г–жа [узнать фамилию] не ошиблась и в применении к CGI-программированию. Действительно, общий недостаток всех вузов страны, препятствующий созданию студентами программ–моделей связан с отсутствием у них достаточных навыков программирования. «Обычно разработкой таких программ у нас занимаются заинтересованные аспиранты».

Однако позднее выяснилось, что профессор из Тверского Государствненого Университета идет именно по пути обучения студентов моделированию на языке Pascal. (к слову сказать, языке–предшественнике Delphi) На базе кафедры электротехники этого института создан блок программ, выполняющих ряд типовых функций по расчету цепей. Студентам предлагается сконструировать на базе этих блоков программу, осуществляющую моделирование электроцепи, а потом с ее помощью выполнить специальное задание по моделированию.

Так как модель предоставляет студенту возможность существенно расширить круг задач, которые можно решить на базе этой модели, то и задание выбирается особенное. У студентов, не занимающихся моделированием, отсутствует мотивация для создания моделей по той причине, что существующие задания могут быть без труда выполнены без использования моделей, в результате чего трудозатраты на создание модели оказываются в большинстве случаев лишними. Чтобы придать мотивации и используется специальное задание по моделированию (см. приложение).

Однако ввиду того, что студенты самостоятельно создают программы, имеющие, в отличие от «статичных» курсовых работ и проектов многофункциональное назначение, встает вопрос об авторстве программ. В самом деле, эти программы могут использоваться в дальнейшем, а стало быть их «утилизация» нецелесообразна. С другой стороны, будучи созданными студентами, их использование непременно вступает в трение с интересами самих студентов. Кроме того, программы, создаваемые преподавателями, могут представлять собой ценность, т.е. являются предметом авторских прав. Это создает необходимость ограниченности пользования такими программами. Как выяснилось, эта проблема весьма актуальна в ряде вузов. Однако для решения этой проблемы нигде до сих пор не выработан четкий алгоритм: для защиты ничего не используется, кроме «паролей, как это обычно принято. Авторство мы никак не закрепляем».

3.3. Работа с программными комплексами

Наконец, третий аспект, представляющий взаимодействие высоких технологий с образованием, связан с использованием математических пакетов для имитации и моделирования. Vladimir Stegskal указал на ряд весомых трудностей, связанных с использованием таких пакетов. Проблема в том, что, как правило, привычная «ручная» запись данных невозможна при работе с программными средами. В них для записи используется матричная запись, «весьма подходящая для формулирования на машинном языке». Однако изучению матричных форм записей и вопросам решения задач в матричной форме уделяют у нас мало времени. Студенты, как правило, негативно относятся к работе с задачами механики с использованием матричной формы записи. Созданные на базе интегрированных сред обучающие инструменты породили новый термин — «Electornic Learning Tool» («Электронный обучающий инструмент»). Главным образом, ELT представляет собой учебник, предназначенный для решения многочисленных задач механики. После изучения материалов задачи, обучаемому предлагается подумать над решением, написать от руки соответствующие уравнения и найти их решение. Получив ответ, студент может приступить к другой задаче.

Другое исключительное преимущество ELT состоит в том, что, используя многочисленные параметры с помощью переменных, студент может поиграть в игру «что, если», что придает особенную глубину его знаниям. Получив «собираемую» систему (т.е. систему уравнений, которую программная интегрированная среда решает не жалуясь на ошибки), обучающийся может получить численное решение и построить графики.

Работая над составлением решения, студент может пользоваться учебными справками, содержащимися в ELT, где представлены все основные соотношения из механики. «Он может изучать механику самостоятельно, шаг за шагом».

Из этого описания становится понятно, что техника работы с ELT — это привычная техника работы с методическими пособиями. Те тоже содержат «строительные блоки» задач, сведения из механики и прочее. Однако комплекс ELT обладает всеми преимуществами электронного издания, поэтому создание таких комплексов — весьма плодотворная задача. И, разумеется, для ELT в электронной библиотеке предусмотрено почетное место, аналогичное тому, которое сейчас занимают бечисленные «методички». Формат хранения ELT и его технические параметры целиком определяются условиями работ интегрированных сред. Например, это может быть язык LaTeX, обладающий компактностью и универсальностью, понимаемый некоторыми математическими пакетами. Отсюда оказывается целесообразным изучение этого языка студентами высших технических заведений. В настоящее время его преподают лишь в серьезных научных вузах: МИФИ, МФТИ, на кафедрах мехмата МГУ.

Технология ELT уже опробована на Факультете Механики Чешского Технического Университета в Праге, а также в университета–партнерах.

В заключение отметим, что на базе механики МГУ внедрение численных методов в подготовку инженеров–расчетников реализовано на курсах «Вычислительная гидромеханика — основа компьютерных технологий в механике жидкости и газа». Будем надеяться, что на базе МАДИ будет широко развиваться эта отрасль, так как первые шаги для создания информационно–компьютерного центра у нас уже сделаны.

Sergey Ermakov

2002