СВОБОДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА БАЗЕ LINUX В ВЫСШЕМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ

Картузов Александр Вячеславович (Kartuzov@coop.chuvashia.ru)
к.п.н.
Чебоксарский кооперативный институт Российского университета кооперации, г. Чебоксары

Аннотация
Использование свободного программного обеспечения становится приоритетной задачей Российского образования. В статье автор делится многолетним опытом внедрения Linux на нескольких специальностях высшего профессионального образования. Производится сравнительный анализ, выявляются достоинства и недостатки подхода.

Kartuzov Alexander (Kartuzov@coop.chuvashia.ru)

Annotation
Usage of the free software becomes the Russian education foreground task. In article the author shares long-term experience of implantation the open software on several specialities of the higher vocational training. The comparative analysis is made, merits and demerits of the approach come to light.

Инновационные информационные технологии свободного программного обеспечения (СПО) начинают применяться в российском образовании. Разрешите в этой статье поделиться опытом внедрения пакета свободного программного обеспечения (СПО) на базе Linux для специальностей "Прикладная информатика (в экономике)" и "Математика", где автор ведет преподавательскую работу. Для последней специальности особенно важно, так как будущие педагоги скорее всего после окончания вуза будут работать в школах, где уже начато внедрение СПО.

Кратко остановимся на истории проекта внедрения СПО в российское образование. В 2008 российские школы получили базовый пакет лицензионного ПО, внедряемого в рамках приоритетного национального проекта "Образование".

Базовый пакет содержит наиболее востребованные с функциональной точки зрения категории лицензионного ПО (56 компакт-дисков) для использования во всех общеобразовательных учреждениях РФ и соответствует требованиям федерального компонента Государственного стандарта "основное общее образование и среднее (полное) общее образование на базовом уровне" по дисциплине "Информатика и информационно – коммуникационные технологии" [2].

Пакет лицензионного ПО представляет собой Microsoft Windows разных версий и набор ориентированных на них популярных программных продуктов различных компаний.

1. базовые офисные программы Microsoft Office (текстовый процессор, электронные таблицы)
2. средства работы с Интернет (почтовые клиенты, веб – браузер)
4. мультимедийные программы (графические редакторы Corel, Adobe, работа со звуком)
5. средства программирования (Borland Delphi, Java, Visual Studio) и работы с базами данных
6. антивирус Касперского и др.

По истечении трех лет действия лицензий школы смогут сделать выбор: использовать платные лицензионные программные продукты, приобретая их за свой счет, или перейти на бесплатное отечественное свободное ПО.

Разработка пакета свободного отечественного программного обеспечения – одна из центральных задач, которую необходимо решить для информационной безопасности России, о чем неоднократно упоминал президент РФ.

"Разработка собственных свободных программных продуктов имеет для нас стратегическое значение, так как обеспечивает нашу относительную независимость в этой сфере" (Д.А. Медведев – президент РФ).

Необходимо отметить, что свободные программы все больше будут использоваться в бюджетных учреждениях и бизнес-сфере. В рамках реализации национального приоритетного проекта "Образование" была принята "Концепция развития разработки и использования свободного программного обеспечения в Российской Федерации" [8].

Целью Концепции является создание условий, обеспечивающих органам государственной власти, гражданам и субъектам экономической деятельности получение преимуществ в выполнении своих задач от использования СПО в масштабах, соответствующих мировому уровню.

Для достижения указанных целей необходимо обеспечить:

1. развитие инфраструктуры разработки и использования СПО, в том числе для государственных и муниципальных нужд
2. организацию в целях расширения разработки и использования СПО дополнительного профессионального образования специалистов в различных отраслях экономики и государственного управления, а также иных заинтересованных лиц

В целях организации повышения квалификации, профессиональной подготовки и переподготовки специалистов в различных отраслях необходимо:

1. определение, формулирование и описание компетенций, связанных с СПО, как для массового пользователя, так и для персонала профессиональных участников рынка информационно-коммуникационных технологий
2. разработка и распространение учебных программ и учебно-методических материалов для данных компетенций

Под компетенцией подразумевается знание, умение, навык или их комбинация с заданной степенью детализации с учетом требуемой работодателем сложности, нестандартности и степени ответственности при выполнении работ (объект, предназначенный для изучения и освоения).

Основным преимуществом СПО для целей образования является имеющая правовую основу возможность свободно изучать документированный исходный код свободных программ для ЭВМ и модифицировать его, в том числе создавать на его базе собственные разработки.

Для целей образования необходимо обеспечить преподавателям и обучающимся возможность выбора между свободным и закрытым ПО.

Расширение разработки и использования СПО позволит достичь следующих результатов:

1. достижение значительной экономии бюджетных средств, расходуемых на разработку и модернизацию программ для ЭВМ, как за счет снижения затрат на приобретение лицензий, так и за счет повторного использования разработанных программ и их компонентов
2. сокращение незаконного использования интеллектуальной собственности
3. создание новых рабочих мест
4. наращивание интеллектуального потенциала страны
5. расширение использования лучших программных решений на всех уровнях государственного и муниципального управления
6. расширение участия научных и образовательных учреждений в разработке программ для ЭВМ, что укрепит их экономический базис и будет способствовать развитию высокотехнологических разработок
7. повышение качества образования всех уровней за счет использования преимуществ СПО для целей образования
8. сокращение дефицита квалифицированных кадров, необходимых для разработок базовых разновидностей программ для ЭВМ и ПО для критически важных объектов инфраструктуры

Основной целью реализации данного проекта является создание необходимых условий для обеспечения массового перехода образовательных учреждений на использование пакета свободного программного обеспечения (ПСПО) в 2009 году.

Для достижения указанной цели требуется решить следующие задачи:

1. разработать ПСПО для наиболее распространённых аппаратных конфигураций компьютеров образовательных учреждений
2. разработать учебные и методические материалы для использования ПСПО в учебном процессе
3. разработать методику и отработать технологию внедрения и поддержки ПСПО на примере образовательных учреждений субъектов Российской Федерации

Таким образом, политика министерства образования и науки РФ на ближайшее время выглядит так:

• закупка на 3 года лицензий на распространенное проприетарное программное обеспечение (за счет федерального бюджета)
• использование пакета свободного программного обеспечения (ПСПО):
  • 2007 год – разработка ПСПО
  • 2008 год – пилотное внедрение в 3-х субъектах РФ (Республика Татарстан, Пермский край, Томская область)
  • 2009 год – доработка и распространение ПСПО
• продление лицензий ОУ за собственный счет (2010 г.) или полное внедрение ПСПО

Несмотря на то, что Чувашская республика не входит в число трех пилотных регионов для внедрения СПО, благодаря открытости проекта, Чебоксарский кооперативный институт Российского университета кооперации (ЧКИ РУК) стал его участником.

ОС Linux является одной из наиболее технически совершенных и перспективных систем, навыки работы с которой необходимы не только профессиональным, но и обычным пользователям. В результате освоения данной системы студенты получают бесценный опыт, который обязательно будет востребован в их предметной области. Кроме того, решаются воспитательные задачи, связанные с легальным использованием программного обеспечения и уважительным отношением к труду международного сообщества.

В состав образовательного дистрибутива ALT Linux Master входят [3] программы по 22 категориям: архиваторы, антивирусы, текстовые редакторы, электронные таблицы, базы данных, графические редакторы, проигрыватели мультимедиа, средства программирования и др.

Как видно из состава дистрибутива, он нацелен на решение основных образовательных задач в рамках многих курсов информатики и программирования и подходит как для средних, так и для высших учебных заведений. После сравнительного анализа программ ПСПО и аналогов, применяемых в Microsoft Windows, был сделан вывод о хорошей применимости данных пакетов.

Преимущества коммерческих лицензий заключаются в следующем:

• знакомая среда для работы
• большое количество методического обеспечения и литературы
• широкая распространенность коммерческого ПО на будущих рабочих местах

Недостатки коммерческого ПО, на наш взгляд, выражаются в следующем:

• ограничение в использовании согласно лицензионным требованиям
• закупка новых лицензий и продление существующих за собственный счет
• невозможность использования серверов (покупка лицензий за свой счет)

Установка ПСПО даст следующие преимущества:

• установка на любое число рабочих мест, возможность передачи дистрибутива ученикам, родителям
• наличие исходных кодов программ
• нет затрат на закупку лицензий
• техническая и Интернет-поддержка
• участие учителей и учеников в развитии ПСПО (нет лицензионных проблем, доступность Интернет-ресурсов)
• использование техники с невысокими характеристиками производительности
• оперативные обновления программного обеспечения
• невосприимчивость к вирусным атакам

Недостатки ПСПО таковы:

• неполная поддержка периферийного оборудования
• ограниченное количество образовательных программ
• неполная совместимость с продуктами 1С
• обучение новым интерфейсам

Кроме того, Linux устраняет скрытые затраты, которые есть в Windows:

• меньше проблем защиты и конфиденциальности
• не теряется поддержка старых версий ОС
• новые программы вполне работают на старых компьютерах
• Вас не вынуждают к апгрейду ПО и "железа" каждые два года
• система не начинает со временем замедлять работу (из-за разрастания реестра, вредноносных программ и по другим причинам)
• Вас не заставляют обновить продукт из-за его искусственной привязке к другому ("Для установки этой программы требуется новая версия Internet Explorer!")
• не нужно переустанавливать операционную систему из-за испорченных программ
• нет потерь производительности из-за встроенного управления цифровыми правами (Vista Content Management)
• не нужно разбираться в юридических тонкостях лицензий
• не нужно покупать множество лицензий – для персонального компьютера и ноутбука, для основной и резервной системы и т.д.
• нет риска, что добросовестно купленный вами диск с программным обеспечением окажется контрафактным
• нет ограничений при апгрейде компьютера (из-за требования активации Windows WPA)

В случае успешного применения свободного ПО необходимо выполнить корректировки школьных программ по информатике - исключить упоминание продуктов конкретных фирм, из ЕГЭ - изъять вопросы, ориентированные на знание программ конкретных производителей.

Одна из проблем, от которой в значительной степени зависит судьба проекта, заключается в необходимости быстрого и эффективного обучения учителей. Нужны учебники, методические материалы. За решение этой непростой задачи взялась "Академия АйТи", выигравшая конкурс на обучение по программе "Формирование ИКТ-компетентности педагогического состава образовательных учреждений в области СПО с использованием дистанционных технологий обучения".

"АйТи" разрабатывает четыре типа учебно-методических комплексов для учителей-предметников, учителей информатики и административно-педагогических работников. До конца 2008 года планировалось обучить около 2,5 тыс. пользователей работе в Linux в дистанционной форме с контролем знаний в очном формате.

Сейчас идет этап активного внедрения и разработки учебно-методических материалов для СПО (Министерство образования и науки 21 учебное пособие – в свободном доступе). Был проведен конкурс "Код свободы", в котором приняло участие 482 учителя. 3 победителя награждены путевками в Египет, 100 получили нетбуки Asus Eee 101, остальные (в т.ч. автор) награждены почетными грамотами.

Внедрение Linux в учебный процесс проводилось автором уже в течение нескольких лет для специальности "Прикладная информатика (в экономике)" [1]. После анализа ГОС специальности, учебного плана, учебных программ, междисциплинарных связей реализовано использование Linux в курсах "Операционные системы, среды и оболочки" [5], "Сетевое администрирование", "Базы данных", "Публикация данных в Интернет", "Мировые информационные ресурсы".

Для этого во всех дисплейных классах Чебоксарского кооперативного института установлен ALT Linux как вторая операционная система. Кроме того, установлен сервер Linux, в котором с помощью средств автоматизации (скриптов) для каждого студента создаются:

1. имя для входа (логин), содержащий код группы и порядковый номер студента (например, pk41d_01)
2. личный пароль (может быть изменен студентом самостоятельно)
3. домашний каталог для хранения файлов (недоступный для других пользователей), кроме того, разрешен доступ в каталоги общего пользования)
4. персональная база данных в СУБД MySql
5. пространство для создания сайта в web-сервере Apache
6. почтовый аккаунт для электронной почты

Примечательно, что многие компоненты этой системы создаются автоматически (почтовый адрес, личный каталог, совпадают с логином), для реализации других написано три программы, которые получают на входе код группы и количество студентов.

Рассмотрим подробнее, как эти компоненты используются в различных дисциплинах.

Лабораторные работы по дисциплине "Сетевое администрирование" включают в себя управление файловой системой Linux, правами пользователей, программированию скриптов в командном интерпретаторе Bash, обработке текстовых лог-файлов на языке Perl. Уникальные механизмы доступа к файловой системе регулируют всевозможные права различных категорий пользователей, в результате чего студенты получают навыки практической работы администратора.

При обучении в рамках этого предмета благодаря гибким средствам безопасности Linux была применена технология создания личных каталогов студентов. Данные каталоги могут использоваться для хранения лабораторных работ, а также для создания сайтов в следующем курсе "Публикация данных в Интернет". Великолепная защищенность ОС Linux позволяет не беспокоиться о сохранности этих файлов, в то же время обеспечивая доступ к ним с любого терминала компьютерных классов по личному паролю.

В курсе "Базы данных" для каждого студента создаются персональные базы данных в СУБД MySql. MySql является бесплатной полной реализацией языка SQL, основанной на открытых кодах. В ходе лабораторных работ в персональной базе данных возможны операции не только чтения, но и записи, поэтому возможно изучение всех команд подмножества определения данных DDL. Для доступа к базе данных также используется бесплатный клиент, не требующий инсталляции. Кроме того, в рамках курсовой работы студенты разрабатывают собственную БД, которая затем импортируют ее в MySql. Для автоматизации процесса проектирования используется бесплатное CASE-средство DB Designer, генерирующее корректный DDL-скрипт, который можно исполнить в любой СУБД для создания таблиц и связей между ними.

Настоящую свободу самовыражения, базирующихся на современных технологиях web-сервера Apache, студенты получают в рамках дисциплины "Публикация данных в Интернет". Используя базовые средства гипертекстовой разметки HTML, а также каскадные таблицы стилей CSS и изученный ранее язык программирования JavaScript, студенты разрабатывают собственные сайты, отражающие деятельность различных организаций – электронные магазины, каталоги продукции, новостные рассылки и пр. На сайтах с помощью технологий активных серверных страниц PHP публикуется информация из баз данных MySql (разработанных в курсе "Базы данных"), которая обновляется динамически. В результате студенты реализуют различные средства обратной связи – гостевую книгу, отзывы, заказы и др. Разработанные по современной технологии интерактивные сайты располагаются в пространстве web-cервера Apache.

Таким образом, реализуя связь с практикой, опираясь на полученные знания в других предметах, обучающиеся создают законченные решения, готовые к применению в будущей профессиональной деятельности.

В 2007 году в ЧКИ РУК был создан студенческий портал, который сразу получил диплом II регионального форума студенческих СМИ "Проблемы и перспективы развития студенческих СМИ".

Теперь поговорим о концепции курса "Компьютерные науки" для математиков. К сожалению, традиционно для математиков предлагается изучение даже не одного, а нескольких языков программирования высокого уровня. Разрабатываемая концепция курса предлагает устранить этот перекос в сторону программирования, сохранив при этом интеллектуальный уровень будущих педагогов-математиков благодаря изучению различных инновационных информационных систем.

Предлагается следующий учебный план, который уже подкреплен методическим обеспечением [4]:

• 3 семестр – операционная система Linux, работа в OpenOffice, графические пакеты
• 4 семестр – системы символьной математики Maxima, SciLab
• 5 семестр – реляционная алгебра, язык SQL, системы управления базами данных

В состав офисных средств общего назначения СПО входят текстовый редактор Writer (с поддержкой форматов Microsoft Office 2007 и Adobe PDF), электронная таблица Calc, средство подготовки презентаций Impress, графический редактор для схем Draw. Для выполнения лабораторных работ планируется использовать методические указания из комплекта СПО.

Основным инструментальным пакетом для математиков является программа символьной алгебры Maple. Аналогом ее в мире СПО является Maxima [6]. Программа разрабатывается с 60-х годов и может работать на различных платформах (в т.ч. Windows).

Maxima позволяет строить графики функций и статистических данных в двух и трех измерениях, решать уравнения и системы алгебраических уравнений. Maxima может вычислять производные и интегралы, раскладывать функции в ряды Тейлора, вычислять пределы и находить точные решения обыкновенных дифференциальных уравнений.

Одной из самых важных и широко используемых в образовании, экономике и финансах является технология баз данных. Базы данных являются основой информационной системы любого предприятия. Математикам будет легко понять логику предикатов языка структурированных запросов (SQL), так как он основан на реляционной алгебре.

Реляционная модель – это абстрактная теория данных, основанная на математических теориях (теория множеств и логика предикатов, часто объединяют термином реляционная алгебра). Именно она делает эту область наукой.

В состав курса вошла также теория проектирования баз данных (нормальные формы) и непосредственно операторы создания и манипулирования данными (DDL и DML). Вся теория изучается на практических примерах – модели учебного заведения.

После выступления на научно-методическом семинаре перед аспирантами и ассистентами кафедры методики преподавания математики Чувашского государственного университета, было решено принять данную концепцию информатизации образования будущих учителей математики за основу.

Разработанная концепция успешно реализуется на протяжении двух семестров на кафедре методики преподавания математики Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова. Отзывы положительные, студенты успешно с неподдельным интересом выполняют задания, пополняя багаж знаний современными информационными технологиями, приобретая необходимые компетенции.

Таким образов, использование СПО в высшем профессиональном образовании на различных специальностях позволяет повысить уровень информационной культуры, обеспечивает защиту интеллектуальной собственности, снизить расходы на приобретение лицензий, нивелировать зависимость от иностранных компаний, обеспечить выпускникам вузов высокую конкурентноспособность при работе по специальности.

Литература

1. Картузов А.В. Внедрение технологий открытого программного обеспечения в преподавание цикла специальных дисциплин // Информатизация сельской школы (Инфосельш-2005): Труды III Всероссийского научно-методического симпозиума.- Анапа; М.: Книголюб, 2005.- С. 548-550
2. Картузов А.В. Информационные технологии в сфере образования / А.В. Картузов, А.А. Черемина // Молодежь и кооперация - 2008: Тезисы докладов XXXII итоговой межрегиональной студенческой научной конференции, посвященной 95-летию Российского университета кооперации.- Чебоксары, 2008.- С. 486-487
3. Картузов А.В. Лицензионное и свободное программное обеспечение в Российском образовании / А.В. Картузов, В.А. Михеева // Молодежь и кооперация - 2008: Тезисы докладов XXXII итоговой межрегиональной студенческой научной конференции, посвященной 95-летию Российского университета кооперации.- Чебоксары, 2008.- С. 308-309
4. Картузов А.В. Методика профессиональной подготовки специалиста в области применения информационных технологий для управления учебным процессом. Монография.- Чебоксары: ЧКИ РУК, 2007.– 292 с.
5. Картузов А.В. Операционные системы, среды и оболочки: Учебное пособие.- Чебоксары: ЧКИ РУК, 2007. – 224 с.
6. Картузов А.В. Система символьной математики Maxima / А.В. Картузов, С.Ю. Скворцова // Молодежь и кооперация - 2008: Тезисы докладов XXXII итоговой межрегиональной студенческой научной конференции, посвященной 95-летию Российского университета кооперации.- Чебоксары, 2008.- С. 422-423
7. Картузов А.В. Проектирование управленческого процесса в ИТ-образовании: Монография.- Чебоксары: РИО ЧКИ РУК, 2009.– 208 с.: с илл.
8. Концепция развития разработки и использования свободного программного обеспечения в Российской Федерации http://www.minsvyaz.ru/upload/docs/20080314101749lP.rtf?proceed