Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы проектирования дидактической системы программной инженерии. 17
1.1. История становления и перспективы развития программной инженерии 17
1.2. Особенности и проблемы подготовки специалистов в области программной инженерии в условиях технологического университета... 29
І.З.Концепция инновационной профессиональной подготовки выпускников по направлению «Информационные системы» 58
Глава 2. Методические основы диагностики устойчивой компетентности в области программной инженерии. 83
2.1. Методика выявления комплекса способностей как ключевого компонента устойчивой компетентности в области программной инженерии 83
2.2. Диагностика устойчивой компетентности в области программной инженерии 118
Глава 3. Проектирование структуры и содержания дидактической системы программной инженерии 183
3.1. Формирование структуры и содержания инновационной профессиональной подготовки выпускников по направлению «Информационные системы» 183
3.2. Состав основных видов учебной деятельности в двухуровневой технологии обучения но направлению «Информационные системы»... 225
3.3. Диагностика конкурентоспособности выпускника по направлению «Информационные системы» 243
Глава 4. Организация процесса инновационной подготовки в области программной инженерии. 254
4.1. Организация системы порталов на сервере кафедры ИПМ 254
4.2. Разработка «Web — машины» для массовой диагностики состояния уровней развития ПК способностей обучаемых 266
4.3. Примеры обучения по двухуровневой технологии 279
Заключение 345
ЛИ ГЕРАТ УРА 351
- История становления и перспективы развития программной инженерии
- Методика выявления комплекса способностей как ключевого компонента устойчивой компетентности в области программной инженерии
- Формирование структуры и содержания инновационной профессиональной подготовки выпускников по направлению «Информационные системы»
Введение к работе
Продукты программной инженерии (ПИ) стали одними из самых востребованных продуктов (ресурсов) нашего времени и превратились в движущуюся силу экономического роста во всем мире. Высокий темп развития программной инженерии поддерживается высокими темпами развития смежных областей и на сегодняшний день носит экспоненциальный характер. Интенсивность капиталооборота в этой области такова, что, по данным журнала Forbes (2005 г.), в первой пятерке богатейших людей США только один не имеет отношения к компьютерным технологиям. Одновременно в этом же темпе меняются основы, методы и технологии, используемые в программной инженерии. Растет потребность в высококвалифицированных специалистах, способных создавать и поддерживать в актуальном состоянии все более усложняющиеся программные продукты.
Труд специалистов в области программной инженерии носит коллективный характер, все более автоматизируется и опирается на интегрированные CASE средства, предназначенные для поддержки деятельности людей в различных областях. На сегодняшний день основным пользователем и потребителем информационных ресурсов выступает бизнес-процесс. Практически оказывается, что подготовка специалистов только на основе Государственного образовательного стандарта является необходимым, но недостаточным условием подготовки высококвалифицированных специалистов, устойчиво востребованных в быстро меняющемся рынке труда. В связи с этим актуальной на сегодняшний день проблемой следует назвать создание эффективной дидактической системы, предназначенной для массовой подготовки специалистов, компетентных в области программной инженерии и сохраняющих свою компетентность при быстрых темпах развития этой области. Обучение деятельности в области программной инженерии должно быть инновационным, так как невозможно при традиционном обучении обеспечить за период подготовки специалиста в вузе максимальное развитие специальных способностей по решению проблем в этой области деятельности. Таким образом, понятие профессиональной компетентности в области программной инженерии включает как достаточный уровень овладения знаниями, умениями, навыками, так и достаточный уровень развития специальных способностей, обеспечивающих эффективную деятельность по решению профессиональных проблем и дальнейшее творческое саморазвитие специалиста. Только в этом случае он сможет устойчиво сохранять компетентность при высоких темпах развития программной инженерии.
Различные подходы к формированию содержания образования и организации процесса обучения были разработаны ведущими педагогами. Это прежде всего вопросы оптимальности педагогического процесса (Ю.К.Бабанский, В.С.Ильин, В.В.Краевский); системного подхода в дидактике (В.И.Андреев, В.П.Беспалько, Б.П.Есипов, М.А.Данилов, М.Н.Скаткин, И.Я.Лернер, А.В.Хуторской), компетентностного подхода к образованию (Н.А.Банько, И.А.Зимняя, М.А.Петухов, Д.Равен); технологии коллективного взаимообучения (А.Р.Ревин); технологии метапредметного обучения (А.В.Хуторской); технологии полного усвоения (Дж.Керрол, Б.Блум); авторские технологии Е.Н.Ильина, С.Н.Лысенкова, В.Ф.Шаталова, П.М.Эрдниева; технологии модульного обучения (А.М.Матюшкин, М.Н.Скаткин), проблемно-модульного обучения (М.А.Чошанов), концентрированного обучения (Г.И.Ибрагимов), конструктивного обучения (И.В.Трайнев); использование информационных технологий в дидактическом процессе (В.П.Беспалько, Г.В.Ившина, Г.И.Кирилова, Е.И.Машбиц, И.В.Роберт, А.В.Соловов).
Активно ведутся поиски эффективных дидактических систем и технологий подготовки, переподготовки кадров в области программной инженерии специалистами ведущих фирм и концернов, которые разработали целые дидактические комплексы по сертификации и подготовке к экзаменам по учебным курсам по разным направлениям программной инженерии (корпорация Microsoft, Sun, Oracle, фирмы Rational Soft, Platinum). Ведущими идеологами-методистами в этой области являются Г.Буч, С.Бобровский, А.М.Вендров, Дж.Рамбо, И.Одинцов, С.А.Орлов, С.В.Черемных, В.Ю.Пирогов, А.Якобсон.
Однако темпы роста сложности структуры организации и содержания проблем из области программной инженерии, с которыми приходится взаимодействовать специалисту в своей профессиональной деятельности, значительно опережают его возможности решения проблем данной сложности в темпе, востребованном на производстве в этой среде деятельности. Следствием является потеря специалистом компетентности как своего главного свойства. Общее противоречие в области программной инженерии выражается в дефиците специалистов, устойчиво компетентных в этой области при одновременной информационной глобализации общества. Это противоречие в социальной сфере порождается противоречием, возникшим в современных дидактических системах программной инженерии. Традиционные дидактические системы не позволяют обеспечить подготовку в массовом количестве специалистов, устойчиво компетентных в этой области деятельности. Поэтому необходимо спроектировать дидактическую систему инновационного типа, позволяющую устранить это противоречие.
Очевидно, в такой ситуации проблема проектирования адаптивных (гибких) дидактических систем массовой подготовки компетентных специалистов будет оставаться «вечно» актуальной по мере развития области программной инженерии. В целом возникает ситуация, подобная «гонке с преследованием», т.е. эволюция развития дидактических систем программной инженерии должна по темпам приближаться к революционным темпам, что, конечно, требует развития в тех же темпах теоретических и практических основ дидактики программной инженерии. Итак, основное противоречие заключается в необходимости массовой подготовки специалистов, устойчиво компетентных в области программной инженерии, и неразработанности дидактической системы инновационной профессиональной подготовки таких инженеров. Разрешение этого противоречия ведет к комплексному научному исследованию следующей проблемы.
История становления и перспективы развития программной инженерии
Инженерная деятельность (с исторической точки зрения) возникла как созидательная (креативная) деятельность, развивающаяся в направлении механизации и автоматизации любой востребованной деятельности в социуме [7, 8, 12, 14, 81-83, 115, 315]. С этих позиций инженерную деятельность можно определить так: инженерная деятельность - это проектно-конструктивная деятельность, направленная на создание новых объектов и технологий, а также инструментальных средств, осуществляющих механизированную и автоматизированную поддержку в организации процессов создания, хранения, преобразования, передачи любых ресурсов, т.е. вспомогательных средств, позволяющих увеличить значения показателей эффективности труда. Ресурсы могут быть или материальными, или энергетическими, или информационными, или их различными сочетаниями. Таким образом, содержанием инженерной деятельности является поддерживание в актуальном состоянии действующих процессов и систем, проектирование и реализация новых процессов и систем. На рис. 1.1.1 приводится эволюционная модель возникновения области инженерной деятельности, а на рис. 1.1.2 - модель становления области программной инженерии. Модель построена на основе изложенного в работах С.Л.Рубинштейна принципа «единства сознания и деятельности» и разработанной Л.Н.Леонтьевым проблемы «общности строения внутренней деятельности».
Традиционно инженерная деятельность рассматривается в технических предметных областях. Но в наше время инженерная деятельность входит практически во все области человеческой деятельности, например, в биологию (биоинженерия), экономику, социологию, педагогику, медицину и т.д.
Программная инженерия возникла как автоматизация внутренней умственной деятельности, т.е. программная инженерия - это область деятельности, которая занимается в основном автоматизацией деятельности когнитивной сферы (интеллектуальной деятельности) путем имитации этой деятельности в виртуальной среде.
Таким образом, программная инженерия (Software engineering) это область деятельности, которая занимается проектированием и производством программных продуктов [31, 36, 286].
Но по мере усложнения поддерживающих процессов у программной инженерии появилось собственная предметная область и сфера деятельности людей в этой предметной области с использованием в основном виртуального пространства (ВП). В ВП все процессы организуются и поддерживаются автоматизированно с помощью разработанных информационных технологий, аппаратных и инструментальных средств. Итак, в самом общем случае ВП само может быть рассмотрено как инструментальное средство, в котором организуется деятельность людей с целью получения продуктов (ресурсов как вспомогательных средств) для поддержки многих видов деятельности человека в реальной среде.
Востребованность в продуктах этой деятельности в области программной инженерии растет во времени по экспоненте
Области А, В, С, D, Е, F (в пересечении) составляют прикладную область программной инженерии, т.е. область применения продуктов программной инженерии в других предметных областях. Область Е за минусом области пересечения - область производства продуктов, востребованных в области собственной программной инженерии (операционные системы, драйверы, инструментальные средства и т. д.).
Например, согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования, одна из областей профессиональной деятельности программной инженерии - информационные системы -определяется следующим образом. Информационные системы - область науки и техники, которая включает совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание и применение систем сбора, передачи, обработки, хранения и накопления информации.
Объектами профессиональной деятельности инженера по направлению "Информационные системы" являются информационные системы и сети систем, их математическое, информационно-логическое и программное обеспечение, способы и методы проектирования, отладки, производства и эксплуатации программных средств информационных систем в областях: машиностроение, приборостроение, наука и образование, металлургия, энергетика, техническая физика, административное управление, бизнес, ядерная энергетика, геология и нефтегазодобыча, химико-лесной комплекс, телекоммуникации, связь, горное дело, управление технологическими процессами, медицинские технологии, системы массовой информации, химико-лесной комплекс, текстильная и легкая промышленность, строительство, экология, а также на предприятиях и в других областях человеческой деятельности. Таким образом, только одно из направлений области деятельности программной инженерии имеет такой широкий спектр деятельности.
Рассмотрим лишь некоторые особенности в динамике развития пространства программной инженерии.
Продукты программной инженерии стали одним из самых востребованных продуктов (ресурсов) нашего времени и превратились в движущую силу экономического роста во всем мире. Эта область развивается с большой скоростью, постоянно создаются новые объекты, технологии, инструментальные средства. По данным известной консалтинговой компании IDC, в 2002 объем продаж программного обеспечения в мире составил около 200 миллиардов долларов и продолжает расти.
Растет потребность в квалифицированных специалистах в области программной инженерии, способных создавать и поддерживать в актуальном состоянии все более сложные программные продукты. Только в США требуется несколько сот тысяч специалистов в области программной инженерии (Computing Curriula 2001 - СС 2001).
Таким образом, внедрение результатов программной инженерии в разнообразные сферы человеческой деятельности привело к необходимости поддержки в актуальном состоянии больших и сложных программных систем.
Чтобы говорить о какой-то деятельности [154], необходимо представлять предмет деятельности, вернее, предметную область деятельности, состоящую из множества объектов деятельности. Для того чтобы не рассматривать все множество возможных объектов предметной области программной инженерии, рассмотрим конвергентный образ - обобщенную модель объекта программной инженерии X. Тогда вся предметная область будет представлять область дивергентности объекта X, те.е классов прототипов объекта X.
Рассмотрим X как некую сущность, поддерживающую определенное явление.
Основная деятельность в области ПИ - это проектно-конструктивная деятельность в когнитивно-виртуальной среде, направленная на создание объектов как сущностей, автоматизированно поддерживающих определенные явления.
В составе основной деятельности специалиста в области программной инженерии можно выделить три локализованных блока деятельности.
Таким образом, содержанием этих блоков является, классифицированная деятельность специалиста по проектированию объекта X. Формализационная деятельность - это всякая деятельность специалиста, направленная на формализованное описание объекта X или на формализацию объекта X в когнитивной сфере и виртуальной среде. Конструктивная деятельность -деятельность специалиста, направленная на построение состава внутренних взаимосвязанных объектов объекта X, т.е. деятельность, направленная на организацию и управление взаимодействием во времени внутренних объектов объекта X. Эта деятельность также в основном происходит в когнитивной сфере и виртуальной среде. Технологическая деятельность - это деятельность, направленная на реализацию и внедрение проектируемого объекта X в реальную среду, в практических целях.
Методика выявления комплекса способностей как ключевого компонента устойчивой компетентности в области программной инженерии
С позиции объектно-ориентированного подхода предметная область определяется следующими составляющими:
1) множеством предметов (объектов) области;
2) множеством взаимоотношений между объектами, организующих взаимосвязи между объектами предметной области (архитектура предметной области);
3) множеством всевозможных вариантов последовательностей, взаимодействующих с целью ресурсообмена объектов во времени, организующих множество процессов в предметной области.
Таким образом, предметная область - это функционирующая система, т.е. динамический объект.
Среди множества всевозможных вариантов последовательностей взаимодействующих объектов предметной области выделим два множества:
1. Множество ПРОБЛЕМЫ, т.е. множество вариантов целенаправленного ресурсообменного взаимодействия объектов предметной области, содержащих противоречия.
2. Множество РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ, т.е. множество вариантов целенаправленного ресурсообменного взаимодействия объектов предметной области, не содержащих противоречий.
Элементы множества ПРОБЛЕМЫ через преобразования (трансформацию) могут перейти в элементы множества РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ. При этом элементы множества ПРОБЛЕМЫ трансформируются в элементы множества РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ через деятельность человека (группы людей), направленную на ликвидацию противоречий в проблеме. На рис. 2.1.1 приводится модель трансформации проблемы в решение проблемы.
Для решения проблемы всегда требуется наличие ресурсов (вспомогательных средств) и наличие у человека технологии (способов) использования этих ресурсов.
Итак, для организации целенаправленной деятельности человек должен обладать способностями (индивидуальными технологиями) по использованию ресурсов для решения проблемы. Под ресурсами на данном этапе исследования будем понимать любые вспомогательные средства, способствующие решению проблемы, т.е. материальные, энергетические, информационные, временные средства. В результате этих рассуждений получим универсальную схему трансформации проблемы в решение проблемы через организованную деятельность человека с использованием ресурсов по определенной технологии В общепринятой человечеством методике решения проблем используется такой механизм: вначале проблема трансформируется по мере ее уточнения в задачи (в задачу), т.е. уточняются цели, алгоритмы (технологии) пути решения (пути достижения цели) проблемы, уточняются планы реализации решения. Затем производится поиск ресурсов (вспомогательных средств) для решения задач, т.е. устанавливаются аналоги этих задач, опыт их решения, автоматизированных средств поиска решения. И, в конечном счете, решающий проблему объект организует деятельность, где, используя свои способности как личностные технологии и ресурсы как вспомогательные средства, решает проблему.
Разумеется, тот, у кого лучше развиты личностные технологии (способности) и больше интериоризованных ресурсов, имеет большие значения показателей эффективности в решении проблем. Очевидно, что разные люди решают проблему с разными показателями эффективности в зависимости от компетентности или некомпетентности в этой предметной области деятельности.
Итак, в самом общем случае компетентность или некомпетентность специалиста в определенной предметной области деятельности - это два возможных его состояния во времени, т.е. формализованно эти состояния можно записать таким образом:
Компетентный, если его состояние способностей позволяет ему решать любые проблемы из этой области деятельности.
Специалист (t)
Некомпетентный, если состояние его способностей позволяет ему только частично решать проблемы из рассматриваемой предметной области.
Выражение «специалист (t)=» читается: специалист на момент времени t будет - далее по тексту. Разумеется, это определение задает только необходимое условие компетентности специалиста.
Рассмотрим более детально понятие компетентности специалиста в определенной предметной области.
Анализ российских и зарубежных информационных источников [49, 55, 75, 76, 92, 103, 114, 273, 275, 276, 287, 295, 300, 302, 314]показывает, что не существует общепринятого определения термина «компетентность», однако выработанный единый смысл понятия компетентности включает в себя следующее:
1. Компетентность относится к личности (приобретенное свойство личности, ее характеристика).
2. Понятие компетентности человека в определенной предметной области деятельности определяется конкретно в системе да-нет, т.е. немножко компетентности и некомпетентности не бывает.
3. Компетентность не сводится к знаниям, умениям и навыкам (ЗУН), хотя формируется только с ними (с ресурсами) и проявляется через них. 4. Человек может достичь своей компетентности в определенной предметной области деятельности за счет повышения уровня развития своих способностей, достаточного для решения проблем и состояния накопленных (приобретенных) им ресурсов (любых вспомогательных средств, способствующих решению проблем в рассматриваемой предметной области).
Понятие предметная область - понятие объективное, т.е., строго говоря, более объективное (менее зависимое от воли людей), чем понятие «область компетенции». Исторически сложившееся понятие компетенции имеет юридический смысл и трактуется как область права, полномочий заниматься определенной деятельностью в этой ограниченной правами предметной области (в правовом пространстве). В этом смысле на практике компетенции того или иного объекта стараются юридически закреплять или стандартизировать, т.е. легализовать правовое пространство для занятия деятельностью. Определенные таким образом компетенции позволяют классифицировать все проблемы с установлением тех лиц (специалистов), кто эти проблемы должен решать и имеет право их решать.
Разумеется, любая профессиональная деятельность объекта имеет свое правовое пространство, т.е. свою компетенцию. Компетентность человека (специалиста) или его некомпетентность в области определенной компетенции зависит оттого, насколько эффективно специалист решает поток проблем в области своей компетенции в рассматриваемый момент времени. Поэтому в современных условиях при подготовке людей к определенной профессиональной деятельности необходимо, прежде всего, готовить компетентных специалистов в области их компетенции.
Таким образом, варьирируемыми величинами в понятии компетентности, т.е. развивающимися во времени, являются состояния уровней развития способностей (личностных технологий) и состояние аккумулированных в индивиде ресурсов, позволяющих этому индивиду решать любые проблемы в области компетенций. По достижению во времени определенного состояния уровней способностей и состояния аккумулированных ресурсов в индивиде, достаточных для решения им любых проблем, этот индивид становится компетентным. Эту закономерность можно представить так, как показано на рис. 2.1.3. В уточненной модели использованы векторы аь аг, аз, ... для обозначения способностей в различных направлениях. Величины этих векторов выражают состояния уровней их развитости.
Формирование структуры и содержания инновационной профессиональной подготовки выпускников по направлению «Информационные системы»
Процессуально-практическая часть проектируется в виде двухуровневой интенсивной технологии обучения: 1 уровень - обучение в соответствии с требованиями ГОС ВПО, 2-ой уровень - обучение по бизнес-плану, причем сформированная информационно-содержательная часть должна обеспечить обучение по обоим уровням.
Известно, что В.П.Беспалько под технологией обучения понимал содержательную технику реализации учебного процесса, М.А.Чошанов составную процессуальную часть дидактического процесса, В.Н.Монахов -модель совместной педагогической деятельности по проектированию, организации и проведению учебного процесса с безусловным обеспечением комфортных условий для учащихся и учителя, М.В.Кларин - системную совокупность и порядок функционирования всех личностных, инструментальных и методологических средств, используемых для достижения педагогических целей. В.И.Андреев отмечает, что технология должна гарантировать достаточно высокий уровень эффективности применяемых методов и средств, в том числе при последующем воспроизведении. В.П.Беспалько называет признаки всякой технологии: дидактического целеполагания, результативности, экологичности, алгоритмируемости, целостности, управляемости, корректируемости, визуализации. Г.И.Ибрагимов отмечает, что для каждой технологии должны быть принципы отражающие ее особенность и являющиеся вариативными. Содержание инновационной подготовки по направлению «Информационные системы» структурируется, интегрируется в виде базы проблем в соответствии с применяемой технологией, а двухуровневая интенсивная технология опирается на представление содержания в виде учебных пособий, системы порталов кафедры. Остановимся на этом подробнее.
Целью проектирования технологии обучения в ДПИ студентов по специальности «Информационные системы и технологии» является синтез такой технологии обучения, которая могла бы поддержать педагогический процесс со следующими устойчивыми качествами:
1. Обеспечить массовый выпуск специалистов, компетентных в своих компетенциях.
2. Самоадаптируемости технологии по ходу развития во времени области программной инженерии.
При разработке технологии обучения к известным эвристически установленным законам (эвристическим законам) дидактики, таким как закон обучения от простого к сложному, закон обучения с учетом «зоны ближайшего развития», прибавим еще один эвристический закон в области дидактики программной инженерии, закон обучения с учетом «устойчивости первоначальной интеллектуальной ориентации».
Одно из направлений в предметной области программной инженерии, согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования (ГОС ВПО), классифицировано следующим образом. По ГОС ВПО выделено направление (класс) 654700 «Информационные системы». В этом классе выделена специальность 230001 (071900) «Информационные системы и технологии». Далее классификация происходит по «вертикали и по «горизонтали» относительно времени и пространства предметной области. По вертикали в пределах специальности выделены следующие циклы (классы) дисциплин:
По горизонтали внутри классов ГСЭ, ЕН, ОПД, СД, ФТД в зависимости от специализации выделены различные дисциплины. Кроме этого, по ГОС ВПО в пределах каждой дисциплины определено количество часов и требуемый минимум по содержанию дисциплины. На основе всех этих данных разрабатывается учебный план с распределением согласно, ГОС ВПО, трудоемкости (в часах) аудиторных, самостоятельных, контрольно-диагностических работ. Это все является платформой для разработки технологии обучения деятельности в области программной инженерии по этому направлению. Разумеется, учебный план разрабатывается в рамках каждой дисциплины в отдельности, а следовательно, технологии обучения деятельности тоже. Таким образом, педагогическая технология (в исследовании рассматривается ее дидактическая составляющая) состоит из множества взаимосвязанных технологий обучения деятельности в области профаммной инженерии, спроектированных в рамках отдельных дисциплин (см. приложение 2).
В целом педагогическую технологию будем рассматривать как технологию, поддерживающую в основном в организации и содержании четыре взаимосвязанных процесса: внутренние процессы - обучение и воспитание; внешние процессы - процессы обучения и воспитания. В дидактической части педагогической технологии выделим два взаимосвязанных процесса - обучение и процесс обучения. Для интерпретации механизмов взаимосвязи этих процессов построим следующую модель. В этой модели классификацию по ГОС ВПО представим, как показано на рис. 3.1.7. По вертикали выделены годовые «кольца», в пределах которых расположены дисциплины, например, первый год обучения Д1 и Д2, второй год обучения ДЗ, Д4, Д5, Д6 и т.д.
