Анализ международных стандартов магистерского образования в области информационных технологий

Сер. 10. 2013. Вып. 1

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 006.1+006.4 В. А. Сухомлин

АНАЛИЗ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ МАГИСТЕРСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1. Введение. В условиях глобализации экономики большое значение для подготовки востребованных кадров имеет выработка соответствующих международных стандартов или рекомендаций, обладающих высоким уровнем консенсуса в профессиональной среде и служащих ориентиром для университетов и вузов в их образовательной деятельности. Такого рода решения призваны систематизировать и унифицировать требования практики к выпускникам вузов и соответствующим образовательным программам. Они также учитывают достижения и тенденции развития науки и технологий, обобщают лучшую образовательную практику, способствуют формированию единого образовательного пространства.

Ответственность за разработку и сопровождение таких ориентиров-рекомендаций для области информационных технологий (ИТ) или ее академического эквивалента компьютинга (Computing) в виде типовых учебных программ или куррикулумов (curriculum) взяли на себя ведущие международные профессиональные организации - Ассоциация компьютерной техники (Association for Computing Machinery, ACM) и Компьютерное сообщество Института инженеров по электронике и электротехнике (Computer Society of the IEEE, или IEEE-CS), которые ведут данную работу, начиная с 60-х годов XX столетия.

Традиционно основное внимание в этой деятельности уделялось подготовке бакалавров - самому массовому виду профессионального обучения. Итогом многолетней работы стало создание к концу первого десятилетия XXI в. целостной системы кур-рикулумов, охватывающей основные направления профильной подготовки бакалавров компьютинга. Подробный анализ современного стека куррикулумов для подготовки бакалавров дан в работе автора [1].

Магистерское обучение, которое всегда характеризовалось высокой динамикой развития, долгое время оставалось недостижимой целью стандартизаторов ИТ-образования. Первый стандарт куррикулума для магистерского обучения появился только в конце 2009 г. Им стал документ Graduate Software Engineering 2009 (GSwE2009) [2], ориентированный на подготовку магистров по программной инженерии, который заявил о новых тенденциях в магистерском обучении. А именно, о переносе на магистратуру технологий разработки учебных программ на основе куррикулумов со всеми характерными чертами этой технологии - четким описанием целей и результатов обучения, детальной спецификацией объемов знаний профессионального образовательного поля,

Сухомлин Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации систем вычислительных комплексов факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Количество опубликованных работ: 80. Научное направление: информационные технологии. E-mail: vladimir@sukhomlin.ru.

© В. А. Сухомлин, 2013

выделением обязательного набора знаний (ядра) для всех учебных программ, определением примерного перечня актуальных направлений специализации и пр.

Другим масштабным проектом развития профессионального образования является всемирный процесс реформирования инженерного образования, инициатором которого выступил проф. Эдвард Кроули (МИТ, США) в 2000 г. Как и в случае куррикулу-мов, данный процесс первоначально охватывал только подготовку бакалавров, однако в последние годы перешел границы бакалаврской подготовки.

Именно анализ особенностей, характерных черт таких подходов и тенденций, которые они несут в развитие магистерского образования, - все это и составляет основную цель статьи.

2. Стандарт куррикулума магистратуры. Как уже отмечалось в п. 1, первый стандарт куррикулума, регламентирующий подготовку магистров по профилю программная инженерия - Graduate Software Engineering 2009 (GSwE2009) [2], появился в конце 2009 г. Документ GSwE2009 был разработан в рамках iSSEc-проекта (Integrated Software & Systems Engineering Curriculum Project - проект куррикулумов по интегрированной программной и системной инженерии), который стартовал в 2007 г. В его реализации приняла участие коалиция из академических, индустриальных, правительственных и профессиональных организаций, включая Международный совет по системной инженерии (INCOSE), Промышленную ассоциацию национальной обороны США (NDIA), Компьютерное сообщество Института инженеров по электронике и электротехнике (IEEE-CS), Ассоциацию компьютерной техники (ACM).

Основным спонсором проекта стало Министерство обороны США.

Документ GSwE2009 ориентирован на подготовку магистров в области программной инженерии с акцентом на практическую деятельность. Разработчики данного стандарта, однако, выражают уверенность, что он отражает современные тенденции в магистерском обучении и окажет сильное влияние на развитие магистерского образования в целом.

GSwE2009 включает описание:

• набора исходящих требований к выпускникам или результатов подготовки магистров по программам, соответствующим GSwE2009 (далее GSwE2009-программы или программы GSwE2009);

• входных требований к подготовке студентов, желающих обучаться по GSwE2009-программам;

• архитектурной модели куррикулума;

• ядра объема или свода знаний (Core Body of Knowledge - CBOK), определяющего обязательный свод знаний для GSwE2009-программ;

• модифицированного метода Блума, используемого для спецификации учебных целей при изучении соответствующих элементов объема знаний;

• учебных курсов, содержащих материал CBOK, дополняющий свод знаний SWEBOK [3], взятый за основу содержания CBOK, и др.

Как и в других куррикулумах, центральным элементом содержания GSwE2009 является описание объема или свода профессиональных знаний и его обязательной части — ядра, т. е. CBOK. Объем знаний и соответственно CBOK построены в виде четырехуровневой иерархической системы структурных элементов (дидактических единиц). На высшем уровне иерархии располагаются предметные области (arrears), структурирующиеся на модули знаний (второй уровень иерархии), которые, в свою очередь, детализируются до уровня тем, а темы - до уровня подтем (третий и четвертый уровни соответственно). С каждой дидактической единицей связан некоторый индекс,

определяющий необходимый уровень освоения этой единицы учащимся и шкалируемый с помощью модифицированного метода Блума.

Принцип построения GSwE2009-программ иллюстрирует архитектурная модель таких программ, показанная на рис. 1.

Изображенная на рисунке архитектура куррикулума включает:

• подготовительный материал (preparatory material), владение которым необходимо при поступлении на GSwE2009-программы;

• материалы ядра (core materials), т. е. CBOK;

• материалы университета (university-specific materials);

• материалы по выбору студента (elective materials);

• обязательный capstone-проект (mandatory capstone experience), ниже которого на рисунке простирается пространство профессиональной деятельности магистра, удовлетворяющего исходящим требованиям.

Важно отметить, что в перечне исходящих требований (или результатов подготовки) по программам GSwE2009 на первом месте стоит требование к владению на магистерском, т. е. экспертном, уровне входящими в CBOK знаниями, формируемыми на базе свода знаний SWEBOK, дополненного рядом тем по системной инженерии, информационной безопасности, профессиональной подготовке, человеко-машинному

интерфейсу, инженерной экономике, управлению рисками, качеству программного обеспечения.

Объем СВОК оценивается в 200 аудиторных или контактных часов, необходимых для его изучения (т. е. общих часов в 4 раза больше - 800), что эквивалентно 5 семестровым учебным курсам по 40 аудиторных часов за семестр (160 общих часов на каждый курс). Структура ядра показана на рис. 2 в виде правого полукруга. Она состоит

Рис. 2. Структура CBOK

из секторов, соответствующих ядерной части конкретной предметной области знаний, при этом площадь сектора примерно соответствует доли данной части в процентах относительно площади самого ядра. Всего в ядро входят модули из 11 предметных областей, взятых в основном из SWEBOK:

• Ethics and Professional Conduct (Профессиональные этика и поведение),

• System Engineering (Системная инженерия),

• Requirements Engineering (Технология разработки требований),

• Software Design (Проектирование программного обеспечения),

• Software Construction (Конструирование программного обеспечения),

• Testing (Тестирование),

• Software Maintenance (Сопровождение программного обеспечения),

• Configuration Management (Управление конфигурацией),

• Software Engineering Management (Управление инженерией программного обеспечения),

• Software Engineering Process (Процессы программного обеспечения),

• Software Quality (Качество программного обеспечения).

Следует отметить, что объем содержащегося в CBOK обязательного для изучения материала в 200 аудиторных часов представляется весьма значительным. Это по существу около 50% всей учебной программы, что, безусловно, - новое веяние в подготовке магистров.

В целом анализ GSeW2009 позволяет определить следующие характерные особенности предлагаемого подхода к построению магистерских программ компьютинга:

• единая структура построения образовательных программ в соответствии с введенной архитектурной моделью данного куррикулума;

• концепция ядра - определение свода минимально необходимых профессиональных знаний, реализация которого во всех учебных GSeW2009-программах обеспечивает совместимость образовательных процессов, мобильность учащихся в рамках GSeW2009-программ, гарантию качественности базовой подготовки;

• четкое определение результатов подготовки (исходящих характеристик выпускников);

• гибкость в диверсификации учебных программ (предложены направления диверсификации);

• значительное внимание к изучению современных международных стандартов, прежде всего в области системной и программной инженерии, включая SWEBOK, CMMI, ISO/IEC 12207, ISO/IEC 15288, пакет стандартов программной инженерии IEEE (порядка 40). Также от магистров требуется знание современной системы стандартов куррикулумов компьютинга [1];

• углубленная связь между программной инженерии и системной инженерии (Systems Engineering - SE);

• тесная интеграция теории и практики, в том числе на основе Capstone-проекта;

• четкое определение входных требований для поступления на программы магистерского обучения;

• большое внимание изучению вопросов профессиональной этики и основ профессиональной деятельности (Ethics and Professional Conduct);

• использование таксономии Блума для определения минимального уровня изучения отдельных тем программы [4].

3. Стандарты инициативы CDIO и их использование в магистерском образовании. В 2000 г. стартовал крупный международный проект по реформированию инженерного образования, получивший название «Всемирная инициатива CDIO» [5]. Его инициатор и руководитель - проф. Эдвард Кроули (МИТ, США). В настоящее время проект получил широкое распространение, охватив ведущие инженерные школы и технические университеты США, Канады, Европы, Великобритании, Африки, Азии и Новой Зеландии. Как и в случае стандартов куррикулумов организаций ACM и IEEE, первоначально этот проект проецировался только на подготовку бакалавров.

Инициатива CDIO (аббревиатура от Conceive - Design - Implement - Operate, или Задумка - Проект - Реализация - Эксплуатация) имеет три общие цели - подготовка инженеров, способных продемонстрировать:

1) глубокие практические знания технических основ профессии;

2) мастерство в создании и эксплуатации новых продуктов и систем;

3) понимание важности и стратегического значения научно-технического развития общества.

Важное место в данной инициативе занимает система стандартов CDIO, принятая в последней редакции в 2011 г., которая и является методологическим ядром, определяющим принципы подхода CDIO. Эта система включает 12 стандартов [5, 6].

Стандарт 1 - Основной принцип и общий контекст инженерной образовательной деятельности подхода CDIO, согласно которому образовательный процесс рассматривается в ракурсе модели жизненного цикла продуктов и систем - Задумка, Проектирование, Реализация и Управление (есть также русскоязычная трактовка данного подхода как 4П - Планирование, Проектирование, Производство, Применение).

Стандарт 2 - Результаты программы CDIO - определяет принцип, предполагающий четкое описание в учебных программах целей обучения необходимым компетенциям -личностным, межличностным и профессиональным инженерным компетенциям в создании продуктов и систем. Собственно описание системы целей дается в отдельном документе - The CDIO Syllabus v2.0. An Updated Statement of Goals for Engineering Education (Учебный план CDIO v2.0. Пересмотренное определение целей инженерного образования) [7, 8]. Далее этот документ будем называть силабус CDIO.

Стандарт 3 - Интегрированный учебный план (составляемый из взаимодополняющих учебных дисциплин и позволяющий интегрировать обучение личностным, межличностным компетенциям, наряду с обучением создавать продукты и системы).

Стандарт 4 - Введение в инжиниринг (вводный курс и практические занятия, закладывающие основы инженерии по созданию продуктов и систем, а также основы личностных и межличностных компетенций).

Стандарт 5 - Задания по проектированию и созданию изделий (учебный план, предусматривающий как минимум два учебно-практических задания по проектированию и созданию продуктов или систем).

Стандарт 6 - Учебные помещения (требование высокого уровня удовлетворенности учебными помещениями со стороны профессорско-преподавательского состава, сотрудников университета и студентов).

Стандарт 7 - Интегрированные учебные задания (интегрированные учебные и практические задания для осваивания как дисциплинарных знаний, так и личностных-межличностных компетенций и компетенций в проектировании и создании новых продуктов и систем).

Стандарт 8 - Активное обучение (использование методов активного обучения, оценка их эффективности, повышение мотивации учащихся).

Стандарт 9 - Повышение компетентности профессорско-преподавательского состава (мероприятия, направленные на повышение компетентности профессорско-преподавательского состава в области личностных, межличностных компетенций, а также в умении создавать продукты и системы).

Стандарт 10 - Повышение преподавательских способностей членов профессорско-преподавательского состава (мероприятия, направленные на повышение компетентности преподавателей в проведении интегрированных практических занятий, в применении методов активного обучения в ходе занятий и в оценке успеваемости студентов).

Стандарт 11 - Оценка усвоения навыков CDIO (методы оценки успеваемости студентов в усвоении личностных-межличностных компетенций, компетенций в создании продуктов и систем, а также оценка дисциплинарных знаний).

Стандарт 12 - Оценка программы CDIO (оценка учебной программы по системе стандартов CDIO с точки зрения студентов, преподавателей и потенциальных работодателей с целью непрерывного совершенствования учебного процесса).

Эти стандарты выступают в роли путеводителя при реформировании образовательных процессов и оценке их эффективности.

Как уже отмечалось, важную роль в системе стандартов играет документ, называемый силабус CDIO. Он разрабатывался как справочное пособие, которое может

быть использовано для проектирования целей и планируемых результатов процесса обучения, направленного на подготовку востребованных инженерных кадров, имеющих не только добротную теоретическую базу, но и практико-ориентированную подготовку. Кроме того, силабус CDIO может быть применен для разработки новых образовательных инициатив, а также в качестве методической базы (таксономии целей инженерного обучения) для построения основанного на детальном определении исходящих требований к выпускникам (целей и результатов подготовки) процесса оценки качества обучения.

Структурно силабус CDIO построен следующим образом. Изначально весь массив планируемых результатов обучения классифицируется на следующие категории самого высокого уровня (рис. 3):

1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы.

2. Общепрофессиональные компетенции и личностные качества.

3. Межличностные умения: работа в команде и коммуникации.

4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем).

4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем) - CDIO

1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы

Рис. 3. Четыре базовые категории самого высокого уровня силабуса CDIO

Дальнейшая детализация базовых категорий приводит к набору результатов обучения второго уровня, показанного на рис. 4.

Этот набор целей последовательно детализируется до третьего уровня (Приложение А), на котором добавляются порядка 120 тем или планируемых целей обучения, а затем и до четвертого уровня (Приложение В), включающего более 600 тем.

Подход CDIO является универсальной методологией, не зависящей от конкретной инженерной области. Потому единственная категория целей, которая по существу не детализируется в силабусе CDIO, это категория под номером 1, отвечающая за общенаучную и базовую профессиональную инженерную подготовку (именно последней части уделяется основное внимание в куррикулумах для конкретных направлений подготовки). Таким образом, подход CDIO можно рассматривать, как некоторый шаблон, определяющий облик современного инженера с универсальным набором личностных, межличностных компетенций и отношений, функционирующего в условиях инновационной экономики, а параметром в конструкции силлабуса служит блок научных и профессиональных знаний конкретной предметной области.

Остальные категории целей структурируются весьма подробно, аналогично тому, как делается в куррикулумах, фактически до уровня отдельных тем учебной программы. Примером применения силабуса CDIO и его настройки на конкретную предметную область может служить работа [9], в которой данный подход использован для подготовки инженеров в области телекоммуникаций.

1. Дисциплинарные знания, научные и технические основы

1.1. Базовые общенаучные знания

1.2. Дцро фундаментальных инженерных знаний

1.3. Углубленные фундаментальные инженерные знания

2. Общепрофессиональные компетенции и личностные качества

2.1. Инженерное обоснование и решение задач

2.2. Проведение эксперимента и выявление знаний

2.3. Системное мышление

2.4. Персональные умения и отношения

2.5. Профессиональная этика и другие виды ответственности

3. Межличностные умения: работа в команде и коммуникации

3.1. Работа в команде

3.2. Коммуникации

3.3. Коммуникации на иностранных языках

4. Планирование, проектирование, производство и применение продуктов (систем) - CDIO

4.1. Социальный и внешний контексты

4.2. Предпринимательский и деловой контекст

4.3. Планирование и инжиниринг систем

4.4. Проектирование

4.5. Реализация

4.6. Применение

Рис. 4- Детализация второго уровня планируемых результатов обучения

Как уже отмечалось, первоначально процесс CDIO развивался только для обучения бакалавров. Однако в силабус редакции 2 (сентябрь 2011 г.) включены планируемые цели обучения, ориентированные на подготовку выпускников, способных к инновационной и изобретательской деятельности, к предпринимательству и лидерству, что в принципе выходит за границы бакалаврской подготовки. Таким образом, в современной версии силабуса заложено все необходимое для того, чтобы он мог использоваться в качестве методической платформы и для магистерского образования. Дополнительные требования к содержанию инженерного образования в части инноваций, изобретательства, лидерства и предпринимательства представлены на рис. 5.

Еще одной важной характеристикой силабуса CDIO является сопоставимость предложенной в нем таксономии результатов обучения с методологиями процессов профессиональной сертификации и аккредитации, применяемыми организациями, работающими в сфере управления кадрами и развития компетенций. Примерами таких методологий могут служить ABET [10] и EQF [11]. В силабусе показана полнота введенной

4.7. ЛИДЕРСТВО В ИНЖЕНЕРНОМ ПРЕДПРИЯТИИ

Формирование целеустремленности:

4.7.1. Выявление проблем и парадоксов

4.7.2. Творческое мышление и коммуникационные возможности

4.7.3. Определение решения

4.7.4. Создание концепций нового решения Формирование предвидения:

4.7.5. Создание и лидерство в организации и за ее пределами

4.7.6. Планирование и управление проектом до его полного завершения

4.7.7. Реализация проекта/защита решения и критическое обоснование

4.7.8. Инновации - концепция, проектирование и вывод на рынок новых товаров и услуг

4.7.9. Изобретения - разработка новых приборов, материалов и процессов, которые позволят создать новые товары или услуги

4.7.10. Реализация и применение - создание и применение новых товаров и услуг, которые представляют особую ценность

4.8. ИНЖЕНЕРНОЕ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО

4.8.1. Создание предприятия, организация и управление его работой

4.8.2. Разработка бизнес-плана

4.8.3. Капитализация компании и финансы

4.8.4. Маркетинг инновационной продукции

4.8.5. Планирование производства продукции и услуг с использованием

новых технологий

4.8.6. Инновационные системы, сети, инфраструктура и сервис

4.8.7. Формирование команды и стимулирование инженерных процессов

4.8.8. Управление интеллектуальной собственностью

Рис. 5. Дополнительные требования к содержанию инженерного образования в части инноваций, изобретательства, лидерства и предпринимательства

таксономии и возможность установления соответствия между темами силабуса и критериями указанных методологий. Поэтому использование подхода CDIO для разработки образовательных программ может защитить систему образования от навязывания ей систем профессиональных компетенций, предназначенных прежде всего для решения задач кадрового менеджмента и мало пригодных для развития образовательной деятельности.

В заключение отметим инновационные аспекты инициативы CDIO. К ним можно отнести:

• погружение учебного процесса, с первых его шагов, в контекст модели жизненного цикла продуктов и систем инженерной деятельности;

• большое внимание развитию необходимых в профессиональной деятельности личностных и межличностных компетенций и отношений, а также знаний и умений по реализации процессов на всех фазах жизненного цикла продуктов и систем;

• акцент на интеграцию элементов образовательных программ, оптимальным образом сочетающих их компоненты для достижения наибольшей взаимосвязи теории и практики, для развития устойчивых личностных, межличностных и других сопутствующих инженерной деятельности качеств выпускников;

• потенциальная возможность использования таксономии Фейзела-Шмитца (Feisel-Schmitz), аналогичной таксономии Блума, но более приспособленной для технических областей и нацеленной на обучение решению конкретных задач, благодаря извлечению только необходимых для этого знаний (считается, что данный подход лучше сочетается с проблемно-ориентированными, проектно-ориентированными и прочими активными подходами к обучению) [12];

• обращение к важности повышения профессионального уровня преподавателей, уровня преподавания с использованием активных образовательных технологий, а также командной работы при реализации интегрированных учебных программ;

• поддержка методов оценки качества как обучения, так и самих образовательных программ и пр.

4. Заключение. Анализ рассмотренных выше подходов к стандартизации магистерского образования в области ИТ показывает, что они не только не противоречат друг другу, но и взаимно дополняют один другого. Так, куррикулум GSwE2009 определяет, чему и как учить разработчиков программного обеспечения; стандарты же CDIO систематизируют весь контекст инженерной подготовки; готовят выпускников к инновационной деятельности, изобретательству, лидерству и предпринимательству; привносят в учебный процесс новые решения - интегрированные учебные программы и командную работу преподавательских коллективов; предлагают методические решении по оценке качества учебных программ и обучения. Поэтому комбинированное использование подходов представляется весьма перспективным решением на данном этапе развития системы магистерского образования.

Литература

1. Сухомлин В. А. Международные образовательные стандарты в области информационных технологий // Прикл. информатика. 2012. № 1 (37). С. 33—54.

2. Graduate Software Engineering 2009(GSwE2009). Association for Computing Machinery and Computer Society of IEEE.

3. SWEBOK // URL: http://www.computer.org/portal/web/swebok, http://computingcareers.acm.org.

4. Bloom B. S. (ed.) Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. Longmans: Green, 1956. 323 p.

5. Crawley E. F., Malmqvist J., Ostlund S., Brodeur D. R. Rethinking Engineering Education: The CDIO Approach. New York: Springer-Verlag, 2007. 97 p.

6. Всемирная инициатива CDIO. Стандарты: информ.-метод. изд. / пер. с англ. и ред. А. И. Чу-чалина, Т. С. Петровской, Е. С. Кулюкиной. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2011. 17 с.

7. Crawley E. F., Malmqvist J., Lucas W. A., Brodeur D. R. The CDIO Syllabus v2.0. An Updated Statement of Goals for Engineering Education // URL: http://www.cdio.org/files/project/file/cdio_sylla-bus_v2.pdf.

8. Всемирная инициатива CDIO. Планируемые результаты обучения (CDIO Syllabus): информ.-метод. изд. / пер. с англ. и ред. А. И. Чучалина, Т. С. Петровской, Е. С. Кулюкиной. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2011. 22 с.

9. Sayrol E., Bragos R., Alarcon E. e. a. Mixed Integration of CDIO skills into Telecommunication Engineering Curricula // Electronics and Electrical Engineering. Kaunas: Technologija, 2010. N 6(102). P. 127-130.

10. Accreditation Board of Engineering and Technology, Criteria for Accrediting Engineering Programs: Effective for Evaluations during the 2010-2012 Accreditation Cycle, 2010 // URL: http://www. abet.org. Accessed June 15, 2011.

11. European Commission: DG Education and Culture, The European Qualification Framework for Lifelong Learning (EQF). Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 2008. 17 p.

12. Malmqvist J., Wedel M. K., Enelund M. Constructive alignment (CA) for degree projects — intended learning outcomes, teaching & assessment. Chalmers University of technology Gothenburg, Sweden // URL: http://www.cdio2011.dtu.dk/upload/administrationen% 20-%20101/aus/cdio/conferencemedia/pa-pers / 7_paper.pdf.

Статья рекомендована к печати проф. Е. И. Веремеем. Статья принята к печати 25 октября 2012 г.