Разработка концепции и создание организационной структуры, учебно-методического и программного обеспечения инновационной системы подготовки высококвалифицированных кадров в области информационных технологий

Министерство науки и образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

РЕФЕРАТ работы, представленной на соискание Премии Президента Российской Федерации в области образования за 2003 год Разработка концепции и создание организационной структуры, учебнометодического и программного обеспечения инновационной системы подготовки высококвалифицированных кадров в области информационных технологий

Санкт-Петербург 2004

Реферат Актуальность

представляемой

работы

определяется

необходимостью

кадрового

обеспечения для решения задач сохранения и развития интеллектуального и экспортного потенциала России в области информационных и коммуникационных технологий, являющихся базой экономики, основанной на знаниях. И это тем более важно, что в настоящее время стал общепризнанным тот факт, что именно в области разработки программного обеспечения и компьютерных технологий позиции России являются наиболее сильными и перспективными на мировом рынке высоких технологий. Последние пятнадцать лет стали временем бурного развития компьютерной техники и компьютерных технологий. В области высоких технологий, связанной с разработкой компьютерных технологий, «человеческий фактор» является не просто решающим, а имеет доминирующее значение. Доля стоимости зданий, техники и т.д. в общей стоимости крупнейших компьютерных корпораций является ничтожно малой по сравнению со стоимостью работающих в них высококвалифицированных специалистов. Особую ценность представляют наиболее талантливые сотрудники, способные стать лидерами научно-технических работ. Специалисты подобного профиля относятся к научнотехнической элите государства и представители кадровых служб фирм и корпораций ведут их поиск среди студентов вузов за два-три года до выпуска. В связи с этим в настоящее время во всех развитых странах огромное внимание стало уделяться построению целенаправленного процесса формирования научно-технической элиты в области высоких технологий, и все большее распространение стали получать имеющие мощную государственную и корпоративную поддержку многоуровневые системы подготовки. Соответственно потребовались модернизация старых и создание новых организационно-методических подходов и организационных структур для реализации систем подобного вида, нацеленных на поиск и подготовку талантливой молодежи. В последнее десятилетие формирование такой элиты в области компьютерных технологий стало сталкиваться с трудностями. Они обусловлены, в частности, общим падением интереса молодежи к занятиям точными науками, сильным оттоком в промышленность наиболее активных и способных университетских преподавателей, негативным воздействием на молодежь клиповой и интернет-культур, компьютерных игр, телевидения и т.д. В этой ситуации одним из наиболее эффективных инструментов решения задач поиска, подготовки и трудоустройства талантливых молодых людей в области

информационных

технологий

показала

себя

инновационная

система, 2

опирающаяся на организационную структуру студенческого чемпионата мира по программированию. Олимпиады по информатике и программированию отлично зарекомендовали себя в поиске и подготовке наиболее квалифицированных специалистов и ученых в области компьютерных технологий. Это обусловило их интенсивное развитие и огромную популярность, а также широкое распространение по всему миру. Неслучайно,

что

олимпиады

по

информатике

и

программированию

являются

единственными предметными олимпиадами, у которых сформировалась мощная международная структура как на студенческом, так и на школьном уровнях. Получившая всемирную известность российская система образования в области точных наук в значительной степени базировалась на уникальной системе олимпиад и творческих конкурсов

по

математике,

физике,

информатике

и

программированию.

Эта

многоступенчатая система имела в своей основе олимпиады и конференции, проводимые в отдельных учебных заведениях, и заканчивалась Всероссийскими (Всесоюзными) и Международными олимпиадами. Однако в последние полтора десятка лет именно олимпиады по информатике и программированию оказались наиболее востребованными для

подготовки

высококвалифицированных

кадров

в

области

информационных

технологий. Благодаря широкому использованию сетевых компьютерных технологий, на основе которых были разработаны новые оригинальные технологические, программные и учебно-методические решения, удалось существенно изменить порядок проведения традиционных олимпиад, расширить их масштаб, изменить организационную структуру и в итоге получить качественно новый результат в решении задач подготовки разработчиков компьютерных технологий высшей квалификации. Одной из основных причин успешного использования олимпиад по информатике и программированию для формирования контингента наиболее талантливых разработчиков является отличительная особенность условий, в которых осуществляется формирование кадрового потенциала в области компьютерных технологий, связанная с весьма ранней профессиональной

подготовкой

и

ранним

началом

профессиональной

трудовой

деятельности исследователей и разработчиков. По существу, знания, умения и навыки, полученные на первых трех курсах при изучении фундаментальных дисциплин в области компьютерных информационных и сетевых технологий, играют огромную, если не решающую роль, в становлении специалиста. Поэтому при выборе специальных способов интенсификации учебного процесса необходимо учитывать возрастной фактор. И в этом случае использование творческих конкурсов позволяет решить ряд важных задач.

3

Практика показывает, что весьма эффективным при интенсификации учебного процесса для молодых людей является использование в нем элементов коллективных игр и соревнований. Вторым важным способом интенсификации учебного процесса является организация в вузах коллективов из наиболее способных, увлеченных и трудолюбивых студентов, ориентированных на выстраивание серьезной профессиональной карьеры в области информационных технологий. В рамках этих коллективов наблюдается возникновение дополнительных положительных воспитательного и учебного эффектов, вызванных взаимным влиянием их членов друг на друга. Указанные два пути хорошо реализуются при использовании олимпиад по информатике и программированию в учебном процессе. При этом разработанные в данной работе в процессе проведения олимпиад новые учебно-методические технологии дают заметный положительный эффект при внедрении в организацию обычного текущего учебного процесса. Созданная

за

последнее

десятилетие

инновационная

система

подготовки

высококвалифицированных кадров, организационно базирующаяся на территориально распределенной многоуровневой системе творческих конкурсов и олимпиад, охватывает практически все регионы и ведущие вузы России и стран ближнего зарубежья и по масштабу не имеет аналогов в системе образования нашей страны и стран ближнего зарубежья. Во многом благодаря объединяющей и организующей роли олимпиад, в российских вузах сформировалась сеть неформальных сообществ преподавателей и студентов, интересующихся фундаментальными и прикладными вопросами из области компьютерных технологий, которые регулярно проводят семинары и тренировочные занятия, ведут селекционную работу среди школьников, развивают новые учебнометодические технологии. То есть олимпиады по информатике и программированию, имеющие в своей структуре широкую сеть отборочных творческих соревнований, позволяют по существу организовать на единых принципах специальные учебный и селекционный процессы в масштабе всей страны. Указанные творческие конкурсы возникли и развивались на основе командного студенческого чемпионата мира по программированию, который проводится с 1977 года. В сезоне 2003/2004 гг. в чемпионате мира приняли участие более 3000 команд ведущих университетов из 75 стран. Организационная схема чемпионата мира включает три этапа: четвертьфинальный, полуфинальный и финальный. Первые полуфинальные соревнования Северо-Восточного Европейского региона, включающего вузы России и стран ближнего зарубежья, состоялись в ноябре 1996 года. Базовым вузом этих соревнований 4

Международный

исполнительный

комитет

назначил

Санкт-Петербургский

государственный университет информационных технологий, механики и оптики. При их организации впервые было организовано синхронное во времени проведение состязаний в Санкт-Петербурге и Барнауле и использована для связи в реальном масштабе времени сеть RUNNet. Организация состязаний в Барнауле была поручена Алтайскому государственному техническому университету. Всего в Санкт-Петербург прибыли 52 команды, представлявшие 43 вуза из 30 городов России, Белоруссии, Киргизии и Эстонии, а в Барнаул – 19 команд, представлявших 15 вузов из 10 сибирских городов и Бишкека. Первые проведенные соревнования вызвали огромный интерес у студентов и вузовских преподавателей,

что

обеспечило

беспрецедентный

рост

числа

команд-участниц

полуфинальных соревнований Северо-Восточного Европейского региона в последующие годы и создание системы четвертьфинальных отборочных соревнований. Первыми четвертьфинальными отборочными соревнованиями за пределами Санкт-Петербурга стал первый чемпионат Урала по программированию, который был проведен в апреле 1997 года в Уральском государственном университете. В сезоне 1998/99 гг. дополнительно к Северной

(Санкт-Петербург,

вуз-организатор

–

СПбГУ

ИТМО)

и

Уральской

(Екатеринбург, вуз-организатор ─ УрГУ) четвертьфинальным группам присоединились Западная

четвертьфинальная

группа

(Минск,

вуз-организатор

─

Белорусский

государственный университет), Южная (Поволжская) (Саратов, вуз-организатор ─ Саратовский государственный университет), Центральная (Рыбинск, вуз-организатор ─ Рыбинская государственная авиационная технологическая академия), Дальневосточная (Владивосток, вуз-организатор ─ Дальневосточный государственный университет). В 1999 году была организована Сибирская четвертьфинальная группа (Новосибирск, вузорганизатор ─ Новосибирский государственный технический университет), которая через год разделилась на Западно-Сибирскую и Восточно-Сибирскую четвертьфинальные группы (Красноярск, вуз-организатор ─ Красноярский государственный технический университет). В 2000 году к состязаниям подключились Азербайджан, Армения и Грузия и была создана Закавказская полуфинальная подгруппа (Тбилиси, вуз-организатор ─ Грузинский

технический

университет).

В

2000

году

в

составе

Западной

четвертьфинальной группы начали выступать команды из Литвы, в 2002 году – из Латвии. В 2002 году появилась Узбекистанская полуфинальная группа (Ташкент, вуз-организатор ─ Ташкентский университет информационных технологий), а в 2003 – Казахстанская (Алма-Ата, вуз-организатор ─ Казахский национальный университет). Соответственно резко возрастало число участвующих в олимпиаде команд, стран и университетов. В 1999 году в четвертьфинальных и полуфинальных соревнованиях приняли участие 237 команд, 5

в 2000 – 273, в 2001 – 282, в 2002 – 364, в 2003 – 549. Рост числа участвующих университетов иллюстрируют следующие цифры: 1999 год – 118, 2000 – 130, 2001 – 133, 2002 – 155, 2003 – 210. Таким образом в текущем сезоне 2003/2004 гг. соревнования охватили 11 стран СНГ и ближнего зарубежья. Всего в четвертьфинальных и полуфинальных соревнованиях сезона 2003/2004 гг. приняли участие 549 команды из 220 вузов,

представляющих

практически

все

ведущие

классические

и

технические

университеты России, Азербайджана, Армении, Белоруссии, Грузии, Казахстана, Киргизии, Латвии, Литвы, Узбекистана и Эстонии. Это способствовало налаживанию культурных и научно-технических связей между ними. Таким образом к настоящему времени эти соревнования превратились в крупнейший за все время по географии и числу участников творческий научно-технический студенческий форум России и стран ближнего зарубежья. Северо-Восточная Европейская pегиональная полуфинальная гpуппа стала самой большой в чемпионате мира по числу участвующих команд, что позволило увеличить за прошедшие семь лет число мест в финале для этой гpуппы с двух (1996 г.) до одиннадцати (2004 г.). Функционирование опирающейся на сформированную организационную структуру системы подготовки высококвалифицированных кадров в области информационных технологий обеспечивается единой сетевой средой интернет-поддержки, в состав которой входят такие обладающие существенной новизной на международном уровне компоненты как система автоматической проверки программных решений, автоматическая система управления олимпиадами, банк олимпиадных заданий, структурированный по уровню сложности, тематике и другим классификационным признакам. При разработке указанных компонентов используются оригинальные технологические, программные и методические решения, обладающие новизной на уровне международной системы образования в области информационных и коммуникационных технологий, и собранный за последние полтора десятилетия информационный и учебно-методический материал. В рамках единой интегрированной среды интернет-поддержки учащийся может пройти весь цикл профессиональной подготовки, начиная от первоначального обучения основам фундаментальных

дисциплин,

составляющих

теоретическую

базу

компьютерных

информационных технологий, продолжая его на основе школьного олимпиадного материала различного уровня сложности, и в перспективе развивая свои способности уже 6

в студенческих олимпиадах. Разработанная система прошла многолетние объемные тестирование и апробацию, в ходе которых были реализованы образовательные творческие конкурсы, не имеющие по своим масштабам аналогов в российской и мировой практике. Единая интегрированная интернет-среда включает сетевые системы интернет-поддержки олимпиад и интернет-школ информатики и программирования, которые обеспечивают учебно-методическую и программную поддержку многоуровневой непрерывной системы поиска и подготовки высококвалифицированных кадров в области информационных технологий. Эта среда объединяет на единой методологической основе образовательные интернет-сервисы, обеспечиваемые олимпиадными сайтами и сайтами интернет-школ информатики и программирования. Единая интегрированная среда позволила эффективно организовать сетевое взаимодействие учащихся и преподавателей в масштабах всей страны, проводить дистанционные занятия, тестирования и конкурсы. Она строилась с учетом требований к функциональным возможностям разрабатываемой системы и ее эксплуатационным характеристикам. В предоставляемые сервисы входят: доступ к специальным теоретическим и учебно-тренировочным материалам и банкам заданий, новостям, автоматическое тестирование предлагаемых учащимися решений, на котором базируется подсистема тренировочного комплекса олимпиадных задач, доступ к соответствующим региональным сайтам. При этом было проведено ранжирование предлагаемых заданий по уровням сложности, предусмотрено размещение методических рекомендаций для педагогов, а также наличие различных видов коммуникативных сервисов для поддержки взаимодействия пользователей: интернет-гостиные (виртуальные встречи с ведущими учеными и педагогами), виртуальные научно-практические конференции и научно-методические конференции, форумы и круглые столы для свободного обсуждения теоретических и практических проблем. В указанной среде обеспечиваются дополнительные возможности организации проведения учебных занятий и творческих конкурсов, к которым, в частности, относятся предоставление учащемуся возможности делать несколько попыток предъявления решения, проведение олимпиад, тестирований и контроля знаний с учетом временных затрат учащихся и штрафов за неправильные подходы, коллективные формы работы при проведении олимпиад и тренинговых занятий, использование соревновательных элементов при проведении тестирований и контрольных занятий. Система удовлетворяет таким технико-технологическим требованиям как поддержка 7

единой иерархической групповой системы прав доступа к ее модулям, использование единой базы данных для хранения информации, поддержка основных серверных аппаратных платформ и операционных систем, унифицируемый интерфейс пользователя, поддержка групповой работы разработчиков, интегрируемость с другими системами и базами данных. В системе обеспечены механизмы защиты и безопасности данных. При разработке последней версии сетевой системы интернет-поддержки олимпиад были решены следующие задачи: 1. Разработана

концепция,

структура

содержательного

и

функционального

наполнения, спецификация сетевой системы интернет-поддержки олимпиад по информатике и программированию. 2. Создана спецификация задачи, как комплексного объекта, адаптированного для автоматизированной проверки. 3. Проведена

классификация

и

сформирован

банк

олимпиадных

заданий,

структурированный по уровню сложности, тематике и другим классификационным признакам. Банк разноуровневых задач олимпиад различных уровней размещен на сайте http://neerc.ifmo.ru по адресу http://neerc.ifmo.ru/school/problem-index.xhtml. Банк учебных задач, большинство из которых в настоящее время используются в интернет-школе

информатики

и

программирования,

размещен

на

сайте

http://ips.ifmo.ru по адресу http://ips.ifmo.ru/personal/problem_list.jsp (требуется регистрация в интернет-школе). 4. Разработана методика построения и выполнена программная реализация системы автоматического тестирования программных решений. 5. Разработана

методика

построения

и

выполнена

программная

реализация

автоматической системы управления олимпиадами. 6. Разработаны

методические

рекомендации

для

педагогов

и

учащихся

по

использованию сетевой системы интернет-поддержки олимпиад по информатике и программированию в учебных целях. 7. Проведены объемные тестирование и апробация системы на многочисленных творческих конкурсах по информатике и программированию, в число которых в 2003 году входили: •

Полуфинальные

соревнования

Северо-Восточного

европейского

региона

командного чемпионата мира по программированию. В олимпиаде приняли участие 550 команд (1650 студентов) из 210 вузов России и стран ближнего

8

зарубежья. Система использовалась как непосредственно для различных этапов олимпиады, так и для подготовки к ней. •

Всероссийская командная олимпиада школьников по программированию. В олимпиаде приняли участие более 300 команд из 50 городов Российской Федерации.

•

Всероссийская

олимпиада

школьников

закрытых

административных

территориальных образований (ЗАТО), удаленных гарнизонов и военных городков. В финальном туре олимпиады приняли участие более 70 школьников из 20 территориальных образований. •

Санкт-Петербургская и Московская городские олимпиады школьников по информатике, дополнительного

проводимые образования

ведущими

российскими

Санкт-Петербургским

учреждениями

городским

дворцом

творчества юных и Московским центром непрерывного математического образования. Весьма значительным оказалось влияние олимпиад по информатике и программированию на использование сетевых компьютерных технологий в преподавании фундаментальных курсов в области информационных и коммуникационных технологий. Одна из наиболее острых проблем, возникающих при их преподавании, заключается в том, что, с одной стороны, быстро расширяется объем знаний, умений и навыков, которыми должен владеть профессионал в области информационных и коммуникационных технологий, а с другой стороны, столь же быстро сокращается число преподавателей, способных излагать сложный

материал

дисциплин

компьютерного

цикла

на

уровне,

отвечающем

международным стандартам. При этом, рассчитывать на быстрое воспроизводство педагогических кадров в ближайшие годы не приходится. Проведение олимпиад требует участия самых высококвалифицированных специалистов, которые оказались наиболее востребованными и высокооплачиваемыми в индустрии разработки компьютерных технологий и которые первыми покинули образовательные учреждения. Это привело к необходимости широкого использования в олимпиадах компьютерных информационных и сетевых технологий. Разработанные при этом учебно-методическое и программное обеспечение и технологии, в основе которых лежат системы автоматического тестирования программных решений и автоматические системы проведения олимпиад и творческих конкурсов, реализованные в сетевом варианте, были использованы при разработке интернет-школ информатики и программирования и в настоящее время начинают широко использоваться в обычном учебном процессе. Прорабатываются и 9

возможности переноса созданных технологий на другие учебные дисциплины. Тем самым удается

снизить

потребность

в

преподавателях

высокой

квалификации

и

интенсифицировать труд тех, кто занят этой деятельностью. То есть начинает использоваться менее дорогая и, одновременно, более эффективная, чем исторически сложившаяся, технология обучения. Широкое внедрение новой технологии обеспечивает и надлежащее качество процесса обучения учащихся в удаленных от крупных образовательных центров регионах, поскольку созданная в рамках данной работы система обеспечивает эффективную реализацию дистанционной формы обучения. Таким образом профессиональное

образование

в

области

информационно-коммуникационных

технологий оказалось на лидирующих позициях в использовании этих технологий в учебном процессе.

Созданные в рамках созданной системы подготовки высококвалифицированных кадров команды российских студентов показали за последние пять лет выдающиеся результаты в финалах чемпионата мира по программированию, которые имели важное общественнополитическое значение для нашей страны. Они внесли существенный вклад в формирование положительного образа страны в мировом сообществе и оказали сильную поддержку

продвижению

на

мировой

рынок

российских

фирм-разработчиков

программного обеспечения. Первым значимым результатом выступлений российских команд в финале чемпионата мира по программированию явилось второе место, завоеванное командой СПбГУ (Виктор Баргачев, Илья Миронов, Олег Семенов, тренер Н.Н. Вояковская) в финале 1998 года в Атланте. В финале 1999 года в Эйндховене третье место заняла команда СПбГУ ИТМО (Александр Волков, Владимир Левкин, Матвей Казаков, тренер М.М. Сандлер). В финалах 2000 года в Орландо и 2001 года в Ванкувере первые места и звание двухкратных чемпионов мира завоевывала команда СПбГУ (Николай Дуров, Андрей Лопатин, Олег Етеревский, Виктор Петров, тренер Н.Н. Вояковская). В финале 2000 года команда СПбГУ ИТМО (Георгий Корнеев, Денис Кузнецов, Андрей Станкевич, тренеры М.М. Сандлер и М.А. Казаков) заняла четвертое место и получила серебряные медали, а в финале 2001 года – третье место и золотые медали. В финале 2002 года в Гонолулу команда Саратовского государственного университета (Андрей Лазарев, Михаил Мирзаянов, Илья Эльтерман, тренеры Н.Л. Андреева и А.Г. Федорова) заняла шестое место, завоевав серебряные медали и титул чемпиона Европы). В финале 2003 года в Беверли Хиллз команды МГУ (Максим Бабенко, Петр Митричев, Евгений Черепанов, 10

тренер Е.В. Панкратьев) и СПбГУ ИТМО (Тимофей Бородин, Александр Штучкин, Евгений Южаков, тренер Андрей Станкевич) занимают соответственно второе и третье места и получают золотые медали, команда Саратовского ГУ (Андрей Лазарев, Михаил Мирзаянов, Илья Эльтерман, тренеры Н.Л. Андреева и А.Г. Федорова) ─ седьмое место и получает серебряные медали. Командный студенческий чемпионат России по программированию проводился восемь раз. По три раза звание чемпионов России выигрывали команды СПбГУ (1997, 1999, 2000 гг.) и СПбГУ ИТМО (1996, 2001, 2003 гг.) и два раза – команда МГУ (1998 и 2002 гг.) Одним из важных общественно-политических результатов функционирования созданной системы подготовки высококвалифицированных кадров является ее социальная роль, заключающаяся в поддержке и привлечении в Россию способной молодежи из русскоязычного населения стран ближнего зарубежья. По теме работы имеется более 100 публиккций.

Руководитель работы

В.Н. Васильев

11