ПРЕПОДАВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ЧЕРЕЗ ПРОЕКТНУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ (ОПЫТ УНИВЕРСИТЕТА ГОРОДА ПЕРЕСЛАВЛЯ)

Абрамов Сергей Михайлович
дфмн, Институт программных систем РАН, директор,
152020, г.Переславль-Залесский, м.Ботик
Тел./факс (08535)98064
E-mail: abram@botik.ru

Юмагужина Валерия Николаевна
кфмн, Институт программных систем – «Университет города Переславля», проректор
152020, г.Переславль-Залесский, ул.Советсткая, 2
Тел. (08535)98131 Факс (08535)30865
E-mail: course@u.pereslavl.ru

Основное содержание образования в Университете города Переславля — современные технологии программирования, для овладения которыми нужны как глубокие теоретические знанию, так и практика создания клиентских и серверных приложений, умение работать с базами данных, владение техникой высокопроизводительных вычислений и т.п. Для повышения эффективности обучения в области современных технологий в Университете, среди прочего, применяется методика проектно-ориентированного обучения, то есть включение студентов в профессиональную деятельность для реализации реальных проектов, дифференцированных по уровню квалификации. В данном докладе представлены способы активизации проектной деятельности студентов.

В 1984 году в Переславле был открыт Филиал Института проблем кибернетики АН СССР, в настоящее время Институт программных систем Российской Академии Наук (http://www.botik.ru/PSI). ИПС РАН — один из немногих академических институтов России, занимающихся научными разработками в области программного обеспечения и информационных технологий. Сегодня Институт включает в себя пять научно-исследовательских центров, из которых три занимаются непосредственно информационными технологиями и разработкой программного обеспечения.

• Центр искусственного интеллекта (http://www.botik.ru/PSI/AIReC/AIReC.ru.html), руководитель к.ф.м.н. Е.П.Куршев, 18 научных сотрудников и аспирантов. Основные фундаментальные и прикладные разработки – создание экспертных систем, интеллектуальное управление сложными динамическими объектами, информационный поиск в среде Интернет (онтологический подход и мультиагентная поддержка).
• Центр медицинской информатики (http://www.interin.ru), руководитель к.т.н. Я.И.Гулиев, 28 научных сотрудников и аспирантов. Основные разработки – медицинская информатика, технология Interin и реализация на ее базе комплексных информационных систем для различных лечебно-профилактических учреждений.
• Центр мультипроцессорных систем (http://www.botik.ru/PSI/RCMS), руководитель д.ф.м.н. С.М.Абрамов, 22 научных сотрудника и аспиранта. Основные разработки – промышленная реализация программного обеспечения для мультипроцессорных систем (от низкоуровневых средств до законченных приложений), системы (среды) программирования с поддержкой автоматического динамического распараллеливания программ; эффективные технологии для построения региональных компьютерных сетей в городских и сельских районах России и полный комплекс программного обеспечение для таких сетей.

Теоретические исследования института тесно связаны с его прикладными работами; с давних пор в ИПС РАН по каждому научному направлению реализуется вся цепочка «фундаментальные исследования — инженерные разработки — коммерческое внедрения и передача технологий». Можно сказать, что в данном случае IT-наука интегрирована с IT-индустрией в рамках одного учреждения.

В целях более полного использования научного и кадрового потенциала ИПС РАН, а так же для пополнения Института новыми высококвалифицированными кадрами в 1993 году в Переславле было открыто негосударственное высшее учебное заведение – «Университет города Переславля» с обучением по специальности Прикладная математика и информатика. В настоящее время Университет (http://u.pereslavl.ru/) имеет государственную аккредитацию и называется «Институт программных систем — Университет города Переславля им. А. К. Айламазяна». Источник финансирования Университета — оплата за обучение; контингент — 300 студентов. Деятельность Университета рентабельна, прибыль направляется на развитие образовательных услуг. В Университете преподают сотрудники ИПС РАН, а также сотрудники других программистских фирм Переславля. В необходимых случаях привлекаются специалисты высшей квалификации из других городов. Профиль Университета — подготовка профессиональных программистов высокой квалификации.

Владение современными технологиями программирования — это сочетание трех классов знаний и крепких практических навыков.

Во-первых, это глубокая и крепкая теоретическая база информатики: классические математические курсы, современная алгебра, дискретная математика, логика, теория рекурсивных функций, теория формальных языков, модели различных вычислительных систем и т.п.

Во-вторых, это знания и навыки владения современными инструментами программист — здесь упомянем различные парадигмы, языки и системы программирования, Интернет-технологии (HTML, XML, .NET, Java, клиентские и серверные средства, языки сценариев), базы данных, технологии параллельного программирования и т.п.

В-третьих, знания и навыки технологий организации программистских проектов, включая практическое умение работать над большим проектом, быть в “команде” и доводить проект от замысла до реализации и внедрения в практику, прохождение опытной эксплуатации, поддержка программного продукта и корректировка системы по результатам опытной эксплуатации. Это включает и владение различными инструментами ведения проектов с многими участниками: например, Twiki, CVS, SVN, Request Tracker RT, Visual Studio Team Edition и т.п.

С целью повышения эффективности подготовки специалистов в Университете города Переславля применяют методы проектно-ориентированного обучения. Для реализации этого метода внесены изменения в учебные планы всех специальностей, в частности, выполнение студентами исследовательских курсовых работ начинается со второго курса, при этом темы курсовых работ —это части реальных исследовательских и производственных задач, выполняемых в научно-исследовательских центрах ИПС РАН. Для активизации проектной деятельности студентов Фонд поддержки университетского образования, созданный в Переславле, объявляет конкурсы студенческих научных проектов с присуждением грантов на их реализацию.

В процессе обучения реализуются проекты разной степени сложности в зависимости от уровня требуемой квалификации.

1. Начальный (примитивный) уровень предполагает работу студентов младших курсов. Темы курсовых работ для студентов второго курса обычно являются небольшие разделы текущих проектов, в разработке которых участвуют студенты старших курсов и аспиранты. Тем самым достигается построение учебной вертикали, когда старшекурсники участвуют в работе с младшими студентами в ходе выполнения проекта. В таком режиме ведутся, например, проекты Clearmail (разработка системы средств защиты от нежелательной почты), OpenTS (система параллельного программирования), Nadmin (программное обеспечение для региональных компьютерных сетей), Interin (медицинская информатика) и др.
2. Студенты 3-4 курсов выполняют работу, требующую среднего уровня квалификации: написание небольших и средних фрагментов в программистских проектах.
3. Старшекурсники (4–5 курс), успешно справившись с предыдущими уровнями курсового проектирования привлекаются к реализации проектов ИПС РАН на уровне ответственных разработчиков серьезных программистских проектов (под-проек-тов). Так, например, в последние годы студенты на таком уровне успешно участвовали в реализации суперкомпьютерного проекта СКИФ, создании систем искусственного интеллекта, отработке GRID-технологий. Студенческие работы опубликованы. В качестве иллюстрации перечислим несколько разработок подобного уровня (со страницы http://www.botik.ru/PSI/RCMS/activity/publications/publications.ru.html доступ-ны многие из публикаций, цитируемых ниже; выбраны те публикации, которые написаны только студентами, либо при их существенном вкладе):
• Администрирование серверов (http://joker.botik.ru/ и http://u.pereslavl..ru/) Университета, система учета персонального Интернет-трафика студентов. Работа выполнена студентами 2 курса в операционной системе LINUX.
• Комплекс работ по программному обеспечению для параллельных вычислений в кластерах (суперкомпьютерная программа «СКИФ» Союзного государства), территориально распределенных системах [1],[2] и системах на платформе .NET [3], реализацию системы OpenTS и приложений на ее базе для ОС Linux, перенос OpenTS в среду Microsoft Windows Computing Cluster Server. Отметим работы [1],[2], посвященные разработке средств интеграции виртуальных машин (работающих на различных платформах) в единую GRID-сеть для проведения сложных расчетов. Эта разработка является частью проекта Президиума РАН по высокопроизводительным распределенным вычислениям и выполняется студентами старших курсов (А. Ю. Первин, Ф. А. Коряка и др.) под руководством и с участием сотрудников ИПС РАН (С. М. Абрамов, А. А. Московский).
• Многолетняя работа студенческой команды над программным обеспечением региональных компьютерных сетей, включающая такие аспекты, как: управление сетью и биллинг [4],[10],[14], мониторинг работоспособности сети [11] и самовосстановление (в некоторых случаях) оборудования после сбоев, борьба со SPAM и вирусами [5], пакет программ Botik Tools для клиентов компьютерной сети [6],[12], специализированная геоинформационная система (ГИС «Botik Map» [7],[8],[15]) для сопровождения региональных компьютерный сетей, реализация различных услуг связи (IP=телефония, Web-хостинг [9],[13] и др.). Отметим здесь, двухлетнюю (4 и 5 курс) работу двух студентов — ГИС «Botik Map». Это схема компьютерной сети, наложенная на электронную географическую подложку (в нашем случае — на электронную карту Переславля). Система содержит информацию о всех компонентах сети (каналы, узлы связи), сопряжена с мониторной системой и в реальном времени отражает работоспособность разных участков сети. В этой же системе поддержана идея «народной карты»: каждый желающий может самостоятельно нанести на электронную карту магазин, аптеку, детский сад, жилой дом, любое предприятие и учреждение с любой информацией о нем (часы работы, имя директора, телефоны и т.п.) Вся новая информация попадает в ГИС после одобрения модераторами. Для создания ГИС авторами был написан программный комплекс (серверная и клиентские части) объемом более 7000 строк. В то же самое время эти студенты были задействованы и в других проектах: один в системе мониторинга «Botik MON», другой — в пакете Botik Tools программ для клиентов сети (более 11 тысячи строк на Tcl/Tk), включающая три программы: Botik Tester — автоматическая проверка качества связи, составление и отправке объективной подробной жалобы; Botik Key — средство защиты от «кражи» IP-номера; Botik Look — средство детализации счета и анализа расходов на услуги связи.

За счет преподавания современных технологий программирования через проектную деятельность многие студенты Университета быстро «дорастают» до серьезного участия в реальных проектах и становятся (на 2–4 курсе) совместителями в ИПС РАН. По завершению обучения, самые талантливые принимаются в штат Института или поступают в аспирантуру ИПС РАН.

Тем самым, в Переславле-Залесском (де-факто, но, к сожалению, не де-юре) создан научно-учебный и внедренческий комплекса в отрасли ИКТ, решающий:

• образовательные задачи в области ИКТ — Университет реализует кружковую работу со школьниками, высшее образование, переподготовку кадров и повышение квалификации; ИПС РАН в качестве своих подразделений имеет Международный детский компьютерный центр им. А. К. Айламазяна (для школьников), собственный детский сад и начальную школу, аспирантуру и диссертационный докторский совет;
• исследовательские задачи, разработку, внедрение, сопровождение и передачу технологий в отрасли ИКТ — ИПС РАН.

Создание в 1993 году подобного комплекса намного упредило сегодняшние идеи «ИКТ-технопарков». Отметим, 1993 год нельзя считать благоприятным моментом для начала подобных проектов. Однако, без того давнишнего управленческого предвидения и рискованного решения по формированию научно-учебного комплекса сегодня не было бы в Переславле-Залесском ни успешного Института, ни Университета, эффективно решающего кадровые проблемы в регионе. Подтверждением такого вывода может служить, например, тот факт, что сегодня (хотя прошло только 12 лет) 30% штатного кадрового состава ИПС РАН составляют наши выпускники, некоторые из которых заняли лидирующие позиции в Институте, успешно защитили кандидатские диссертации.

1. С. М. Абрамов, А. А. Московский, А. Ю. Первин, Ф. А. Коряка Создание испытательного полигона для GRID-приложений в городе Переславле-Залесском // Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений : Труды Всероссийской научной конференции, 19-24 сентября 2005 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 145–146. 2005.
2. С. М. Абрамов, Ф. А. Коряка, А. А. Московский Региональные grid-сети // Мир ПК, No 8, М., с. 80-82, 2005
3. À. Chudinov, V. Roganov Parallel Computing Runtime for .NET Framework // In Proc: NET Technologies'2003 (http://wscg.zcu.cz/Rotor/NET%5F2003/) — 1st International Workshop on C# and .NET Technologies on Algorithms, Computer Graphics, Visualization, Distributed and WEB Computing; University of West Bohemia, Plzen, Czech Republic, February 5–7, 2003
4. С. В. Бурчу, А. В. Карлаш, А. С. Нестеров, Ю. В. Шевчук Административно-расчетная система Nadmin как электронная система автоматического обслуживания // Научный сервис в сети Интернет: Труды Всероссийской научной конференции, 19-24 сентября 2005 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., с. 263-264. 2005.
5. С. В. Бурчу, Ю. В. Шевчук Методы обнаружения сетевой вирусной активности // Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений : Труды Всероссийской научной конференции, 19-24 сентября 2005 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 262–263. 2005
6. С. М. Абрамов, Д. В. Белышев, М. В. Гумин, А. А. Кузнецов, А. С. Нестеров, Ю.В. Шевчук Botik Tools: Пакет программ для абонентов научно-образовательной сети города Переславля-Залесского // Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений : Труды Всероссийской научной конференции, 19-24 сентября 2005 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 254–257, 2005.
7. А. А. Кузнецов, М. В. Гумин. Разработка геоинформационной системы для компьютерной сети г. Переславля-Залесского // Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций: Материалы 13-й Международной научно-технической конференции, 14-16 декабря 2004 г. Рязань: Рязанская государственная радиотехническая академия, с. 203-205 ISBN 5-7722-0209-X, 2004
8. А. А. Кузнецов, М. В. Гумин Разработка геоинформационной системы для системы телекоммуникаций «Ботик» // Научный сервис в сети Интернет: Труды Всероссийской научной конференции, 20-25 сентября 2004 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 91–93, 2004
9. С. В. Бурчу, Ю. В. Шевчук Сервер аренды WWW-пространства // Научный сервис в сети Интернет: Труды Всероссийской научной конференции, 20-25 сентября 2004 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 220–221, 2004
10. С. М. Абрамов, П. Г. Жбанов, А. В. Карлаш, А. С. Нестеров, Е. В. Ермилова, Ю. В. Шевчук. Надмин — административно-расчетная система для региональных сетей // Научный сервис в сети Интернет: Труды Всероссийской научной конференции, 20-25 сентября 2004 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М., стр. 195-200; 2004
11. В. В. Парменова Адаптация мониторной системы MON для системы коммуникаций «Ботик» // Международная конференция «Программные системы: теория и приложения», Переславль-Залесский, Т. 1, май 2004, Наука, Физматлит, М.. с. 265-276, 2004
12. А. А. Кузнецов Разработка геоинформационной системы для СТ «Ботик» с использованием TCL/TK для реализации клиентской части // Международная конференция «Программные системы: теория и приложения», Переславль-Залесский, Т. 1, май 2004, Наука, Физматлит, М.. с. 277-293; 2004
13. С. В. Бурчу Методы хостинга веб-сайтов, применимо к системе телекоммуникаций «Ботик» // Международная конференция «Программные системы: теория и приложения», Переславль-Залесский, Т. 1, май 2004, Физматлит, М.. с. 257-264; 2004
14. Е. В. Ермилова, А. В. Карлаш, А. С. Нестеров, П. Г. Жбанов, Ю. В. Шевчук Nadmin — система администрирования для региональных сетей // Международная конференция «Программные системы: теория и приложения», Переславль-Залесский, Т. 1, май 2004, Наука, Физматлит, М.. стр. 231-256; 2004
15. С. М. Абрамов, Е. В. Ермилова, А. В. Карлаш ГИС для региональных сетей (СТ «Ботик») // Научный сервис в сети Интернет: Труды Всероссийской научной конференции, 22-27 сентября 2003 г. Новороссийск, Изд-во МГУ, М..; 2003