Цифровое просвещение – философия, стратегия, этика, Виртуальная Компьютерная Лаборатория. Искусство и наука технологического лидерства в эпоху искусственного интеллекта

Михаил Александрович Белов

Книга раскрывает стратегические и философские аспекты цифрового просвещения, предлагает практические инструменты для внедрения инноваций, наглядно показывает, как цифровые технологии трансформируют образование, общество и экономику. Это практическое руководство для тех, кто стремится управлять изменениями, создавать новые возможности и строить устойчивое цифровое будущее. Виртуальная Компьютерная Лаборатория — ключевой инструмент для подготовки профессионалов в области цифровых технологий.

Рецензенты:

Черемисина Евгения Наумовна, д.т.н., проф., основатель и руководитель Института системного анализа и управления Государственного университета «Дубна»

Орлова Елена Роальдовна, д.э.н., проф., зав. отдела «Информационные технологии оценки эффективности инвестиций» ФИЦ ИУ РАН

© Михаил Александрович Белов, 2024

ISBN 978-5-0064-4148-4

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Эта книга посвящается моим родителям,

Александру Ивановичу Белову и Наталье Александровне Беловой, чья бесконечная любовь и поддержка освещали мой путь! Ваша вера в меня была моей путеводной звездой, ведущей через темные времена к вершинам, о которых я мог только мечтать. Без вашей мудрости и ценных напутствий я бы не стал тем человеком, которым являюсь сегодня.

С глубоким уважением хочу отметить искреннее восхищение профессором Евгенией Наумовной Черемисиной, основателем Института Системного Анализа и Управления. Ваша энергичность и активный подход к решению самых сложных проблем управления являются для меня источником бесконечного вдохновения. Ваше понимание глобальных аспектов и тонкостей управленческой науки, сочетающееся с мудростью, коренящейся в богатых культурных традициях, оказали неоценимое влияние на мой научный путь, философию и системное мировоззрение. Ваш пример демонстрирует, как знания, оптимизм, преданность образованию и неустанное стремление к совершенству могут изменять мир к лучшему.

Цифровое просвещение, подобно факелу в темной пещере, освещает путь к новому пониманию мира и нашего места в нем. Оно расширяет горизонты познания, делая информацию доступной каждому, независимо от социального статуса или географического положения. Это инструмент, который, подобно увеличительному стеклу, позволяет нам рассмотреть детали мироздания, которые ранее были скрыты от глаз.

Однако, как и любой инструмент, цифровое просвещение может быть использовано как во благо, так и во вред. В руках мудрого оно становится ключом к процветанию, открывая двери к новым возможностям и знаниям. В руках невежды или злодея оно может превратиться в оружие, сеющее дезинформацию и раздор.

Цифровое просвещение — это не только освоение новых технологий, это формирование нового мировоззрения, основанного на инновациях, гуманистических ценностях и библейских заповедях. Это путь к созданию общества, где каждый человек имеет возможность реализовать свой потенциал, где знания и технологии служат на благо всех.

Сегодня цифровое просвещение превращается из инструмента развития в философию жизни, основанную на стремлении к знаниям, уважении к другим и вере в человеческий потенциал. Это путь к созданию гармоничного общества, где технологии служат человеку, а не наоборот.

Михаил Белов

Глава 1. ИНТЕГРАЦИЯ ВРЕМЕН И ТЕХНОЛОГИЙ: ФИЛОСОФИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТ АНТИЧНОСТИ ДО ЦИФРОВОГО ПРОСВЕЩЕНИЯ. ВИРТУАЛЬНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ — РЕВОЛЮЦИЯ В ИТ-ОБРАЗОВАНИИ

Философия образования является областью философии, которая занимается осмыслением вопросов воспитания и обучения; причем это не просто академическая дискуссия, это основа для взращивания будущих поколений. Именно поэтому образование должно не только передавать знания и особенности применения новых технологий на практике, но и формировать ценности и мировоззрение, а также умения и навыки, которые необходимы для полноценной жизни в обществе.

Трансформация современного общества под влиянием цифровизации заставляет людей получать новые знания и непрерывно развиваться, чтобы быстрее адаптироваться к новым условиям и усложнению технологий. Для этого кроме профессиональной подготовки необходимо развивать этические ценности, социальную ответственность, эмпатию, любознательность, проницательность, творческие способности, а также лидерские и предпринимательские качества.

Цифровое просвещение, с точки зрения технологий и социокультурного опыта современного цифрового общества, можно рассматривать как «строительный материал» для формирования нового типа мышления и поведения, а также для укрепления конкурентоспособности бизнеса, повышения эффективности государственного управления и улучшения качества цифровых услуг. Поскольку цифровое просвещение, как-правило, реализуется посредством ИТ-образования, регулируемого на законодательном уровне [1], за исключением самообучения, то в книге оба этих понятия взаимозаменяемы, для более удобного восприятия материала.

Эволюция образования: от античной мудрости до цифровых инноваций

Прогуливаясь по Оксфорду, Кембриджу или Гарварду, а может быть созерцая монументальные строения кампуса МГУ им. М. В. Ломоносова на Воробьевых горах, вживаясь в антураж местности и силой воображения ретроспективно отправляя себя в прошлое не трудно представить и осознать, что классическое университетское образование, в своей основе, всегда было святилищем знаний и инноваций. Однако, в эпоху цифрового просвещения, оно трансформируется, становясь мостом между глубокими академическими традициями и поразительными возможностями цифровых технологий. Мы находимся в точке пересечения, где классическое образование вдохновляет на инновации, а ИТ-образование дает инструменты для их реализации. Это синтез, который открывает новые горизонты для обучения и творчества. При этом важно учить мыслить многогранно и разными способами, чтобы учащиеся могли видеть мир не заужено как набор типовых задач, а как полотно возможностей. Именно в союзе традиций и инноваций кроется истинная суть цифрового просвещения.

В современном мире технологический прогресс превосходит все наши ожидания, а его движущей силой являются образовательные учреждения, в которых студенты получают актуальные знания, умения, навыки и вдохновляются на создание инноваций. Цифровое просвещение — это не просто понимание основ цифровой грамотности, программного кода или работы компьютеров; это о воплощении амбициозных идей в реальность [1]. В синтезе классического и ИТ-образования кроется сила для решения глобальных проблем, за счет объединения фундаментальных и передовых практических знаний с воспитанием талантливой молодежи, которая способна использовать эти знания для построения нового будущего.

Развитие образования неразрывно связано с социальными, экономическими и культурными тенденциями цивилизационного развития. Образование — это не изолированное явление, а неотъемлемая часть глобальных изменений. Наши представления о современном и качественном образовании должны эволюционировать вместе с развитием технологий. Более того, образование не просто реагирует на изменения в обществе, но и активно формирует их, предоставляя инструменты и знания для создания и внедрения новаторских идей. Поэтому развитие образования нельзя рассматривать в отрыве от общественных формаций, т.к. изменяющиеся социально-экономические условия и культурные ценности влияют на представления о целях, задачах и методах обучения.

Взгляд на образование с точки зрения общественных формаций подразумевает анализ образовательных систем и методов в контексте социально-экономических структур и исторических эпох. Например, в феодальном обществе образование часто было привилегией аристократии и связано с религиозным обучением, в то время как промышленная революция и становление капитализма способствовали развитию массового образования, направленного на подготовку квалифицированной рабочей силы. В современном гипериндустриальном мире образование становится более индивидуализированным и демократизированным, с акцентом на критическое мышление и творчество, отражая изменяющиеся экономические, социальные, политические и управленческие закономерности и требования.

Античные философы, такие как Сократ, Платон, Аристотель были не только мыслителями своего времени, но и архитекторами будущего. Сократ с его методом диалога подчеркивал, что истинное понимание возникает из постоянного вопроса и пересмотра убеждений. Это основа для критического мышления, которое жизненно необходимо в нашем быстро меняющемся мире. Платон видел в образовании фундаментальный камень идеального общества, подчеркивая его роль в формировании будущего. Аристотель, с его акцентом на эмпирических знаниях, напоминает нам о значении наблюдений и опыта в науке и технологиях. Мысли античных философов по-прежнему актуальны, заставляя нас не забывать о том, что образование — это не просто процесс обучения, а процесс строительства основ для будущих поколений.

В средневековье образование было преимущественно религиозным, догматичным и схоластическим, с уклоном в изучение религиозной философии. Но с приходом эпохи Ренессанса произошел революционный переход к античным классическим ценностям, вдохновляющим взглянуть по-новому на основы образования. Этот период открыл эру гуманистического образования, акцентировав внимание на уникальности и потенциале каждой личности. Эти идеи актуальны до сих пор, напоминая нам о том, что образование — это не только процесс усвоения знаний, но и стремление к формированию всесторонне развитого человека, способного к самоанализу, самопознанию, раскрытию собственных возможностей и поиску нового.

С XVII века, в эпоху Просвещения, образование постепенно трансформируется в инструмент развития критического мышления и научного познания. Мыслители того времени, такие как Жан-Жак Руссо и Иммануил Кант, открыли новый путь в понимании образования, акцентируя внимание на самостоятельности, свободе и значении образования для личностного роста. В XIX веке начался переход к прогрессивному образованию, где активное участие и опыт стали главенствующими в формировании молодых умов, поэтому образование перестало быть просто передачей знаний, превратившись в процесс социального взаимодействия и активной учебной деятельности. Кстати, эти идеи остаются актуальными и сегодня, т.к. лежат в основе нашего понимания образования как средства раскрытия потенциала каждого человека, а также продолжают формировать современное представление об образовании как о процессе творческого взаимодействия, направленного на стимулирование инновационного мышления и подготовку молодежи к решению сложных задач в постоянно меняющемся мире.

С конца XX века мы стали свидетелями переосмысления философии образования, особенно в контексте равенства, доступности и мультикультурализма. Этот переход был ускорен внедрением таких технологий, как Интернет, онлайн-обучение, мобильные устройства, LMS, виртуальные лаборатории, облачные сервисы, искусственный интеллект, дополненная и расширенная реальность, аналитика, управление на основе данных и т.д., которые кардинально изменили подходы к обучению и воспитанию в цифровую эру. Мы не просто используем технологии как инструменты; мы видим в них возможность для переосмысления того, как мы учим, как учимся и как взаимодействуем в многообразном мире. Кроме того, технологии создают предпосылки для формирования более интегрированного, инклюзивного и мультикультурного образовательного опыта, что делает современное образование многообразнее, а также способствует развитию глобального сознания и подготовке молодежи к жизни и работе в цифровом обществе.

Цифровое общество характеризуется высокой степенью связанности благодаря интернету и мобильным технологиям, которые обеспечивают непрерывный обмен информацией и взаимодействие между людьми, организациями и государствами на глобальном уровне. Сегодня мы наблюдаем доступность огромного объема данных, в также способов их сбора, быстрой доставки и обработки благодаря скачку в развитии вычислительных технологий, технологий производства электроники и телекоммуникационного оборудования, появлению гиперконвергентных систем, а также развитию облачных технологий для удаленного доступа к высокопроизводительным серверам, системам хранения данных высокой емкости и широкому спектру программных сервисов, включая сервисы продвинутой аналитики на основе искусственного интеллекта.

Большие данные и продвинутая аналитика играют важную роль в принятии решений как в бизнесе, так и в государственном управлении, а также в деятельности надгосударственных организаций, таких как ООН, ВОЗ, Всемирный банк и Центробанки.

В бизнесе любого масштаба анализ больших данных помогает компаниям лучше понимать предпочтения и поведение своих клиентов, что позволяет оптимизировать маркетинговые стратегии и улучшать качество обслуживания. Также компании используют большие данные для оптимизации производственных процессов, цепочек поставок и логистики, что способствует снижению затрат и повышению эффективности.

Государственные органы обращаются к большим данным для анализа социальных, экономических и экологических тенденций, что помогает в формировании политик и программ развития, дает возможность улучшать городское планирование, обеспечивать общественную безопасность, повышать качество социальных услуг, решать нетривиальные задачи массового управления и обслуживания.

В надгосударственном управлении — ООН и ее аффилированные структуры используют большие данные для мониторинга и решения глобальных проблем, таких как изменение климата, бедность и гуманитарные кризисы. ВОЗ анализирует данные о здоровье населения, распространении болезней и эффективности медицинских вмешательств для улучшения здравоохранения на глобальном уровне. Всемирный банк опирается на большие данные для анализа экономических тенденций, оценки эффективности проектов развития и поддержки стратегий борьбы с бедностью. Центробанки применяют большие данные для анализа финансовых рынков, мониторинга инфляции и разработки монетарной политики.

Цифровое общество постоянно развивается благодаря инновациям. Технологии, такие как искусственный интеллект, облачные вычисления, блокчейн и Интернет Вещей, вносят изменения в различные области жизни. Социальные медиа и цифровые платформы становятся основными каналами коммуникации, социализации и распространения информации, оказывая значительное влияние на формирование общественного мнения и социальные взаимодействия.

Цифровая трансформация меняет традиционные модели взаимодействия, стимулируя удаленную работу, гибкие графики и цифровые рабочие места, что также ведет к изменениям в экономических структурах, способствуя развитию цифровой экономики, где цифровые технологии влияют на политические процессы и социальные структуры, облегчая массовую коммуникацию, гражданское участие и мобилизацию.

Цифровое просвещение — это не просто обучение использованию технологий; это культивирование новой философии и нового мировоззрения. Мы живем в эпоху, когда технологии становятся инструментом, пространством и канвой для нашего творчества — способом выражения наших глубинных идей и мечтаний. В каждом устройстве, программном коде или цифровой платформе скрыта возможность изменить мир. Цифровое просвещение — это осознание того, что наши пальцы на клавиатуре могут быть такими же мощными, как кисть художника на холсте. Это о том, чтобы видеть в технологиях и потенциал для инноваций, и для создания красоты и гармонии в мире.

По мнению автора, эффективное цифровое просвещение сложно представить без Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которая является образовательной и исследовательской облачной средой, предназначенной для разработки, развертывания и тестирования сложных многокомпонентных информационных систем и приложений, а также для создания моделей цифровых двойников, совершенствования методов и алгоритмов искусственного интеллекта.

Технологическую платформу Виртуальной Компьютерной Лаборатории формируют гипервизоры — специализированное программное обеспечение для запуска множества виртуальных машин на одном физическом сервере. Поскольку каждая виртуальная машина имеет свою операционную систему и приложения, то основная задача гипервизора — виртуализация аппаратного обеспечения, которая дает возможность каждой виртуальной машине использовать вычислительные ресурсы, такие как процессор, память, хранилище данных и сетевые функции. Физические сервера объединяются в кластер и управляются через единый центр управления. При этом всем участникам гарантируется полный набор системных прав/привилегий, которые дают возможность исследовать и экспериментировать без каких-либо ограничений, опираясь на принципы самоорганизации и плюрализма.

Контейнеризация дополняет виртуализацию, предоставляя более легковесный и быстрый вариант развертывания приложений. Контейнеризация — это метод виртуализации на уровне операционной системы, позволяющий запускать приложения и их зависимости в процессах, изолированных друг от друга в контейнерах. В отличие от виртуальных машин, которые полностью эмулируют и/или совместно используют аппаратное обеспечение (оборудование) и требуют отдельной операционной системы для каждой машины, контейнеры делят одну и ту же операционную систему, но обеспечивают строгую изоляцию приложений. Это повышает эффективность использования ресурсов и упрощает развертывание и управление приложениями. Поскольку контейнеры легковесны и запускаются в изолированной среде, это делает их наиболее выгодным вариантом для микросервисной архитектуры, непрерывной интеграции и развертывания (CI/CD), а также для облачных вычислений.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория строится на сочетании технологий виртуализации и контейнеризации, укрепленных такими основополагающими принципами самоорганизации как: открытость, доступность, расширяемость, распределенная ответственность, совместное использование ресурсов, локальные взаимодействия, самоорганизующиеся команды, применение гибких методологий управления (Agile, Scrum, Kanban и др.), прозрачность, самообучение, адаптивность, междисциплинарность, эволюционное развитие. Это позволяет создать специализированную среду для ИТ-образования, исследований и инновационных разработок в области цифровых технологий.

Однако, в представленном толковании Виртуальной Компьютерной Лаборатории кроется лишь верхушка айсберга, учитывая ее сложную и многогранную структуру. Поэтому далее в книге, мы с Вами постараемся расширить и углубить представление о Виртуальной Компьютерной Лаборатории, охватывая различные аспекты с разных точек зрения в контексте исследовательской деятельности и подготовки профессионалов, способных решать актуальные предметные задачи цифровой экономики.

Итак, цифровое просвещение через призму Виртуальной Компьютерной Лаборатории — это не просто следующий шаг в образовании, это революция в способе нашего мышления и взаимодействия с миром. Это означает переход от пассивного усвоения знаний к их активному применению, где каждый учащийся становится исследователем, открывающим новые горизонты. Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает широчайшие возможности для экспериментов, помогает учащимся воплощать свои идеи в цифровом пространстве, независимо от местоположения, времени и других ограничений. По сути это демократизация ИТ-образования, где каждый имеет равный доступ к передовым технологиям, что делает цифровое просвещение не просто обучением, а процессом новых открытий, где учеба переплетается с инновациями, вдохновляя на создание лучшего мира, а истинное мастерство педагога заключается в умении гармонично сочетать различные подходы, адаптируя их к индивидуальным потребностям каждого ученика.

Однако, размышляя о развитии и философии образования, мы не можем ограничиваться узким взглядом. Наравне с рассмотренным выше формационным подходом, необходимо рассмотреть и другие ключевые подходы, такие как перенниализм, эссенциализм, позитивизм и прогрессивизм, каждый из которых вносит свой уникальный вклад в педагогический процесс. При этом ни один из них, сам по себе, не является догмой.

Таблица 1. Особенности перенниализма, эссенциализма,

позитивизма и прогрессивизма в современном ИТ-образовании

Мир ИТ-образования непрерывно эволюционирует, отражая тенденции и изменения в широком контексте методов и технологий. Перенниализм напоминает нам о ценности вечных истин в мире, где технологии стремительно меняются. Эссенциализм акцентирует внимание на фундаментальных знаниях, умениях и навыках, необходимых для понимания и использования новых методов и технологий. Позитивизм подчеркивает значимость научного подхода и получаемых через наблюдения и/или эксперименты эмпирических данных для разработки и непосредственного применения новых образовательных технологий. Прогрессивизм открывает двери к инновациям и адаптивному обучению, призывая к гибкости и готовности к изменениям, которые неизбежны в технологически насыщенном мире.

Очевидно, что в основе концепции Виртуальной Компьютерной Лаборатории должен лежать синтез всех рассмотренных фундаментальных философских подходов, таких как перенниализм, эссенциализм, позитивизм и прогрессивизм, с учетом особенностей которых формируется облик образовательной среды нового поколения. Объединение этих философских подходов в рамках Виртуальной Компьютерной Лаборатории создает уникальную среду, где традиции сочетаются с инновациями, а фундаментальные знания интегрируются с передовыми практиками. Таким образом, синтез этих философских подходов обогащает ИТ-образование, делая его более глубоким, устойчивым и подготовленным к будущему, где технологии будут продолжать изменять наш мир в непредсказуемых направлениях.

При этом Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это не просто еще одна образовательная среда, похожая на систему дистанционного обучения, а инновационный мир, где принципы самоорганизации воплощаются в реальность, а студенты становятся не только участниками учебного процесса, но и активными создателями своего образовательного пути. Они учатся взаимодействовать и работать в команде, генерировать творческие идеи, реализовывать проекты, проводить эксперименты, выполнять критический анализ с учетом этики и лучших традиций гуманизма, что позволяет образовательным учреждениям поддерживать высокий уровень качества обучения и получать образовательные результаты, которые востребованы и необходимы для устойчивого развития цифрового общества.

Также не следует рассматривать Виртуальную Компьютерную Лабораторию исключительно как технологическую платформу в виде массива серверов с установленным программным обеспечением. Это контролируемое виртуальное пространство на основе облачных технологий, где студенты могут получать и апробировать теоретические знания как самостоятельно, так и в команде, а также приобретать ценные практические навыки, что является ключом к успеху и подобающему социальному положению в новой реальности.

В современном ИТ-образовании необходимо формировать экосистемное мышление, которое включает в себя интеграцию ключевых предметных областей ИТ и поддержку широкой междисциплинарности, чтобы готовить студентов к эффективной работе с цифровыми технологиями и созданию инновационных решений в сложной и постоянно меняющейся технологической среде. Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это квантовый скачок в образовании, где классика и новаторство существуют в суперпозиции, создавая новый, целостный опыт.

Философия Виртуальной Компьютерной Лаборатории

В эру цифровой трансформации Виртуальная Компьютерная Лаборатория выступает не просто как инновационный инструмент, но и как стратегическая платформа, которая кардинально меняет подход к ИТ-образованию. Она представляет собой интеграцию системной инженерии, этики, науки и технологий, создавая новый ландшафт для активного, практического и динамичного обучения.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория олицетворяет переосмысление учебного процесса, где теоретические знания гармонично объединяются с практическими навыками в реальной, интерактивной и гибкой среде. Виртуальная Компьютерная Лаборатория предлагает новый способ обучения, где активное участие и практический опыт становятся ключевыми элементами учебного процесса.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория открывает новые горизонты возможностей для студентов и исследователей, предоставляя им инструменты для глубокого погружения в мир цифровых технологий, а также делает учебный процесс более интуитивным, интерактивным и насыщенным, давая возможность не только учиться, но и экспериментировать, исследовать и создавать. Это формирует открытую образовательную среду [2], в которой обучение перестает быть пассивным процессом и превращается в активное путешествие по изучению и применению современных технологий.

В Виртуальной Компьютерной Лаборатории студенты могут свободно исследовать, экспериментировать, опробовать новые методики, развертывать и настраивать сложные программно-технологические решения, разрабатывать мультиплатформенные информационные системы, что способствует формированию глубоких знаний и практических навыков, которые востребованы на рынке труда.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория обеспечивает доступность передовых технологий и специализированного ИТ-образования. Независимо от местоположения или финансового обеспечения, студенты получают возможность учиться и развиваться, применяя самое современное программное обеспечение в рамках актуальных практических сценариев и/или реальных проектов. С помощью Виртуальной Компьютерной Лаборатории каждый студент может стать агентом изменений, способным влиять на будущее технологий и науки.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория отвечает на вызовы современного ИТ-образования, где требуется быстрая адаптация к постоянно меняющимся технологиям, рыночным и общественно-политическим условиям. Она предлагает уникальное сочетание теоретического обучения и практического применения самых современных технологий, помогая сформировать комплексный набор знаний, умений и навыков, которые необходимы для успешной карьеры в цифровом технологическом укладе, а также стимулирует развитие аналитических способностей и инновационного подхода к решению проблем. Студенты могут продуктивно учиться, экспериментировать, создавать и тестировать свои идеи в реальных условиях, преодолевая географические и финансовые ограничения. Такое обучение является одновременно глубоким, инновационным и непрерывно адаптируемым, а Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает студентам возможность учиться в гармонии с технологическим прогрессом, обеспечивая их программно-инструментальными средствами и фундаментальными знаниями для того, чтобы быть в авангарде на переднем крае технологических инноваций и цифрового развития.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует обучение; вдохновляет на поиск новых идей, поддерживает экспериментирование и творческий подход к решению проблем; она инспирирует и воспитывает поколение новаторов и предпринимателей. В Виртуальной Компьютерной Лаборатории принципы открытости, коллаборации и свободного доступа к информации становятся катализаторами для инноваций и предпринимательского духа. Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это не просто лаборатория, это инкубатор идей, где студенты могут не только погружаться в мир существующих технологий, но и выходить за его пределы, экспериментируя, создавать и реализовывать свои собственные проекты; это место, где будущие профессионалы могут применять свои знания в реальных проектах, тем самым закладывая фундамент для карьеры в быстро меняющемся и требовательном цифровом гипериндустриальном мире.

В образовательной среде Виртуальной Компьютерной Лаборатории каждый студент может стать частью глобального сообщества инноваторов и творцов. Это пространство, где они могут делиться идеями, вдохновляться и сотрудничать с единомышленниками из разных уголков мира. Виртуальная Компьютерная Лаборатория выходит за рамки традиционного образования, создавая экосистему инженерно-технического творчества, в которой каждый может не только научиться новому, но и внести свой вклад в развитие технологий и науки.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это квинтэссенция фрактальности и динамичности цифрового общества, где каждый компонент образовательного процесса взаимосвязан, взаимодополняем и в чем-то взаимоподобен. Виртуальная Компьютерная Лаборатория является целостной и самодостаточной образовательной средой, которая способна адаптироваться к индивидуальным потребностям и уровню знаний каждого студента.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория является зеркалом эволюции современного труда, отражая переход от устаревших, жестких моделей к более адаптивным и автономным формам профессиональной деятельности. В этой динамичной цифровой среде студенты и исследователи получают возможность осваивать новые подходы к труду и исследованиям на основе самоорганизации и плюрализма, что открывает двери к неограниченным возможностям для образования, исследований, инноваций и творчества.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория представляет собой отражение изменений в субъектности труда в эру цифрового технологического уклада. Это пространство, где проектно-ориентированный и автономный характер работы находит свое применение в образовательной сфере. Студенты здесь не просто учатся — они являются активными участниками своего образовательного пути, разрабатывают и реализуют проекты, которые отражают их интересы и амбиции.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это не только инструмент для настоящего, но и визионерский проект для будущего, где каждый студент, вооруженный знаниями и навыками, готов стать архитектором своей профессиональной карьеры в мире, в котором границы между традиционным и цифровым постоянно стираются. Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет ключ к пониманию и формированию будущего информационных технологий, где инновации, гибкость и креативность становятся определяющими факторами успеха.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория воплощает гармоничное слияние эффективного использования ресурсов и минимизации экологического воздействия с неукоснительным следованием высоким этическим стандартам. Совместное использование ресурсов, энергоэффективность, применение нетрадиционных источников электропитания дают возможность наглядно продемонстрировать студентам, что инновации и прогресс не должны идти в ущерб окружающей среде или этическим принципам. Сознательный выбор энергоэффективного оборудования, экологичных материалов, а также методов и технологий, прямо или косвенно уменьшающих негативное экологическое влияние позволяет совмещать технологические достижения с глубокой заботой о планете и ее будущем. Таким образом, Виртуальная Компьютерная Лаборатория становится примером того, как образовательные учреждения и исследовательские центры могут способствовать созданию более устойчивого и этичного мира.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория — это символ цифровой трансформации, представляющий собой микрокосм того, как образование и инновации связаны воедино, помогая формировать новое поколение профессионалов, готовых к вызовам будущего и желающих внести свой вклад в развитие технологий и общества. Это мост между настоящим и будущим, где каждый студент может стать архитектором нового мира [3—32].

При этом философия Виртуальной Компьютерной Лаборатории заключается в формировании и передаче практических компетенций и навыков, в создании условий для их постоянного обновления и адаптации к текущим реалиям. Это философия, которая ставит во главу угла не только знания, но и умение применять их на практике, не только технологии, но и человека, который ими пользуется. Это философия, которая верит в то, что будущее — за теми, кто готов учиться, творить и изменять мир к лучшему. Виртуальная Компьютерная Лаборатория служит инструментом и катализатором постоянного самообразования и непрерывного профессионального развития.

Комбинированная идеология Виртуальной Компьютерной Лаборатории

Идеология — это система идей, ценностей, убеждений и взглядов, которая формирует базу для экономических, политических, образовательных, социальных, культурных теорий и практик. Она влияет на способы, которыми люди воспринимают мир вокруг себя и направляет их действия в соответствии с определенным набором принципов и целей.

Политические идеологии определяют представления о наилучшем устройстве общества и государства, роли индивидов в обществе и методах достижения социальной справедливости. Экономические идеологии описывают подходы к экономической организации общества, роли рынка и государства в экономике, а также способы распределения ресурсов. Социальные и культурные идеологии охватывают взгляды на социальные отношения, гендер, расу, национальность и культурные ценности. Религиозные идеологии основаны на духовных убеждениях и представлениях о божественном, морали и этике.

Образовательные идеологии состоят из совокупности идей, ценностей, убеждений и предположений о целях, содержании, методах и структуре образования. Они формируют подходы к обучению и воспитанию, определяя, что считается знанием, как оно должно передаваться и оцениваться, а также какова роль преподавателей и учащихся в образовательном процессе. Образовательные идеологии могут быть основаны на различных философских, социальных, экономических и политических взглядах, отражающих широкий спектр мнений о том, как лучше всего организовать учебный процесс.

Поскольку в концепции автора Виртуальная Компьютерная Лаборатория является неотъемлемой частью современного ИТ-образования и охватывает обучение в области информационных технологий, компьютерных наук, аналитики больших данных и искусственного интеллекта, то может быть рассмотрена через призму различных образовательных идеологий.

В своей преподавательской деятельности автор стремится к созданию и совершенствованию образовательной среды, которая способствует развитию, обучению и воспитанию всесторонне развитых личностей в сфере цифровых технологий, способных вносить вклад в общество и реализовывать свой потенциал. Поэтому идеология ИТ-образования в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, является основой идеологии самой лаборатории и опирается на комплементарную комбинацию четырех образовательных идеологий — «академическое наследие», «эффективность для общества», «учащийся в центре всего», «социальная перестройка» [33,34] для того, чтобы создать вовлекающее и практически-значимое обучение, ориентированное на результат, на человека и отвечающее на разнообразные потребности учащихся, общества и цифровой экономики в целом.

Академическое наследие

«Академическое наследие» подчеркивает значимость передачи научного и культурного наследия. Обучение в рамках этой идеологии фокусируется на фундаментальных знаниях и умениях, при этом преподаватели выступают как эксперты, проводники или даже амбассадоры. Целью академического развития является формирование интеллектуальных способностей учащихся и подготовка их к самостоятельному продолжению образования.

Необходимо сохранять традиционные академические ценности, а также стремиться к передаче и развитию фундаментальных научных знаний через поколения, создавая научные школы.

Систематизированные фундаментальные знания формируют предметную область, определяют понятия и наиболее значимые аспекты, которые описывают сущности, их свойства и различные связи между ними.

В отличии от конкретных знаний, которые нужны здесь и сейчас для удовлетворения текущих потребностей, например в рамках технократического подхода, направленного на получение «клиповых» и/или «кусочных» компетенций для быстрого вывода определенного продукта на рынок и получения прибыли, фундаментальные знания представляют собой критически важную основу для глубокого понимания предмета и дальнейшего обучения. Кроме того они необходимы для развития способностей к аналитическому мышлению, критической оценке информации и принятию обоснованных решений.

Инновации рождаются не благодаря хакатонам или олимпиадам, а в силу междисциплинарного подхода и глубокого понимания нескольких предметных областей, где фундаментом являются концепции, теории, методологии, методы, алгоритмы и уже потом технологии. Принципиальное преимущество академического наследия состоит в том, что оно формирует основу для развития критического мышления, аналитических навыков и способностей к научному исследованию. Очень важен не сиюминутный результат, а глубокие и всесторонние знания, а также обеспечение преемственности в обучении следующих поколений специалистов.

Концепции — это фундаментальные идеи, представления и категории, которые используются для описания сложных систем и интерпретации явлений. Они формируют базовый язык предметной области, позволяют эффективно общаться и обмениваться знаниями, а также лежат в основе теоретических построений и практических подходов, определяющих рамки, внутри которых происходит понимание и интерпретация информации, формируются знания и применяются на практике.

Также нужно уделять должное внимание теориям, т.к. они представляют собой систематизированные наборы идей и утверждений; служат основой для разработки новых исследований и экспериментов; помогают строить прогнозы, разрабатывать новые гипотезы и понимать сложные взаимосвязи.

Методология, в авторском видении — это система принципов и процедур, используемых для проведения исследований и анализа. Методология определяет подходы к сбору данных, их интерпретации и проверке гипотез, а также помогает устанавливать стандарты научной работы.

Методы — это уже конкретные техники и/или процедуры, применяемые для сбора и анализа данных; упорядоченные способы выполнения действий или процедур для достижения целей и/или решения поставленных задач. Методы, как правило, реализуются набором алгоритмов, которые являются определенными последовательностями инструкций или шагов для выполнения задачи или решения проблемы.

Технологии являются практическим применением научных знаний. Их также можно отнести к фундаментальным знаниям, поскольку они эволюционируют на основе теоретических принципов и методов, обеспечивая прогресс и развитие.

Эффективность для общества

«Эффективность для общества» является идеологией, которая ориентирована на подготовку учащихся к продуктивной деятельности в обществе и экономике. Образовательный процесс в рамках данной идеологии направлен на развитие конкретных навыков и компетенций, которые востребованы на рынке труда. Цель состоит в том, чтобы сделать обучение максимально практичным и применимым в реальной жизни.

При этом эффективность для общества должна строго сочетаться с академическим наследием, несмотря на потенциально более длительный срок обучения и сложности, связанные с подготовкой преемников в области науки и образования.

Если мы хотим сохранить качественное образование с элементами науки и научные школы для передачи накопленных знаний потомкам, необходимо отказаться от массовой коммерсализации результатов научной деятельности силами преподавателей и ученых в формате «любой ценой». Нельзя делать ставку на коммерсализацию главным приоритетом науки и образования.

К сожалению, в большинстве случаев ресурсные возможности коллективов из преподавателей и ученых, даже с привлечением наиболее продвинутых студентов не соответствуют масштабам коммерческих проектов под эгидой науки и как следствие такие проекты чаще всего остаются или на бумаге, или в сырой реализации на уровне прототипов, где альтернативной стоимостью является нехватка времени у преподавателей для качественной подготовки к занятиям, проведения новых исследований и актуализации профессиональной экспертизы, а также внеаудиторного взаимодействия с учащимися и консультаций.

Конечно же важно, когда преподаватель или ученый принимает участие в коммерсализации результатов своей научной деятельности, но в качестве научного консультанта или приглашенного эксперта, а не как менеджер, архитектор, аналитик, инженер, системный администратор, программист, тестировщик, маркетолог, продакт-менеджер и специалист технической поддержки в одном лице, где помимо научной и преподавательской деятельности требуется организовать разработку, сбыт, продвижение и техническую поддержку продукта на рынке.

В противовес этому, автор сконцентрировал свои усилия исключительно на совершенствовании учебного процесса. При создании Виртуальной Компьютерной Лаборатории он стремился к тому, чтобы образовательная организация готовила людей не только к успешной карьере, но и к должному вкладу в социальное и экономическое благополучие общества, при этом подчеркивая необходимость развития конкретных знаний, умений и навыков, необходимых на рынке труда, не забывая о фундаментальной подготовке выпускников, благодаря которой они могут быстро адаптироваться и войти в курс дела в рамках краткосрочного специализированного корпоративного обучения, с учетом всех нюансов и особенностей инструментов и технологий, используемых в компании-работодателе. Также автор придает важное значение сочетанию теоретических знаний с практическими навыками посредством Виртуальной Компьютерной Лаборатории, стажировок, практикумов, мастер-классов и проектной деятельности.

Цель современного образования — не только подготовка квалифицированных профессионалов, но и предоставление молодежи возможностей для социального роста и участия в общественной жизни, чтобы способствовать снижению социального неравенства, личностному росту, самореализации и улучшению качества жизни, акцентируя внимание на гармоничном и всестороннем развитии личности — интеллектуальном, эмоциональном, социальном и физическом.

Также нельзя забывать, что подобно тому, как дерево не может расти без корней, так и общество не может процветать без фундаментальной науки. Коммерциализация знаний важна, но она не должна затмевать собой истинную цель образования — взращивание пытливых умов, способных не только адаптироваться к существующей реальности, но и изменять ее к лучшему.

Учащийся в центре всего

«Учащийся в центре всего» является идеологией, которая ставит в центр внимания интересы, потребности и возможности каждого студента. При этом обучение строится вокруг индивидуального опыта, развития личности и помощи в самовыражении и повышении самооценки, где преподаватели выступают в роли наставников, помогая учащимся исследовать мир и формировать знания на основе личного опыта.

В отличие от традиционного обучения, в котором акцент делается на массовую передачу знаний от преподавателя к студентам (для всего потока, группы или класса), ориентация на каждого учащегося подразумевает индивидуальный подход, активное вовлечение в учебный процесс и глубокое взаимодействие.

Стимулирование активного участия студентов в учебном процессе с помощью Виртуальной Компьютерной Лаборатории, творческой деятельности, проектной работы и исследований способствует более глубокому усвоению материала.

Анализ персональных особенностей и личностных качеств учащихся, их интересов и уровня знаний помогает определить наиболее подходящие методы и темпы обучения. Побуждение учащихся к самоанализу и самооценке своих достижений усиливает развитие самосознания и ответственности за собственный учебный процесс.

Формирование навыков командной работы и коллаборации в Виртуальной Компьютерной Лаборатории через групповые проекты и исследования делает возможным развитие социальных навыков и умения работать в команде. Интеграция обучения с реальной жизнью и практикой, включая проекты, связанные с актуальными проблемами и ситуациями делает образование более значимым и применимым.

Социальная перестройка

«Социальная перестройка» на первый взгляд кажется достаточно размытой идеологией. Тем не менее ее можно рассматривать как инструмент социальных изменений и улучшений. Для этого необходимо акцентировать внимание учащихся не только на понимании социальных проблем, но и формировать у них соответствующую профессиональную экспертизу для продуктивного участия в решении этих проблем.

Чтобы учащиеся понимали собственную социальную ответственность и проявляли готовность действовать ради социальной справедливости и равенства, необходимо развивать у них способности к критическому анализу общественных, политических и экономических систем, а также выявлению источников социальных проблем и неравенства.

Поощрение активного гражданского участия студентов в общественной жизни, общественных дискуссиях, волонтерстве, фестивалях и социальных движениях очень важно. Тем не мнее, в случае необходимости, например, в условиях пандемий или вынужденной деденсификации, Виртуальная Компьютерная Лаборатория становится местом для проявления социального взаимодействия благодаря совместной деятельности в виртуальной среде с полными (администраторскими) правами для каждого участника, т.к. принципы самоорганизации и плюрализма апеллируют к лучшим личностным качествам индивида.

Кроме того, в рамках магистерских и/или кандидатских исследований можно использовать общественно-значимые проекты для обучения практическим навыкам решения проблем и внедрения социальных изменений.

Например, проекты учащихся, ориентированные на развитие возможностей Виртуальной Компьютерной Лаборатории, можно отнести не только к образовательным и/или научным, но и к социально-значимым, поскольку улучшения затрагивают достаточно большое число участников, а также воспитывают высокие моральные ценности, такие как честность, справедливость, уважение к разнообразию и ответственность.

Социальная перестройка в образовании является мощным инструментом для создания более справедливого и гуманного общества, подчеркивая существенное влияние образовательных учреждений и Виртуальной Компьютерной Лаборатории на подготовку социально-ответственных, информированных и активных граждан, способных инициировать и поддерживать положительные социальные изменения.

Современное ИТ-образование подразумевает успехи и достижения не только как внешние показатели, но и как внутреннее состояние удовлетворенности, благополучия и радости от жизни. В такой образовательной парадигме нужно создавать условия, при которых каждый учащийся может раскрыть свой потенциал и найти свой путь к счастью. На текущем уровне развития технологий это стало возможным благодаря успешному внедрению Виртуальной Компьютерной Лаборатории, на основе принципов самоорганизации и плюрализма.

Методическое проектирование учебного процесса в Виртуальной Компьютерной Лаборатории: таксономия и оценка образовательных результатов

Идея результата — это ключевой аспект достижения успеха в любой области, олицетворяющий конечную цель, которую мы стремимся достичь. Ориентация на результат в Виртуальной Компьютерной Лаборатории подразумевает сосредоточенность образовательного процесса на конкретных, измеримых и значимых исходах обучения, способствующих как профессиональному, так и личностному развитию учащихся.

Ориентация на результат помогает структурировать обучение таким образом, чтобы оно было максимально адаптировано к потребностям и интересам учащихся, а также к требованиям рынка труда.

Четкое видение конечной цели¹ обучения поддерживает мотивацию и помогает сосредоточиться на достижении конкретных результатов, позволяет учащимся оставаться мотивированными и сосредоточенными на своих образовательных задачах в рамках целеполагания, отсеивать несущественные детали и фокусироваться на том, что действительно важно.

Достаточно часто идея результата помогает работать более продуктивно и достигать большего за меньшее время, а также служит отличным ориентиром при принятии решений, позволяя выбирать те варианты, которые приближают к заданным целям, а в случае необходимости вносить корректировки в план действий.

Идея результата в Виртуальной Компьютерной Лаборатории сосредоточена на создании среды, которая дает возможность студентам получать практический опыт через глубокое погружение в мир цифровых технологий благодаря возможности самостоятельно развертывать сложные программно-технологические решения, реализовывать проекты и коммерциализировать их результаты, а также проводить эксперименты, что позволяет применять теоретические знания в реальных задачах, а также способствует более осознанному освоению материала и развитию умений и навыков, востребованных на рынке труда.

Кроме этого, Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует развитие не только технических, но и мягких/гибких навыков (Soft Skills), таких как командная работа, управление проектами, решение проблем и критическое мышление, что достигается через совместную работу в командах, выполнение совместных проектов и решение актуальных прикладных задач. При этом Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность для самооценки и рефлексии над собственной работой, помогает развивать метакогнитивные навыки, такие как самосознание, целеполагание, планирование, мониторинг, саморегуляция и самопонимание, что критически важно для непрерывного обучения и профессионального роста.

Работа в Виртуальной Компьютерной Лаборатории поддерживает концепцию непрерывного обучения и адаптации к меняющимся технологиям и требованиям рынка, помогая учащимся адаптироваться к реальным рабочим средам, т.к. они используют инструменты и технологии, которые активно применяются в индустрии, что делает переход от учебы к профессиональной деятельности более гладким и менее стрессовым.

Для лучшей классификации целей обучения и оценки когнитивных навыков можно воспользоваться таксономией Блума [37—40] или таксономией Марцано [41—44], которые являются признанными и широко используемыми системами классификации образовательных целей при разработке образовательных программ. Обе таксономии предназначены для структурирования и оценки образовательных результатов, но они отличаются по подходам и акцентам.

Таксономия Блума, разработанная Бенджамином Блумом (Benjamin Bloom) в 1956 году, представляет собой иерархическую модель, которая разделяет образовательные цели на шесть уровней когнитивных навыков: запоминание, понимание, применение, анализ, синтез, оценка. Эти уровни позволяют преподавателю сфокусироваться на структуре учебного курса. При этом преподавателю необходимо точно определить что должны знать учащиеся, какую информацию они должны запоминать и воспроизводить, а также факты, термины и определения, которые важно узнавать и вспоминать. Кроме того, учащиеся должны не только запоминать информацию, но и понимать ее смысл, а также уметь интерпретировать, объяснять своими словами и приводить примеры. Это необходимо для того, чтобы они уверенно применяли полученные знания в новых ситуациях и могли успешно решать актуальные предметные задачи, принимать решения и использовать усвоенную информацию для выполнения различных действий. Очевидно, что решение сложных предметных задач и создание масштабных программно-технологических решений требует умения анализировать информацию и разбивать ее на составляющие для выявления взаимосвязей между различными элементами, определения причин и следствий, а также оценивать достоверность информации. Очень важно, чтобы учащиеся могли делать выводы, сравнивать и противопоставлять различные идеи, формулировать аргументы и принимать обоснованные решения. Для развития технологически развитой экономики необходимо формировать из учащихся не потребителей, а созидателей, способных синтезировать сложные системы, создавать новые знания, продукты и технические решения на основе имеющихся знаний, а также генерировать идеи, разрабатывать планы и создавать оригинальные работы.

Через призму личного преподавательского и методического опыта автор рассматривает таксономию Блума как модель когнитивных навыков высокого уровня, исходя из того, что когнитивные навыки — это умственные способности, которые человек использует для восприятия, усвоения, обработки и применения информации. Эти навыки являются фундаментом для обучения, понимания и взаимодействия с окружающим миром и конечно же включают широкий спектр умственных процессов, начиная от базового запоминания фактов до сложного анализа и решения проблем.

Тем не менее, по мнению автора, реализация таксономии Блума на практике невозможна без когнитивных навыков более низкого уровня, таких как восприятие, внимание, память, мышление, языковые навыки, навыки решения проблем и принятия решений. Вряд ли возможно продуктивно учиться без способности фокусировать сознание на определенном объекте, процессе или явлении, игнорируя другие, мешающие факторы; без способности запоминать, хранить и воспроизводить информацию; без способности идентифицировать проблемы, генерировать возможные решения, а затем выбирать и реализовывать наиболее эффективное из них, где принятие решений включает в себя выбор между различными вариантами действий на основе анализа их потенциальных последствий, для чего необходимо логическое мышление для формирования последовательных выводов, критическое мышление для анализа и оценки информации и формирования обоснованных суждений, а также творческое мышление для генерации новых идей и решений.

Таксономия Марцано, разработанная Робертом Марцано (Robert Marzano) предлагает несколько большую детализацию когнитивных навыков таксономии Блума и расширяет иерархическую модель двумя дополнительными уровнями: метакогнитивным и аффективным — «я-система». Действительно, такие метакогнитивные навыки, как самосознание, целеполагание, планирование, мониторинг, саморегуляция и самопонимание играют важную роль в учебном процессе, но для этого крайне необходима мотивация, которая во многом опирается на аффективную составляющую, связанную с эмоциями, чувствами и настроением, т.к. аффективность охватывает широкий спектр внутреннего опыта человека — от реакций и чувств до эмоциональных состояний, которые могут влиять на поведение и принятие решений. Аффективные цели в образовании могут включать развитие интереса и положительного отношения к учебе, воспитание ценностей, таких как справедливость, уважение и ответственность, а также стимулирование желания продолжать обучение и саморазвитие.

Если рассматривать таксономию Марцано применительно к ИТ-образованию, то ее первый уровень посвящен воспроизведению знаний, которое включает узнавание базовых терминов и концепций, вспоминание информации о методах и алгоритмах, а также повторение стандартных ИТ-процедур. На этом этапе студенты могут не полностью понимать структуру знаний, но уже могут выполнять несложные технические действия. Второй уровень связан с пониманием и интеграцией знаний, где учащиеся идентифицируют базовые структуры и составляющие ИТ-знаний, визуализируют концепции и демонстрируют их через различные формы, включая развертывание средств и сред моделирования, а также необходимого программного обеспечения в Виртуальной Компьютерной Лаборатории. На третьем уровне, который называется анализ, студенты развивают способности к классификации, выявлению ошибок и созданию обобщений на основе анализа данных, тестирования и обзоров возможностей программно-технологических решений. Они изучают сходства и различия между компонентами информационных систем, что способствует более глубокому пониманию материала. Четвертый уровень — использование знаний, направлен на применение полученных знаний для решения конкретных предметных задач. Учащиеся используют современные цифровые технологии для решения проблем, принятия решений, экспериментирования и проведения исследований. Виртуальная Компьютерная Лаборатория здесь выступает в качестве платформы для практического применения и тестирования ИТ-гипотез. На пятом, метакогнитивном уровне, учащиеся должны уметь самостоятельно формулировать образовательные цели, планировать шаги для их достижения, а также отслеживать и оценивать ясность и точность понимания материала, что включает в себя самоконтроль за процессом освоения новых ИТ-инструментов и технологий, позволяя учащимся более эффективно управлять своим образовательным процессом. На шестом уровне — «я-система», студенты должны осознавать значимость приобретаемых знаний для своей профессиональной деятельности и личностного развития в сфере цифровых технологий. Они также должны оценивать свои компетенции, выявляя возможные препятствия и определяя способы улучшения профессиональных умений и навыков через выполнение практических заданий в Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Эмоциональные реакции на изучаемый материал и анализ личной мотивации для дальнейшего обучения также являются частью этого уровня. Таким образом, структурированный подход к ИТ-образованию с использованием Виртуальной Компьютерной Лаборатории позволяет студентам не только приобретать знания, но и развивать навыки их применения, анализа, понимания и воспроизведения в реальных и контролируемых условиях.

Тем не менее мы можем наблюдать несоответствие между таксономиями образовательных результатов и обобщенными трудовыми функциями из профессиональных образовательных стандартов, например от Ассоциации предприятий компьютерных и информационных технологий (АПКИТ) [45]. Дело в том, что таксономии Блума и Марцано фокусируются на классификации и структурировании образовательных целей преимущественно с точки зрения когнитивного развития, в то время как профессиональные стандарты ориентированы на конкретные навыки и компетенции, требуют однозначного набора специфических технических и практических умений, которые необходимы для выполнения определенных видов деятельности на рабочем месте.

В сфере ИТ-образования Виртуальная Компьютерная Лаборатория комплементарно дополняет таксономии образовательных результатов и обобщенные трудовые функции, т.к. является местом, где теоретические знания и практические навыки встречаются, создавая уникальную открытую образовательную среду, ускоряющую всестороннее развитие учащихся.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность студентам применять теоретические знания на практике, что помогает углубить и закрепить понимание учебного материала. Это особенно важно для ИТ-образования, где практические навыки в программировании, настройке информационных систем и управлении базами данных являются фундаментальными и критическими.

Развертывание сложных информационных систем, решение реальных технических задач и работа над проектами в Виртуальной Компьютерной Лаборатории стимулируют аналитическое мышление и способности к решению проблем, которые являются когнитивными процессами, напрямую связанными с такими уровнями рассмотренных выше таксономий Блума и Марцано, как анализ, синтез и оценка. Кроме того, Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет студентам возможность работать в условиях, максимально приближенных к реальным рабочим ситуациям, что помогает адаптировать образовательные результаты к требованиям рынка труда, а также способствует культуре непрерывного обучения, позволяя студентам экспериментировать и изучать новые технологии и подходы в безопасной среде, что укрепляет их способность к самообучению и адаптации, которые необходимы в постоянно меняющемся цифровом мире.

Таким образом, Виртуальная Компьютерная Лаборатория является не просто учебным пространством, но и важным компонентом современного образовательного процесса, который связывает теоретическую подготовку со специфическими профессиональными требованиями и поддерживает развитие комплексных компетенций у будущих специалистов в сфере цифровых технологий.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория представляет собой инновационный образовательный инструмент и образно говоря, выступает в виде маяка возможностей для каждого студента, желающего овладеть миром цифровых технологий. Она стирает границы между теорией и практикой, между учебниками и реальными проектами, предоставляя безграничное поле для исследований, творчества и профессионального самовыражения. Это открытое облачное пространство, где будущие профессионалы учатся применять знания на практике, учатся мыслить, анализировать и создавать новое, становясь не просто исполнителями, а настоящими инноваторами.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает учащимся возможности для исследований и инноваций, но возникает вопрос как оценить результаты обучения. В современном ИТ-образовании эта оценка трансформируется из простого измерения знаний с помощью традиционных оценочных средств, таких как тесты² или типовые задачи в качественный анализ результативности обучения. Поскольку Виртуальная Компьютерная Лаборатория делает акцент на практическом применении знаний, то желательно привлекать ведущих отраслевых экспертов, которые могут адекватно оценить реальные компетенции учащихся и текущую отраслевую актуальность их знаний, умений и навыков, например, в области архитектурного проектирования сложных программно-технологических решений и/или разработки информационных систем, что дает учащимся возможность лучше узнать свои сильные стороны и более точно определить области для дальнейшего профессионального роста.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория позволяет учащимся сформировать профессиональное портфолио, которое может включать развернутые, настроенные и функционирующие программно-технологические решения, разработанные информационные системы, отчеты о проделанной работе и презентации. В условиях увеличения сложности технологий важен не формальный подход к оценке конкретных и порой достаточно узких остаточных знаний, а оценка правильности и логичности выбранных методов и алгоритмов, соответствие предложенного решения поставленным задачам, использование современных технологий и методологий, а также потенциальная применимость разработки. При этом необходимо обеспечить демократичные, комфортные и уютные условия для того, чтобы Виртуальная Компьютерная Лаборатория воодушевляла учащихся на более глубокое погружение в учебный процесс, мотивировала на самоулучшение и помогала развивать критическое мышление, навыки рефлексии, умение работать в команде.

В Виртуальной Компьютерной Лаборатории центральное место занимает качественная, а не количественная оценка результатов работы студентов. Ранее уже было упомянуто о важности создания портфолио, включающего все проекты, разработанные студентом в рамках учебной и исследовательской деятельности. Портфолио позволяет оценить не только итоговые артефакты, но и умение студента решать комплексные задачи, его креативность и способность к инновациям. Оценка такого портфолио включает в себя анализ технической сложности проектов, инновационности решений, возможностей для адаптации и интеграции, а также использование новых технологий.

Также полезно разработать специализированные рубрики для оценки проектов по нескольким критериям, таким как качество кода, функциональность, удобство пользовательского интерфейса, соответствие техническому заданию, наличие возможностей интеграции и др. Эти рубрики помогают структурировать оценку и сделать ее максимально объективной.

Публичное представление проектов можно организовывать в рамках открытых сессий, научных семинаров или семинаров НИР, на которых студенты представляют свои проекты перед аудиторией, включая преподавателей и внешних экспертов. Во время таких презентаций оценивается не только сам проект, но и способность студента аргументировано и четко излагать свои идеи, а также отвечать на критические вопросы.

Вовлечение реальных пользователей и/или заинтересованных сторон в процесс тестирования разработанных систем дает возможность получить независимую оценку их функциональности и удобства использования, а применение средств непрерывной интеграции (CI/CD) и автоматизированного тестирования позволяет оценивать качество кода и стабильность программных продуктов на регулярной основе, что особенно важно когда учащиеся изучают языки программирования и осваивают возможности актуальных фреймворков в рамках реализации новых модулей и компонентов для проектов образовательного учреждения и/или индустриальных партнеров. Также, по возможности, необходимо прилагать максимум усилий для того, чтобы мотивировать и побуждать студентов к самооценке и написанию рефлексивных отчетов после завершения каждого проекта, что помогает развивать метакогнитивные навыки и способствует глубокому осмыслению собственных достижений и ошибок. Важно, чтобы система оценки образовательных результатов стимулировала студентов к непрерывному профессиональному и личностному росту, подготавливая их к успешной карьере в динамично меняющемся мире цифровых технологий.

Опираясь на личный опыт хочется отметить, что Виртуальная Компьютерная Лаборатория и гибкий подход к оценке результатов обучения позволяют поддерживать высокие стандарты качества обучения за счет адаптации образовательных программ под актуальные требования рынка труда и личностные потребности учащихся.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория открывает двери в будущее, где каждый студент может стать создателем следующего технологического рывка. Каждое достижение в Виртуальной Компьютерной Лаборатории может стать не только кирпичиком в фундаменте успешной карьеры, но и шагом к большим открытиям, а каждая ошибка — уроком, приближающим к успеху, поэтому важно непрерывно двигаться вперед, к знаниям, которые меняют мир!

В заключение, позвольте мне подчеркнуть, что Виртуальная Компьютерная Лаборатория воплощает в себе философию Джона Дьюи о том, что «Образование не подготовка к жизни; образование — это сама жизнь». Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет возможность не только получать знания и навыки, но и наслаждаться процессом непрерывного обучения и саморазвития в увлекательном мире цифровых технологий.

Активное обучение в Виртуальной Компьютерной Лаборатории: эксперимент как стратегия

В современном мире, где знания и технологии развиваются с невероятной скоростью, образовательные подходы также претерпевают значительные изменения. Одним из ключевых аспектов эффективного обучения становится использование эксперимента как стратегии, что помогает учащимся не только усваивать теоретические знания, но и применять их на практике, тем самым углубляя понимание и совершенствуя навыки решения реальных задач, стимулируя критическое мышление, творчество и самостоятельность.

Таким образом, можно рассматривать экспериментальное обучение как подход, который подчеркивает важность опыта в процессе обучения. Основываясь на идеях американского философа и педагога Джона Дьюи (John Dewey) [46—48], а также на теории обучения Дэвида Колба (David Kolb) [49—53], экспериментальное обучение предполагает, что знания формируются через активное взаимодействие с окружающим миром. Этот подход отличается от традиционных методов запоминания и воспроизведения информации, предлагая вместо этого учебный процесс, основанный на реальном опыте, который учащиеся могут получать в Виртуальной Компьютерной Лаборатории в рамках аудиторной и самостоятельной работы, исследовательской и проектной деятельности, а также рефлексии.

Рефлексия является необходимым элементом активного обучения в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, в силу ориентации на осмысление и анализ учащимися собственного опыта, целеполагания, действий и их результатов. Каждый студент имеет возможность учиться на личном опыте, выявлять сильные и слабые стороны в своих подходах, а также формулировать стратегии для будущего профессионального развития.

Тем не менее эксперимент и экспериментальное обучение представляют собой разные, хотя и перекликающиеся концепции. Эксперимент — это метод научного исследования, который используется для проверки гипотез путем наблюдения за результатами, полученными в контролируемых условиях. Экспериментальное обучение, с другой стороны, является подходом к образованию, который делает акцент на важность опыта в процессе обучения. При этом в обоих случаях опыт играет ключевую роль.

В эксперименте исследователи получают новые знания через наблюдение за результатами экспериментальных манипуляций, а в экспериментальном обучении студенты учатся через свой собственный опыт, выполняя в среде Виртуальной Компьютерной Лаборатории практические задания, которые имитируют реальные ситуации и/или проблемы³. При желании учащиеся могут самостоятельно или в команде изучать возможности актуальных многокомпонентных программно-технологических решений, благодаря принципам самоорганизации и правам администратора для беспрепятственной работы в лабораторной среде.

Экспериментальное обучение требует от учащихся рефлексии над собственным опытом, где анализ полученных результатов аналогичен процессу анализа данных и выводов в научном эксперименте, т.е. в обоих случаях речь идет о критическом мышлении и оценке информации.

Мы знаем, что эксперименты часто используются для проверки теоретических предположений в практических условиях, поэтому хорошо просматривается аналогия с экспериментальным обучением, которое позволяет студентам применять теоретические знания в реальных или симулированных ситуациях, тем самым углубляя их понимание предметной области. Таким образом экспериментальное обучение стимулирует творческий подход к решению проблем и может приводить к нестандартным решениям и новым идеям. Важно то, что в ИТ-образовании новые открытия и инновации возможны не только в результате экспериментов, но и благодаря экспериментальному обучению⁴.

Американский психолог Дэвид Колб, исследуя механизмы обучения, предложил модель, которая формализует процесс экспериментального обучения. Эта модель, известная как цикл Колба, описывает обучение в виде процесса, состоящего из четырех взаимосвязанных этапов, которые делают обучение глубоким и многоаспектным [52—54]. Рассмотрим более подробно каждый из этих этапов:

— Конкретный опыт: на этом начальном этапе учащиеся сталкиваются с новыми ситуациями и/или переосмысливают уже имеющийся опыт. Такое погружение в реальные условия или ситуации служит основой для дальнейшего обучения и способствует активному вовлечению и стимулирует интерес к дальнейшим исследованиям. В Виртуальной Компьютерной Лаборатории это может быть деятельность, связанная с настройкой виртуальных машин, развертыванием многокомпонентных программно-технологических решений, разработкой мультиплатформенных приложений, созданием новых моделей машинного обучения.

— Рефлексивное наблюдение: на этом этапе учащиеся систематизируют свой непосредственный опыт, анализируя и размышляя над ним. Рефлексия позволяет осмыслить полученные результаты, выявить ключевые моменты, извлечь уроки, а также сформулировать вопросы и сомнения, которые могли возникнуть в процессе обучения. Рефлексивное наблюдение обеспечивает более глубокое понимание и интеграцию опыта. В рамках учебной деятельности в Виртуальной Компьютерной Лаборатории это могут быть обсуждения с преподавателями и однокурсниками, отчеты, дневники практики и выпускные квалификационные работы.

— Абстрактная концептуализация: на этом этапе учащиеся используют рефлексию и анализ, чтобы развить и сформулировать новые идеи, теории или концепции, которые помогают объяснить их опыт. Абстрактное мышление помогает учащимся выйти за рамки конкретных фактов и ситуаций, чтобы затем перейти к обобщению и формированию универсальных принципов и/или моделей. В Виртуальной Компьютерной Лаборатории это может быть разработка новых подходов к решению проблем и различные улучшения на основе предыдущего опыта.

— Активное экспериментирование: учащиеся применяют свои новые знания и идеи на практике, экспериментируя и тестируя их в Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Этот этап дает возможность проверить эффективность методов, технологий, подходов, теорий и концепций, но главным образом лучше усвоить учебный материал через практическое применение. Активное экспериментирование закрепляет знания и способствует развитию умений и навыков, необходимых для решения реальных задач.

Модель Колба подчеркивает важность активного экспериментирования и рефлексии для получения нового опыта но основе имеющегося, а также для генерации новых идей и создания инноваций в рамках учебного процесса в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, подготавливая почву для более специализированного и целенаправленного обучения.

Переход от достаточно общих принципов модели Колба к конкретным стратегиям обучения представляет собой естественный шаг к лучшему пониманию особенностей подготовки ИТ-профессионалов и акцентирует внимание на приоритетных аспектах учебного процесса, а также позволяет оценить необходимость внесения корректировок в работу преподавателей. Итак, давайте рассмотрим базовые стратегии, на которые, по мнению автора, помогают выстроить и/или усовершенствовать образовательные программы в области цифровых технологий:

— Стратегия стимулирования инициатив и мотивации.

Смысл: стимулирование интереса и мотивации студентов к изучению нового.

Образовательные задачи: формирование стимулов для самостоятельного изучения новых тем или технологий, например, с помощью вводных видео, мастер-классов, интерактивных туров или демонстраций последних достижений в области цифровых технологий, которые побуждают студентов к дальнейшему изучению.

— Стратегия стимулирования исследовательской и экспериментальной активности.

Смысл: вовлечение студентов в научные исследования и эксперименты.

Образовательные задачи: реализация научных проектов, где студенты могут собирать данные, проводить их анализ и делать обоснованные выводы, применяя научный подход; выдача практических заданий, требующих создания своего проекта или эксперимента, например, разработка приложения для анализа «цифровых следов» учащихся в Виртуальной Компьютерной Лаборатории или проведение исследования сетевой безопасности.

— Стратегия развития творческого потенциала.

Смысл: поощрение студентов к использованию своих творческих способностей и воображения для решения предметных задач, создания новых проектов, поиска инновационных вариантов минимизации негативного влияния проблем на деятельность компаний-партнеров образовательного учреждения.

Образовательные задачи: устранение препятствий для организованной и самостоятельной деятельности учащихся в Виртуальной Компьютерной Лаборатории; организация дистанционных практик и стажировок у компаний-партнеров в виртуальной лабораторной среде; поиск интересных проектов и компактных предметных задач, которые могут быть реализованы студентами без ущерба для учебного процесса; обеспечение учащихся необходимыми вычислительными ресурсами и современным программным обеспечением.

— Стратегия побуждения к практической деятельности.

Смысл: поддержка студентов в применении теоретических знаний на практике.

Образовательные задачи: получение учащимися практического опыта работы с современными информационными системами; организация командной или индивидуальной деятельности учащихся, связанной с настройкой виртуальных машин, развертыванием многокомпонентных программно-технологических решений, разработкой мультиплатформенных приложений, обучением нейронных сетей; участие в исследовательских и коммерческих проектах.

— Стратегия развития гибкости и адаптивности.

Смысл: развитие у студентов способностей адаптироваться к изменяющимся условиям и находить баланс между теорией и практикой.

Образовательные задачи: выполнение учащимися практических заданий, которые требуют выбора между разными методами и подходами для развития гибкости мышления и способностей к адаптации.

— Стратегия фасилитации рефлексивного обучения.

Смысл: стимулирование студентов к осмыслению, анализу и оценке результатов обучения и полученного опыта, а также планированию дальнейших шагов в своем образовательном процессе.

Образовательные задачи: формирование портфолио, которое содержит собрание работ, проектов, сертификатов и других материалов для демонстрации навыков, достижений и прогресса учащегося; апробация полученных научных и практических результатов посредством докладов на конференциях и публикации статей в рецензируемых научных журналах; умение реагировать на обратную связь; ведение дневников с размышлениями над достижениями и ошибками; анализ и планирование профессионального развития; подготовка резюме для успешного трудоустройства.

— Стратегия поощрения критического анализа и свободного обмена мнениями.

Смысл: содействие конструктивному диалогу; аргументация, интерпретация и оценка идей, концепций, теорий, событий, исследовательских работ с целью глубокого понимания их сути, выявления их сильных и слабых сторон, а также определения их значимости и влияния; развитие способностей критически оценивать аргументы и доказательства, представленные в поддержку различных точек зрения.

Образовательные задачи: организация дебатов и дискуссий по актуальным темам, например в рамках научных семинаров, где студенты могут оценивать различные точки зрения и аргументированно обосновывать свою позицию.

— Стратегия формирования аналитического мышления.

Смысл: развитие у студентов способностей к системному анализу и логическому мышлению; исследование, систематизация и оценка информации для понимания сложных идей, решения проблем и принятия обоснованных решений.

Образовательные задачи: развитие аналитических и логических навыков на основе выполнения практических заданий в области алгоритмизации, программирования и системного анализа; внедрение в учебный процесс аналитических исследований и кейсов, в которых учащиеся анализируют информацию и учатся применять программно-инструментальные средства аналитики данных.

Экспериментальное обучение, словно катализатор, ускоряет процесс превращения абстрактных знаний в практические умения и навыки, открывая двери к новым горизонтам в сфере цифровых технологий.

Подводя итоги этого раздела хочется отметить, что путь к знаниям и мастерству — это не просто маршрут, который нужно пройти, это путешествие, полное открытий, вызовов и неожиданных поворотов. Каждый шаг в этом путешествии, каждая преодоленная трудность и каждое новое открытие делают нас сильнее, мудрее и более уверенными в себе. В мире, где постоянные изменения стали новой нормой, способности экспериментировать, адаптироваться, учиться и расти являются нашим самым ценным активом.

Современные преподаватели — это проводники в мире знаний, менторы и вдохновители, в руках которых формируется будущее. Преподавательская деятельность — это не просто профессия, это призвание, полное вызовов, открытий и возможностей для самореализации. В мире, где знания постоянно эволюционируют, наши способности адаптироваться, обучаться и расти являются ключом к успеху не только для нас самих, но и для тех, кого мы обучаем.

Нельзя забывать, что каждый преподаватель обладает уникальным потенциалом влиять на жизни своих учеников, открывая перед ними двери в мир бесконечных возможностей. Не бойтесь ставить перед собой высокие цели и идти к ним, преодолевая все препятствия. Используйте каждую возможность для собственного профессионального роста, будьте открыты новым методикам и подходам, не бойтесь экспериментировать и исследовать новые горизонты образовательных подходов и технологий. Пусть каждый новый день приносит Вам новые идеи, вдохновение и уверенность в своей важной миссии.

От любопытства к знаниям: создание мотивирующей и исследовательской среды на базе Виртуальной Компьютерной Лаборатории

Теория любопытства — это концепция в психологии, объясняющая, почему и как люди исследуют и изучают неизвестное. Любопытство считается фундаментальным мотивационным состоянием, побуждающим человека к поиску новой информации и знаний, а также к исследованию и взаимодействию с окружающим миром. Порой именно любопытство является основополагающим стимулом для обучения и открытий в образовании, науке и личностном развитии [55—60].

Теория разрыва информации, предложенная Джорджем Левенштейном, (George Loewenstein) [60,61], утверждает, что любопытство возникает тогда, когда между тем, что человек знает и тем, что он хочет знать, существует пробел. Именно любопытство стимулирует искать новую информацию для устранения этого разрыва, тем самым улучшая мотивацию к обучению и способствуя более глубокому и долгосрочному усвоению материала [61—63].

Любопытство может быть вызвано как внутренними факторами, например желанием знать больше о чем-то, так и внешними стимулами — прорывными технологиями, интересными и необычными объектами, фактами, потенциальным коммерческим успехом. Но самое главное то, что любопытство часто приводит к исследовательскому поведению и созданию инноваций.

Для стимулирования любопытства учащихся необходимо создать мотивирующую учебную среду, в которой они будут чувствовать себя вдохновленными к исследованиям и открытиям. Виртуальная Компьютерная Лаборатория на основе принципов самоорганизации и плюрализма позволяет создать именно такую среду, в которой учащиеся могут самостоятельно изучать сложные программно-технологические решения, разрабатывать новое программное обеспечение, создавать новые методы и алгоритмы в области искусственного интеллекта, а также выбирать проекты и темы исследований на основе собственных интересов.

Автономия в выборе увеличивает мотивацию и заинтересованность в глубоком изучении широкого спектра цифровых технологий. При этом возможность работать в команде не только способствует развитию социальных и коммуникативных навыков, но и помогает учащимся обмениваться знаниями и идеями, стимулируя интерес и любопытство друг друга.

Научные семинары, форумы, чаты и встречи, где учащиеся могут делиться своими успехами, задавать вопросы и обсуждать идеи, создают поддерживающую среду, стимулирующую к самообразованию. Регулярная, конструктивная обратная связь с преподавателями и сокурсниками помогает учащимся лучше понять, в каком направлении двигаться дальше и мотивирует на дальнейшие исследования и обучение.

Так же необходимо как можно чаще приглашать экспертов и успешных выпускников для проведения мастер-классов и открытых семинаров. Прямое общение с профессионалами в области цифровых технологий очень часто вдохновляет учащихся и показывает возможности для практического применения их знаний.

По возможности желательно организовать обучение вокруг проектов, которые требуют от учащихся планирования, исследования, разработки и представления результатов работы. Проекты должны быть направлены на решение реальных проблем с использованием новых технологий и программных решений. При этом преподаватель всегда должен поощрять учащихся за их усилия, эксперименты и готовность рисковать, даже если это не всегда приводит к успешному результату, что создает позитивное отношение к обучению и исследованиям.

При этом важно помнить, что стимулировать любопытство учащихся нужно крайне осторожно, т.к. слишком мало стимулов ведет к скуке, а слишком много — к перегрузке и стрессу.

В профессиональной деятельности автора Виртуальная Компьютерная Лаборатория является местом, а точнее точкой притяжения учащихся, где многие из них исследуют, создают и открывают новое, движимые неутолимым желанием узнать больше, увидеть дальше, понять глубже.

Создание мотивирующей и исследовательской среды на базе Виртуальной Компьютерной Лаборатории требует не только технических ресурсов, но и открытости, готовности преподавателей поддерживать и вдохновлять учащихся. Каждая задача, каждый проект здесь — это приглашение к приключению в мире современных цифровых технологий и искусственного интеллекта.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория формирует не просто учебное пространство, а сообщество единомышленников, где каждый может найти что-то свое, где приветствуются любые вопросы, а любопытство является самым ценным качеством. В этом сообществе учащиеся не боятся ошибаться, ведь каждая ошибка — это шаг к новому знанию, каждый неудачный эксперимент — еще один урок на пути к успеху.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория является тем местом, в котором теория встречается с практикой, где учебники оживают и знания становятся увлекательным путешествием. Открывая двери Виртуальной Компьютерной Лаборатории, мы открываем двери в будущее, где каждый учащийся имеет возможность стать создателем, исследователем, инноватором. Мы создаем мир, где от любопытства к знаниям — всего лишь один шаг. Шаг, который может сделать каждый, благодаря оснащенности правильными инструментами, поддержкой и верой в себя.

Синтез теории и практики: Виртуальная Компьютерная Лаборатория в проектно-деятельностном обучении

Проектно-деятельностный подход в ИТ-образовании является важным компонентом современного обучения, в рамках которого студенты принимают активное участие в решении реальных или моделируемых профессиональных задач. Этот подход существенно отличается от традиционных методов обучения, таких как лекции и семинары, ориентированных на пассивное восприятие информации. В рамках проектно-деятельностного обучения студенты погружаются в процесс реализации конкретных проектов, что способствует формированию и развитию практических навыков, креативности и умения работать в команде. Это могут быть как реальные технологические задачи от индустриальных партнеров, так и их имитация на основе реальных кейсов.

Основным преимуществом данного подхода является практическая направленность обучения. Студенты не только учатся применять теоретические знания на практике, но и развивают уверенность в своих способностях, стараются эффективно взаимодействовать в команде, координировать свои действия и совместно решать задачи. Ведь, как говорил Конфуций, «Скажи мне — и я забуду, покажи мне — и я запомню, дай мне сделать — и я пойму».

Проектно-деятельностный подход также стимулирует творческую инициативу студентов и предполагает поиск новых решений конкретных предметных задач, подталкивает студентов к творчеству, экспериментам и инновациям, развивает креативное мышление, тем самым поддерживая их интерес к изучаемым предметам и мотивацию к учебному процессу. Студенты получают возможность видеть практическую значимость своих усилий, что благоприятствует более глубокому погружению в учебный процесс. Кроме того, они знакомятся с основами управления проектами, включая планирование, оценку рисков и анализ результатов, что является неотъемлемой частью подготовки к будущей профессиональной деятельности, а также дает актуальное представление о реальных бизнес-процессах и требованиях рынка труда.

Важной составляющей проектно-деятельностного обучения является использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории, т.к. она дает возможность студентам работать над различными проектами в условиях, максимально приближенных к реальным рабочим сценариям. Виртуальная Лаборатория предоставляет доступ к необходимым ресурсам, обеспечивает возможности для сотрудничества и экспериментирования, а также способствует развитию профессиональных навыков в области управления проектами, планирования, коммуникации, анализа данных и управления ресурсами.

Качественное обучение профессионалов, обладающих необходимыми знаниями и практическими компетенциями для продуктивной деятельности в условиях цифрового технологического уклада, где требуется умение работы со сложными многокомпонентными программно-технологическими решениями, по мнению автора, возможно лишь при наличии безопасной среды для экспериментирования и исследований, помогающей учащимся свободно отрабатывать и тестировать свои новые идеи без риска для реальных систем.

Философские и технологические аспекты концепции Виртуальной Компьютерной Лаборатории разрабатывалась именно для того, чтобы студенты могли продуктивно учиться, благодаря масштабированию и балансировке вычислительных ресурсов в соответствии с их потребностями и системными требованиями проектов, а также за счет возможности быстрой адаптации виртуальной учебной среды для выполнения разнообразных предметных задач.

Практическая деятельность в Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает учащимся развивать профессиональные умения и навыки, опираясь на реалистичные сценарии для выполнения проектных задач, что улучшает понимание студентами реального мира ИТ и цифровых технологий.

Проектно-деятельностный подход с применением Виртуальной Компьютерной Лаборатории дает возможность формировать сложные знания, умения и навыки, позволяя учащимся проводить изучение и исследование информационных систем любого уровня сложности, в том числе самостоятельно или по инициативе индустриальных партнеров и является важнейшим компонентом современного ИТ-образования.

При этом в проектно-деятельностном подходе сохраняется преемственность и неантогонистичность классическому университетскому образованию, поскольку он опирается на общепринятые методы и подходы к обучению такие, как лекции, семинары, лабораторные работы (существенным ограничением которых является то, что в них учащиеся выполняют фиксированный набор операций (шагов) для достижения ожидаемого результата); кейсы и реальные примеры; проблемно-ориентированный подход (в котором часто не делается акцент на современные технологии); дистанционное или индивидуальное обучение; обучение на основе игр.

Проектно-деятельностный подход, как правило, включает в себя два компонента — контекстное и коллаборативное обучение. Благодаря привлечению индустриальных партнеров, а также в силу увлеченности, мотивации и авангардизма всех участников происходит создание реальных контекстов на базе вычислительных ресурсов Виртуальной Компьютерной Лаборатории, во многом благодаря заложенному в нее принципу самоорганизации. Это позволяет развивать релевантные знания и применять их на практике, формировать актуальные навыки и умения, что также способствует более глубокому понимаю и усвоению современных концепций, методов и технологий. Поскольку сложность современных программно-технологических решений постоянно растет, то их продуктивное изучение зачастую невозможно без развития навыков командной работы и общения, обмена идеями и знаниями, а также без стимулирования критического, логического и творческого мышления.

Также следует обратить внимание на то, что автор не упоминает компетентностный подход, поскольку считает его излишне абстрактным и оторванным от реальности, т.к. в отличии от проектного-деятельностного подхода, нацеленного на результат и/или имитацию реальных задач и ситуаций, которые делают обучение интерактивным и вовлекающим, компетентностный подход (в чистом виде) акцентируется лишь на отдельных компетенциях и навыках, а не на их применении в реальных ситуациях, из-за чего компетентностный подход способен подавлять креативность и стремление к исследованиям. При этом, проектно-деятельностный подход, в понимании автора, подразумевает формирование у учащихся глубоких и обширных фундаментальных знаний не только в рамках изучаемой предметной области, но и в смежных предметных областях для реализации мультидисциплинарности, необходимой в развитии инновационного мышления, которое крайне востребовано в цифровом технологическом укладе.

Проектно-деятельностный подход и интеграция Виртуальной Компьютерной Лаборатории в учебный процесс предоставляют студентам широкие возможности для практического применения навыков, погружения в реальные рабочие сценарии и стимулирования их исследовательской активности. Это делает обучение более интерактивным, эффективным и соответствующим современным требованиям рынка труда в сфере цифровизации. Однако, не стоит забывать, что независимо от выбранного подхода, главная цель образования — обеспечить максимальное качество обучения и подготовить студентов к решению реальных проблем в профессиональной сфере.

Кроме того, в настоящее время происходит активное развитие концепции проблемно-ориентированного обучения. Например, в рамках обучения через вызовы учащиеся должны самостоятельно погрузиться в изучение предметной области, исследовать ее, выявить проблемы, определить наилучшие способы решения проблем и выполнить постановку задач⁵.

Сегодня мы находимся на заре новой эры, где образование и технологии сливаются воедино, порождая обширные возможности для развития и прогресса. Виртуальная Компьютерная Лаборатория служит мостом между теорией и практикой, предоставляя студентам инструменты для осуществления смелых идей в безопасной и контролируемой среде, делая их не просто наблюдателями, но активными создателями будущего.

Давайте вместе шагнем в это будущее, полное обещаний и надежд, где каждый из нас может стать частью чего-то великого. Перед нами стоит задача не просто учить или учиться, но и вдохновлять, не просто следовать, но и вести. Вместе мы можем построить будущее, о котором мечтаем, используя каждый шанс, каждый проект, каждую идею, чтобы сделать наш мир лучше, ярче и умнее.

Социотехническое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией: объединение централизованного подхода, самоорганизации и цифровой прозрачности

Социотехническое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией — это подход к управлению, который ориентируется на важность оптимального взаимодействия между людьми и технологиями для достижения эффективности и благополучия в рабочей среде, поэтому имеет ряд целей и задач, направленных на создание продуктивной, безопасной и доступной среды для обучения, исследований и разработок в области цифровых технологий. От удобства управления зависит продуктивность обучения и исследований.

В первую очередь следует обеспечить надежность Виртуальной Компьютерной Лаборатории и гарантировать доступ к лабораторным ресурсам для всех авторизованных пользователей независимо от их географического расположения и времени суток, а также защитить Виртуальную Компьютерную Лабораторию и пользовательские данные от несанкционированного доступа, полной или частичной потери и других угроз кибербезопасности.

Для поддержания продуктивной деятельности необходимо своевременно, по требованию, осуществлять масштабирование ресурсов лаборатории в соответствии с изменяющимися потребностями пользователей и проектов. Оптимизация использования вычислительных мощностей, хранилищ данных и программного обеспечения также важна, поскольку помогает повысить производительность работы Виртуальной Компьютерной Лаборатории, что является одним из главных компонентов фундамента для создания комфортной образовательной среды, способствующей инновациям, научным исследованиям и разработке новых технологий.

Управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией, как технической системой, охватывает развертывание серверов; установку и настройку системного программного обеспечения; системное администрирование; диагностику, устранение неполадок, техническое обслуживание; контроль развертывания и использования виртуальных машин и контейнеров; управление ресурсами (процессоры, оперативная память, дисковое пространство, сети) включая высокую доступность (High Availability, HA), устойчивость к отказам (Fault Tolerance, FT), динамическое распределение ресурсов (DRS, vMotion), планирование емкости и аудит, масштабирование инфраструктуры; управление вспомогательными вычислительными устройствами (GPU, DPU, APU, FPGA/HPS, ASIC); мониторинг состояния инфраструктуры и ее производительности; управление версиями и совместимостью; управление обновлениями (установка патчей); управление сетями и сетевым оборудованием; обеспечение сетевой безопасности; управление доступом к ресурсам на основе групповых политик; управление хранилищами данных; защиту данных и соответствие нормативным требованиям; резервное копирование и восстановление; интеграцию новых инструментов и оборудования; управление источниками бесперебойного питания; автоматизацию технологических процессов; управление лицензиями; управление жизненным циклом инфраструктуры; поддержку пользователей; обучение и сертификацию технических специалистов в области управления виртуальной инфраструктурой.

Административное управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией, как правило, основывается на сложившихся и устоявшихся традициях управления в образовательном учреждении, однако скорее всего потребуется определенная адаптация этих традиций под специфику инновационной виртуальной среды. Это связано с уникальными возможностями и вызовами, которые представляет собой виртуальное обучение и исследовательская деятельность, требующие комплиментарного объединения централизованной модели управления с идеями плюрализма и самоорганизации.

Объединение централизованного управления и самоорганизации в организационных структурах и процессах представляет собой современный подход к управлению, который направлен на увеличение гибкости, эффективности и адаптивности. Этот подход сочетает в себе преимущества традиционного централизованного управления, такие как четкость решений и структуры, единообразие процессов и контроль, с преимуществами самоорганизации, включая делегирование полномочий, эмпауэрмент, горизонтальное взаимодействие, открытость, инициативность, командную работу и способность быстро адаптироваться к изменениям.

Централизованное управление подразумевает, что ключевые решения и стратегическое планирование осуществляются на верхних уровнях, например, на уровне ректората или учебно-методического совета факультета. Это обеспечивает единообразие действий, координацию усилий и эффективное распределение ресурсов. Такой подход упрощает контроль за выполнением образовательных и исследовательских задач, создавая предпосылки для быстрого реагировать на крупномасштабные вызовы.

Самоорганизация включает в себя делегирование всех возможностей Виртуальной Компьютерной Лаборатории студентам, преподавателям и исследователям в виде полномочий и ответственности, благодаря наделению их системными правами администратора и отсутствию каких-либо ограничений в работе, что способствует росту инициативности, мотивации и удовлетворенности. В условиях самоорганизации все участники Виртуальной Компьютерной Лаборатории получают свободу в выборе методов достижения целей и решения повседневных образовательных задач, что стимулирует инновации и повышает оперативность принятия решений.

Объединение централизованного управления и самоорганизации предполагает создание гибкой и адаптивной структуры управления, в которой стратегические решения принимаются на уровне высшего руководства, а реализация задач и поиск оптимальных решений происходит на уровне студентов и преподавателей, с учетом специфики проблем и текущей ситуации. Такой подход делает учебный процесс более демократичным и открытым, развивает у участников лучшие морально-нравственные качества и создает благоприятные условия для появления инновационных идей и подходов. При этом делегирование ответственности повышает мотивацию и удовлетворенность студентов и преподавателей. Основной задачей централизованного управления является стратегическое планирование, обеспечение эффективного распределения ресурсов и координация действий.

Объединение централизованного управления и самоорганизации требует тщательного балансирования между гибкостью и контролем, что может стать вызовом для многих образовательных учреждений. Тем не менее, успешное применение комплиментарного подхода позволяет создать динамичную, инновационную и эффективно работающую Виртуальную Компьютерную Лабораторию.

Устойчивость работы Виртуальной Компьютерной Лаборатории на основе принципов самоорганизации стала возможна благодаря реализации элементов концепции цифровой прозрачности. Цифровая прозрачность относится к открытости и доступности информации о деятельности каждого участника Виртуальной Компьютерной Лаборатории и самой лаборатории в целом, процессах принятия решений, использовании данных, технологий и программного обеспечения.

Однако нельзя забывать о том, что для внедрения концепции цифровой прозрачности необходимо:

— Предоставление всем заинтересованным лицам полной информации о доступных вычислительных мощностях, программном обеспечении и инструментах Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

— Четкое изложение правил и условий использования ресурсов Виртуальной Компьютерной Лаборатории, включая ограничения и ответственность пользователей.

— Разъяснение политики конфиденциальности, в том числе описание того, как собираются, используются и защищаются пользовательские данные.

— Предоставление отчетов о проводимых исследованиях, разработках и образовательных программах, включая результаты и выводы.

— Публикация результатов, доклады на международных конференциях, а также регулярное обновление информации о достижениях, исследовательских проектах и инновационных разработках, проводимых в рамках Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

— Обеспечение открытого доступа к научным публикациям, образовательным материалам и инструментам, разработанным в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, с соблюдением авторских прав и лицензий.

— Предоставление информации о используемых алгоритмах, методах анализа данных и исследовательских подходах, оборудовании и программном обеспечении.

— Создание механизмов для сбора и учета обратной связи от пользователей с целью улучшения работы Виртуальной Компьютерной Лаборатории и повышения удовлетворенности пользователей.

— Организация доступной и эффективной службы поддержки для помощи пользователям в решении возникающих вопросов и проблем.

— Информирование о лицензионной политике и условиях использования разработок Виртуальной Компьютерной Лаборатории другими организациями и внешними исследователями.

Реализация принципов цифровой прозрачности в Виртуальной Компьютерной Лаборатории требует системного подхода и вовлеченности всех участников. Цифровая прозрачность помогает созданию эффективной и инновационной образовательной и исследовательской среды, повышает доверие и репутацию Виртуальной Компьютерной Лаборатории в академическом и профессиональном сообществе, формирует открытую и доверительную атмосферу, облегчает сотрудничество на международном уровне и повышает эффективность образовательного процесса и научных исследований. Цифровая прозрачность также обеспечивает детальное понимание работы лаборатории, способствует ответственному использованию ресурсов и защите интеллектуальной собственности, а также поддерживает стремление к инновациям и постоянному улучшению, обмену знаниями и опытом.

Холистический подход: Виртуальная Компьютерная Лаборатория в ракурсе системной инженерии

Согласно определению Л. Берталанфи системная инженерия (Systems Engineering) есть научное планирование, проектирование, оценка и конструирование систем «человек-машина» [64]. В СССР системная инженерия стала активно развиваться в начале 60-х г. г. XX века под названием системотехника. В военной среде системотехника определялась как фундаментальная концепция и мощный рабочий аппарат для профессионального решения проблем построения сложных систем боевого назначения [65], а в академической среде как научное направление, изучающее свойства системотехнических комплексов, процессы их создания, совершенствования, использования и ликвидации в целях получения максимального социального эффекта [66]. Назначение системной инженерии состоит в руководстве созданием сложных систем [67] и может быть представлена в виде междисциплинарного подхода и методов, которые обеспечивают поэтапное создание эффективных систем [68].

Современное определение системной инженерии из стандарта ISO/IEC/IEEE 15288:2023 характеризует ее как мультидисциплинарный подход, который способствует успешной разработке, применению и выводу из эксплуатации инженерных систем, на основе использования системных принципов и концепций, а также научных, технологических и управленческих методов. Однако, при создании Виртуальной Компьютерной Лаборатории, автор опирался на толкование системной инженерии от Саймона Рамо (Simon Ramo) и Ричарда Бутона (Richard Booton), в котором декларируется что системная инженерия — это составная часть традиционного инженерного дела, сконцентрированная на разработке и применении целого как сущности, отличной от составляющих ее частей, т.е. рассмотрение проблемы во всей ее полноте, с учетом всех ее сторон, факторов и показателей, с увязкой социальных и технических аспектов [69].

Концепция Виртуальной Компьютерной Лаборатории возникла, в том числе, и благодаря холистическому подходу (холизм, от греч. «ὅλος» — целый, весь), который рассматривает систему или явление как целое, утверждая, что все части системы находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействуют таким образом, что поведение целого не может быть полностью понято только через анализ его составляющих частей. Холистический подход подчеркивает важность контекста и взаимодействия между частями системы, утверждая, что «целое больше суммы его частей».

С точки зрения системной инженерии Виртуальную Компьютерную Лабораторию можно рассматривать как сложную систему, целеполаганием которой является решение проблемы подготовки ИТ-специалистов за счет предоставления им в процессе учебы свободного доступа к вычислительным ресурсам и аппаратному обеспечению в виде облачных сервисов на основе принципов самоорганизации для получения практического опыта работы с многокомпонентными информационными системами, поддерживающими отказоустойчивость и балансировку нагрузки. Виртуальная Компьютерная Лаборатория также закрывает потребности в вычислительных ресурсах и инфраструктуре хранения данных для проведения исследований в области машинного обучения, Computer Science и Data Science. Кроме того инженерный подход позволил взглянуть на Виртуальную Компьютерную Лабораторию как на целостную систему деятельности, благодаря анализу нужд и потребностей, разработке концепции эксплуатации, анализу назначения системы, определению требований и поиску компромиссов.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория объединяет разные области знаний — от сборки и настройки серверов; развертывания гипервизоров, контейнеров, систем автоматизации, мониторинга и управления; до педагогики, психологии и этики — чтобы реализовать принципы самоорганизации для продуктивной индивидуальной и командной работы учащихся.

В процессе создания концепции и архитектуры Виртуальной Компьютерной Лаборатории, а также ее непрерывной актуализации автор опирался на абстрагирование, системные архетипы, целостное холистическое мышление, модульность, иерархическое структурирование, инкапсуляцию, причинно-следственные связи, модели поведения, имерджентность, устойчивость к отказам, ориентацию на пользователей и многие другие аспекты.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория наглядно демонстрирует многоаспектность системной инженерии и подчеркивают важность комплексного подхода при проектировании и управлении сложными социотехническими системами. Более того, в зависимости от специфики конкретного образовательного учреждения и образовательных задач, определенные принципы или аспекты могут иметь более высокий приоритет, чем другие.

Однако, несмотря на все старания и усилия, проект Виртуальной Компьютерной Лаборатории, по мнению автора, так и не смог получить должной поддержки даже в стенах альма-матер. В своих размышлениях об истинной сущности работы над проектом Виртуальной Компьютерной Лаборатории с 2007 года автор с особым акцентом подчеркивает, что его изыскания помимо системного анализа и управления, по праву относятся как к инженерной, так и к научной деятельности. Тем не менее его мнение не нашло отклик в академических кругах из-за того, что многие авторитетные мэтры отказывались видеть в его работе инженерную и научную составляющие, ссылаясь на то, что это тривиальные, всем известные и очевидные разделы стандартной педагогической практики, отвергая Виртуальную Компьютерную Лабораторию как что-то достойное внимания и оценивая проделанную автором работу, как наукообразную деятельность, которая по их мнению, то ли воссоздает, то ли имитирует принципы и методы научного поиска.

Тем не менее, автор решительно защищает свою позицию, подчеркивая, что его деятельность является как минимум инженерной, если брать во внимание [70—76] и тесно связана с целесообразным изменением и преобразованием окружающего мира путем приобретения, развития и применения научных, технических, технологических и педагогических знаний, касающихся изобретения, проектирования, создания, испытаний и эксплуатации Виртуальной Компьютерной Лаборатории в интересах удовлетворения нужд и потребностей цифровой экономики в высококвалифицированных ИТ-профессионалах и архитекторах проектно-технологических решений.

Несмотря на разновекторные оценки в свой адрес, автор подчеркивает свою преданность инженерному делу, рассматривая его как основополагающий элемент в обеспечении будущего развития и благополучия общества.

Для автора, в контексте системной инженерии и работы над проектом Виртуальной Компьютерной Лаборатории, наука является особым видом познавательной деятельности, которая направлена на выработку объективных, системно организованных и обоснованных знаний.

Таким образом, Виртуальная Компьютерная Лаборатория, рожденная на стыке системной инженерии, педагогики и передовых технологий, представляет собой не просто образовательный инструмент, а живой, динамичный организм, способный адаптироваться и эволюционировать вместе с потребностями цифровой эпохи. Она воплощает в себе торжество целостного (холистического) подхода, где каждая деталь, каждый аспект взаимосвязаны и служат общей цели — формированию нового поколения ИТ-специалистов, готовых к вызовам будущего.

Методические особенности исследования эффективности элементов Виртуальной Компьютерной Лаборатории с применением системного подхода

Виртуальная Компьютерная лаборатория является сложной системой. Сложная система⁶ обычно характеризуется многомерностью (большим числом составных элементов), многообразием форм связи (разнородностью структур), многокритериальностью (противоречивостью критериев оценки), многообразием природы элементов (наличием технических устройств и людей), многократностью изменения состояний [77,79—81].

Автор затрудняется дать однозначное толкование сложной системы. Однако, опираясь на [77,79] склоняется к мнению о том, что сложной можно считать систему, которая обладает по крайне мере одним из следующих признаков: система допускает разделение на подсистемы, изучение каждой из которых в рамках поставленной задачи имеет содержательный характер; система функционирует в условиях неопределенности, где воздействие внешней среды или субъектов может вызывать случайные изменения ее параметров и структуры; система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

Кроме того, сложные системы обладают дополнительными особенностями, такими как сложная иерархическая структура, в которой комплементарно сочетаются принципы централизованного и децентрализованного управления; многоцелевой аспект функционирования системы; возрастание неопределенности в описании системы и особенно в области ее взаимодействия с внешней средой, в рамках которого возможно возникновение конфликтных ситуаций.

Сложная система в своем развитии от появления идеи ее создания до непосредственного применения проходит ряд этапов, которые определяют ее жизненный цикл. Жизненный цикл Виртуальной Компьютерной Лаборатории можно представить следующими этапами: выбор облика системы, проектирование элементов системы, развертывание/реализация элементов системы, опытная эксплуатация элементов в составе системы, непосредственное применение системы для продуктивного решения образовательных задач.

Исходя из того, что под системой понимается совокупность, состоящая из всех объектов, свойств и отношений между ними, необходимых для достижения цели, то определение облика системы эквивалентно определению цели и типа каждого элемента/компонента системы на основе анализа его соответствия этой цели [79]. Именно в результате такого анализа сформировался облик Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

На этапе проектирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории были определены конкретные параметры каждого элемента/компонента на основе критериев эффективности, являющихся признаками по которым производилась сравнительная оценка альтернатив и выбор наилучшего варианта.

При этом показатели эффективности — характеристики, количественно выражающие степень выполнения системой поставленных задач, были преимущественно счетчиками событий и хронометрическими показателями, позволяющими судить о том, насколько приемлемо или неприемлемо (с точки зрения создателя и студентов) Виртуальная Компьютерная Лаборатория выполняла и продолжает выполнять операции в рамках решения образовательных задач для достижения желаемых образовательных результатов.

При проектировании Виртуальной Компьютерной Лаборатории автор опирался преимущественно на эвристические методы, основанные на опыте и здравом смысле, для принятия решений в условиях неосведомленности (когда ничего не известно о каких-либо факторах), в условиях неопределенности (когда известно только название параметра или диапазон его возможных значений), а также в условиях наличия рисков (когда известен лишь закон распределения). Конечно же такой подход к проектированию является потенциальным источником ошибок, но в силу недостатка данных, времени и ресурсов для поиска оптимального решения, автор не нашел ничего лучшего, как воспользоваться эвристическими методами, такими как: экспертная оценка, мозговой штурм/обратная мозговая атака, метод Дельфи, аналогии, эвристика доступности (оценка вероятности события на основе того, насколько легко его вспомнить), эвристика цены и скидок на оборудование и программное обеспечение, эвристика бренда, эвристика симптомов, а так же эвристика жадности (выбор наилучшего варианта действия на каждом шаге, не принимая во внимание долгосрочные последствия, как если бы Вы выбрали на парковке первое свободное место, которое видите, даже если есть шанс найти место ближе к месту назначения) с последующей эвристикой поиска лучших и/или приемлемых вариантов уже во время эксплуатации Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Эвристические методы позволяют быстро принимать решения, что особенно актуально, когда требуется срочная модификация или адаптация Виртуальной Компьютерной лаборатории, например из-за скачкообразного развития технологий, существенных изменений на рынке труда или острой потребности в специалистах, которые должны уметь работать с новым ресурсоемким специализированным программным обеспечением.

Конечно же, автор отдает себе отчет в том, что принятые решения с применением эвристических методов могут не являться оптимальными, тем не менее они могут быть достаточно эффективными и приемлемыми для быстрого решения появившихся образовательных задач. Кроме того, эвристические методы просты для понимания и использования, что делает их доступными для быстрого вхождения в новую предметную область. Это было особенно важно, когда в 2007 году автор приступил к созданию Виртуальной Компьютерной Лаборатории не имея полного представления о потенциальных проблемах и их масштабе.

Успех проекта Виртуальной Компьютерной Лаборатории, по мнению автора, стал возможен во многом благодаря тому, что на этапе проектирования архитектуры было принято решение придерживаться следующих принципов выбора критериев эффективности для элементов/компонентов Виртуальной Компьютерной Лаборатории: строгое соответствие между целью, поставленной перед системой и критериями эффективности оборудования и программного обеспечения; критичность к целям исследования, т.е. соответствие критериев эффективности масштабу проекта, образовательной и исследовательской деятельности; учет максимально возможного набора факторов, определяющих эффективность системы; выбор таких критериев, при которых показатели эффективности системы легко вычисляются; простота, наглядность и ясный физический смысл критериев эффективности; непротиворечивость частных показателей эффективности общему показателю эффективности системы. Однако, важно иметь в виду, что решение задач проектной эффективности на уровне параметрического анализа, путем сопоставления проектируемых вариантов методами непосредственного или косвенного сравнения, порой приводит к необходимости использования относительных или нормированных метрик.

После завершения этапа проектирования происходит процесс развертывания системы, который включает в себя несколько ключевых активностей. Производится интеграция готовых компонентов и компонентов, созданных собственными силами. При этом следует отметить, что самостоятельную разработку даже небольшого числа компонентов сложно выполнить в условиях ограниченных ресурсов образовательного учреждения. Кроме того, развертывание Виртуальной Компьютерной Лаборатории требует дополнительных ресурсов на проведение испытаний, которые позволяют оценить работоспособность и надежность компонентов системы в условиях, максимально приближенных к реальным. Такие тестирования способствуют выявлению возможных недостатков и определению нужд в доработках, что является неотъемлемой частью процесса оптимизации и улучшения качества итоговой системы.

Основная задача этапа опытной эксплуатации — обеспечение работоспособности системы в целом. Для успешного прохождения данного этапа жизненного цикла сложной системы могут потребоваться методы теории надежности [82—85], а также методы исследования операций, такие как операционно-стоимостной анализ; имитационное и мультиагентное моделирование; линейное, нелинейное и динамическое программирование; теория игр, теория массового обслуживания, теория принятия решений и др.

На этапе непосредственного применения определяются варианты наилучшего использования элементов в составе системы с учетом конкретных условий применения и сложившейся обстановки; с учетом конфликтных ситуаций и неопределенностью стратегий некоторых субъектов, преследующих противоположные интересы; c учетом опыта и результатов, полученных на предыдущих этапах.

Хочется особо отметить, что высокая эффективность проектируемой системы⁷ обеспечивается благодаря правильным решениям на всех этапах жизненного цикла, а ошибки и неоправданные допущения на каком-либо одном этапе сказываются на всех последующих. Особенно высока ответственность за принятие решения на ранних этапах жизненного цикла системы.

При исследовании эффективности Виртуальной Компьютерной Лаборатории, как сложной системы, можно выделить три системных направления: системный анализ, исследование операций и проектную эффективность.

Системный анализ опирается на диалектический закон единства, взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в мире и обществе, поэтому не следует стремиться разложить систему на отдельные части и исследовать их обособленно, чтобы не потерять из поля зрения холизм и специфику всей системы. Исходя из этого и опираясь на [78,79,86] рассмотрим основные аспекты системного подхода, которые использует автор в качестве фундаментальной основы исследования сложных систем:

— Системно-компонентный аспект. Системно-компонентный аспект отражает изучение состава системы на основе выделения ее составных элементов, взаимодействие которых обеспечивает новые качественные особенности, присущие только системе в целом. Компонентная структура системы позволяет упростить исследование эффективности на этапе проектирования.

— Системно-структурный аспект. Системно-структурный аспект предполагает изучение внутренних связей и взаимодействие элементов системы. Структура — это внутренняя форма системы, определяющая способ взаимодействия составляющих систему компонентов. Она зависит от параметров элементов системы, связывает и преобразует их, придавая системе целостность, а также обуславливает возникновение новых качеств, не присущих ни одному из элементов системы (эмерджентность). Определение связей элементов системы и их изучение являются одним из центральных вопросов проектной эффективности, т.к. на их основе формируются технические решения по системной увязке элементов. Также следует иметь в виду, что структурные свойства системы определяются характером и устойчивостью взаимосвязей между элементами. Существуют детерминированные структуры, которые характеризуются либо неизменными взаимосвязями, либо меняющимися по определенному закону; вероятностные, если взаимосвязи описываются законами теории вероятностей; хаотические, если взаимосвязи элементов непредсказуемы.

— Системно-функциональный аспект. Системно-функциональный аспект предусматривает изучение функциональных зависимостей между элементами системы. Функции системы представляют собой интегрированный результат функционирования образующих систему компонентов. В зависимости от характера взаимодействия с другими системами, функции систем можно укрупненно разделить следующим образом: пассивное существование (материал для других систем), обслуживание систем более высокого порядка, противостояние другим системам, поглощение других систем, преобразование других систем [78]. Функции компонентов по отношению к системе должны носить целесообразный характер и согласовываться во времени и пространстве, формируя систему как единое целое. Кроме того, часто можно встретиться с выделением координации и субординации функций, где координация — согласование функций компонентов системы по горизонтали, а субординация — согласование функций компонентов по вертикали, которое определяет подчиненность функций одних компонентов другим, указывая специфическое место и неодинаковое значение каждого из компонентов в осуществлении функционирования системы.

— Системно-интегративный аспект. Системно-интегративный аспект предусматривает изучение системообразующих механизмов, присущих конкретной системе, что обеспечивает факторы системности и наличие свойств, которые создают условия для сохранения качественной специфики системы, ее функционирования и развития. Наряду с системно-структурным аспектом, здесь также могут выясниться новые качества, присущие системе в целом и не присущие каждому компоненту в отдельности. Для технических систем это связано с выявлением новых дополнительных возможностей системы, получаемых за счет правильного объединения ее отдельных элементов.

— Системно-коммуникационный аспект. Системно-коммуникационный аспект предусматривает изучение системы во взаимодействии с внешней средой и выявление возмущающих факторов. Поскольку система существует в некоторой взаимосвязи с другими системами, то внешние по отношению к данной системе сущности, с которыми система связана сетью коммуникаций, составляют ее среду или окружение.

— Системно-исторический аспект. Системно-исторический аспект направлен на изучение ретроспективы и перспективы развития системы, т.е. требует представления системы в ее непрерывном развитии. Практически каждая техническая система проходит этапы разработки, реализации, эксплуатации и последующего совершенствования на новом уровне. Поэтому для изучения системы желательно знать, как возникла данная система, какие этапы совершенствования проходила в своем развитии, какой она стала в настоящее время и какие перспективы развития имеет в будущем. В большинстве случаев разработка новых систем опирается на предшествующие и существующие системы. Как правило, новая система возникает сначала на основе разрозненных компонентов, которые объединяются и дорабатываются опираясь на уже имеющийся опыт, что позволяет использовать все лучшее, что накоплено в технике и технологиях. Вместе с тем, уже на этапе разработки системы необходимо исследовать перспективы ее дальнейшего развития и предусмотреть возможности модернизации ее компонентов, что необходимо в связи с быстрым моральным устареванием некоторых элементов, а также в связи с существенным различием гарантийных или рекомендуемых сроков эксплуатации элементов различного типа.

С помощью методов системного анализа определяются цели и задачи, которые должна решать система, выбираются критерии эффективности для исследования проектной эффективности, сравниваются возможные варианты облика системы, определяется эффективность и стоимость этих вариантов, оцениваются сроки создания, строятся модели рисков и угроз для каждого варианта, выбираются лучшие варианты или ставятся более обоснованные задачи, если поставленные ранее задачи оказываются несостоятельными. Кроме того, из-за высокого уровня неопределенности, недостатка данных и широких диапазонов поиска решения успешный результат достигается, как правило, при непрерывно повторяющемся цикле исследований.

Исследование операций ориентировано на применение научных подходов, принципов, методов и средств к исследованию функционирования системы с целью предоставления лицам, ответственным за управление этой системой рекомендаций по оптимальным решениям [87—90]. Под операцией в данном случае понимается любое мероприятие, направленное на достижение определенной цели, а под целью операции — ее желаемый (ожидаемый) результат, достижимый в пределах некоторого промежутка времени. К основным методическим особенностям исследования операций можно отнести необходимость построения формализованных моделей бизнес-процессов и их ресурсного окружения, например с применением методологии ARIS или BPMN [91—99], а также всех процедур и операций низкого уровня для широкого охвата различных сторон деятельности; учет предыдущего опыта по исследованию аналогичных операций; учет данных экспериментов, испытаний, а также результатов имитационного и мультиагентного моделирования; направленность результатов исследований на облегчение принятия решений, а не на выдачу самого решения.

Анализ проектной эффективности можно рассматривать как направление системных исследований на этапе проектирования, опираясь на системный анализ и исследование операций. Основной задачей проектной эффективности является определение конкретных параметров каждого элемента/компонента проектируемой системы, исходя из оценки эффективности системы в целом, где объектами исследования являются элементы/компоненты сложной системы, определяемые множеством возможных вариантов реализаций с учетом всех их характеристик, особенностей и свойств в рамках дисциплинирующих условий, с анализом их влияния на эффективность всей системы в целом и учетом затрат на всех этапах жизненного цикла. Кроме того, для проектной эффективности характерно наличие не формализуемых факторов, таких как опыт работы в предметной области, принципы плюрализма и самоорганизации, взаимоотношения в коллективе и между подразделениями и т.п., которые требуют творческого осмысления и анализа результатов проделанной работы.

Системный подход к исследованию эффективности элементов Виртуальной Компьютерной Лаборатории дает возможность не только оценить отдельные компоненты, но и выявить их взаимосвязи и влияние на общую результативность обучения. Это дает возможность преподавателям принимать обоснованные решения по оптимизации лаборатории, максимально повышая ее потенциал. Тем не менее эффективность Виртуальной Компьютерной Лаборатории не ограничивается лишь техническими характеристиками и функциональными возможностями, т.к. важную роль играют методические аспекты использования Виртуальной Компьютерной Лаборатории, а также педагогическая квалификация и профессиональная экспертиза преподавателей и мотивация студентов.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория обладает значительным потенциалом для трансформации образования. Дальнейшее развитие и совершенствование методов исследования эффективности, а также сбор и анализ недостающих данных позволит раскрыть этот потенциал в полной мере и создать новую эру образования, основанного на передовых технологиях и глубоких научных знаниях. Исследование эффективности Виртуальной Компьютерной Лаборатории — это не разовый акт, а непрерывный процесс развития и совершенствования лаборатории, в том числе в рамках бакалаврских работ, магистерских и кандидатских исследований. Только при таком подходе можно обеспечить устойчивое повышение качества образования с использованием Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Используя эвристические методы на этапе проектирования, автор подчеркивает важность опыта и интуиции в условиях неопределенности и ограниченных данных. Это подчеркивает не только необходимость быстрого реагирования на изменения в образовательной среде, но и важность принятия взвешенных решений, которые могут не быть оптимальными в классическом понимании, но оказываются достаточно эффективными для достижения целей.

Архитектура и критерии эффективности, разработанные на этапе проектирования, ориентированы на обеспечение строгого соответствия между поставленными задачами и функциональностью каждого элемента системы, чтобы соответствовать диалектическому закону системного анализа, где система не рассматривается изолированно, а видится как часть большого целого.

Следует особо подчеркнуть, что успех Виртуальной Компьютерной Лаборатории во многом обязан применению методов системного анализа на каждом этапе разработки и эксплуатации. Также следует отметить необходимость долгосрочного стратегического планирования и управления, поскольку любой выбор или принятое решение могут оказывать влияние на общую производительность и эффективность системы.

Непрерывное развитие Виртуальной Компьютерной Лаборатории обусловлено быстрым темпом технического прогресса, появлением новых технологий, актуализацией образовательных программ и как следствие изменением потребностей пользователей, что требует от автора постоянного обучения и самосовершенствования, гибкости и открытости к новому, умения слушать и учитывать обратную связь, креативности, инновационного мышления, педагогической компетентности, а также общей эрудиции.

Также хочется отметить, что настоящая мудрость заключается не в отказе от прошлого в погоне за будущим, а в умении находить золотую середину, где ценности и достижения предыдущих поколений гармонично дополняются возможностями современных технологий.

Примечания

1

По возможности, цели должны быть конкретными, существенными, расширяемыми, измеримыми, мотивирующими, значимыми, управляемыми, достижимыми, приемлемыми, амбициозными, актуальными (релевантными), реалистичными, ориентированными на результат, ограниченными по времени, отслеживаемыми, своевременными (SMART — S: specific, significant, stretchable; M: measurable, motivational, meaningful, manageable; A: achievable/attainable, acceptable, ambitious; R: relevant, realistic, result-oriented; T: time-bound, timed, timely) [35,36].

2

Автор считает тесты проверенным и надежным инструментом для оценки теоретических знаний. Тесты должны быть ситуационными и прикладными, направленными на оценку умения применять знания на практике. Лучше всего использовать тесты открытого типа, которые требуют не только выбора ответа, но и обоснования.

3

Дополнительную информацию см. в гл. 1 в разделе «Синтез теории и практики: Виртуальная Компьютерная Лаборатория в проектно-деятельностном обучении» и в гл. 2 в разделе «Содействие проблемно-ориентированному обучению и обучению через вызовы».

4

Однако, ошибочно считать практику выше теории. Тем не менее практическая деятельность является критерием оценки истинности теории.

5

Дополнительную информацию см. в гл. 2 в разделе «Содействие проблемно-ориентированному обучению и обучению через вызовы».

6

В литературе встречаются понятия «большой» и «сложной» системы. Сложная система является более общим понятием. Когда речь идет о большой системе, то подразумевается многомерность и размеры системы, что можно рассматривать как одну черту сложности [77,78].

7

Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Архитектурные компоненты гиперконвергентной Виртуальной Компьютерной Лаборатории» и в разделе «Примеры архитектурных расширений Виртуальной Компьютерной Лаборатории».