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

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.

Глава 2. ФИЛОСОФИЯ ИНЖЕНЕРНОГО ПОДХОДА К СОЗДАНИЮ ВИРТУАЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ЛАБОРАТОРИИ НА ОСНОВЕ АБСТРАГИРОВАНИЯ

Инженерный подход помогает систематически и дисциплинированно решать возникающие проблемы при разработке и создании новых продуктов, процессов или систем, а также является гармоничным сочетанием науки, технологий и творчества, что приводит к созданию продуктов и систем, которые не только удовлетворяют текущие потребности, но и ведут нас к более яркому и инновационному будущему [100,101].

Подобно художнику, создающему шедевр, инженер объединяет инновационные идеи с возможностями современных технологий и программного обеспечения, искусственным интеллектом и математическими расчетами для создания продуктов и решений, которые могут улучшить жизнь людей и преобразить общество. Это требует глубокого понимания технических аспектов, внимания к деталям и способность видеть общую картину: то, как технологии и методы вписываются в более широкий контекст нашей жизни и будущего.

Также необходимо подчеркнуть, что инженерный подход – это не только о создании, но и о непрерывном улучшении. Это циклический процесс, в котором новые решения постоянно тестируются, анализируются и совершенствуются. Такой подход помогает обеспечить функциональность и надежность конечного продукта или системы, а также реализовать возможности для адаптации к меняющимся условиям и потребностям.

В конечном итоге, инженерный подход – это нечто большее, чем просто способ решения проблем. Это способ мышления и взгляда на мир, который подчеркивает инновации, качество и постоянное стремление к улучшению.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория – это гармоничное сочетание инновационных технологий и передовых образовательных методик. Она находится на стыке системной инженерии и педагогических наук, объединяя лучшее из обеих сфер, где самые современные технологии встречаются с образовательными инновациями и формируют идеальную платформу для глубокого погружения в учебный процесс и экспериментирования, открывая новые возможности для образования и исследований.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория является сложной междисциплинарной системой, которая требует особого подхода к проектированию и управлению. В ней интегрируются передовые технологии и педагогические принципы, создавая среду, в которой техническое лидерство встречается с обучением и развитием. В этом контексте применение инженерного подхода и холистического мышления в рамках системной инженерии становятся ключевыми элементами для эффективного создания и управления такой лабораторией.

Применение системного анализа и главным образом метода абстрагирования в этом случае не просто желательно, но и необходимо. Этот метод позволяет разработчикам и экспертам в области ИТ-образования выделить ключевые элементы и процессы, упрощая сложные системы и делая их более понятными и управляемыми. Абстрагирование помогает сосредоточиться на фундаментальных принципах и функциях Виртуальной Компьютерной Лаборатории, минимизируя одновременно внимание к менее важным или излишним деталям.

При создании Виртуальной Компьютерной Лаборатории, применение метода абстрагирования дает возможность взглянуть на нее и с точки зрения эксперта в области ИТ-образования, и с точки зрения инженера-системотехника, что помогает получить тщательное и многогранное представление о Виртуальной Компьютерной Лаборатории, с учетом различных перспектив и потребностей конкретной образовательной программы – от базового программирования до сложных научных экспериментов в широком спектре учебных и исследовательских задач.

Для начала давайте попробуем абстрагировано взглянуть на академические аспекты Виртуальной Компьютерной Лаборатории, чтобы уточнить цели и образовательные потребности, а также детализировать требования к лаборатории, применяя холистический подход системной инженерии.

✧ ВЗГЛЯД РУКОВОДИТЕЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ✧

Осознание образовательного потенциала Виртуальной Компьютерной Лаборатории

Создание Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо для того, чтобы повысить качество ИТ-образования и готовить востребованных ИТ-специалистов, способных успешно решать актуальные задачи глобальной цифровой трансформации в условиях существенного повышения сложности информационных технологий. Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет студентам возможность получать практический опыт работы с многокомпонентными распределенными информационными системами, технологиями искусственного интеллекта и обработки больших данных, а также разрабатывать мультиплатформенные приложения.

Внедрение Виртуальной Компьютерной Лаборатории в образовательный процесс дает возможность учащимся экспериментировать и проводить исследования в контролируемой и безопасной среде, что повышает качество обучения и стимулирует творческий подход, давая возможность самостоятельно изучать широкий спектр информационных систем и технологий, выполнять практические задания/испытания при трудоустройстве.

Стратегическое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией

Стратегическое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией включает планирование, реализацию и контроль деятельности, которая направлена на достижение долгосрочных целей и обеспечение устойчивого развития, т.е. на создание продуктивной и безопасной среды для обучения, исследований и разработок в сфере цифровых технологий с акцентом на важность сбалансированного взаимодействия между человеком и технологиями для повышения эффективности работы.

Ключевым направлением развития лаборатории является обеспечение надежного доступа для всех пользователей, независимо от их местоположения и времени суток, с гарантированной защитой данных от несанкционированного доступа и других угроз. Для достижения высокой производительности и создания комфортной образовательной среды необходимо реализовать эффективное управление ресурсами Виртуальной Компьютерной Лаборатории, включая их масштабирование в соответствии с потребностями пользователей и проектов, при этом оптимизируя энергопотребление в периоды низкой вычислительной нагрузки для уменьшения финансовых затрат и повышения экологической устойчивости.

Управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией охватывает широкий спектр задач, включая системное администрирование, обеспечение высокой доступности и устойчивости к отказам, управление ресурсами и сетевой безопасностью, а также мониторинг производительности инфраструктуры. При этом необходимо поддерживать гибкую и адаптивной структуру управления, которая поощряет инновации и быструю адаптацию к изменениям, что достигается методами и средствами организационного управления. Это требует интеграции централизованного управления с самоорганизацией, что позволяет сочетать преимущества обоих подходов для повышения гибкости и эффективности, где централизованное управление обеспечивает стратегическое планирование и координацию действий, в то время как самоорганизация предоставляет пользователям свободу и полномочия для продуктивной самостоятельной, учебной и проектной работы.

Важной составляющей успешного управления является реализация цифровой прозрачности, которая обеспечивает открытость информации обо всех действиях пользователей, ресурсах, материалах, регламентах, процессах и достижениях в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, а также способствует созданию доверительной атмосферы, облегчая сотрудничество и повышая общую эффективность образовательной и исследовательской деятельности.

Таким образом, стратегическое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией требует комплексного подхода, сочетающего техническую эффективность, административную гибкость и принципы открытости, что является ключом к созданию инновационной и продуктивной среды.

Эксперименты без риска

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет собой программно-технологическое решение для безопасного проведения исследований и выполнения практических заданий, связанных с развертыванием и применением сложного многокомпонентного программного обеспечения, которое в обычных условиях невозможно установить в компьютерных классах или его использование может приводить к нарушениям и сбоям в работе ИТ-инфраструктуры образовательного учреждения, например, при проведении занятий по защите от хакерских атак. Это достигается во многом благодаря виртуализации, гибкой политике безопасности и контроля доступа, изоляции ресурсов (в случае необходимости), снимкам состояния и восстановления (Snapshots), резервному копированию, непрерывной технической поддержке и обслуживанию инфраструктуры. Именно поэтому в образовательной среде Виртуальной Компьютерной Лаборатории можно безопасно экспериментировать с различными программными решениями, включая те, которые требуют значительных вычислительных ресурсов или представляют определенный риск для стабильности системы, что позволяет исследовать новейшие технологии, разрабатывать и тестировать различные приложения и операционные системы без опасений нарушить функционирование основной учебной инфраструктуры. Виртуальная Компьютерная Лаборатория становится безопасным, контролируемым пространством, где можно проводить эксперименты, имитации и развертывания, не беспокоясь о потенциальных системных ошибках или сбоях.

Содействие проблемно-ориентированному обучению и обучению через вызовы

Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает реализовать проблемно-ориентированный подход на практике, давая возможность решать актуальные предметные задачи в рамках учебного процесса для формирования востребованных на рынке труда умений и навыков, а также более глубокого усвоения учебного материала и развития критического, логического и творческого мышления. Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность применять полученные теоретические знания в практической деятельности в контролируемых, но реалистичных сценариях.

Обучение через вызовы расширяет проблемно-ориентированное обучение. В отличие от проблемно-ориентированного обучения, в котором учащимся предлагается решить конкретную предметную задачу или набор задач, метод обучения через вызовы предполагает, что учащиеся должны самостоятельно погрузиться в изучение предметной области, исследовать ее, выявить проблемы, определить наилучшие способы решения проблем и выполнить постановку задач. Такой опыт улучшает понимание учебного материала и усиливает способности студентов к аналитическому мышлению и применению знаний в реальных жизненных ситуациях. Однако, при этом трансформируется роль преподавателя, где он становится наставником, лидером и идейным вдохновителем. Преподаватели помогают направлять исследовательский процесс, обеспечивая обратную связь и поддержку, но основная инициатива исходит от студентов, что требует от преподавателя гибкости и открытости к новым подходам в обучении. Также нужна готовность поддерживать и мотивировать студентов в их стремлении к самостоятельному поиску и решению проблем.

Понимание принципов самоорганизации и плюрализма

Понимание принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает создать более гибкую, инклюзивную и инновационную среду для обучения и исследований.

Передача полномочий и ответственности в виде администраторских прав доступа к Виртуальной Компьютерной Лаборатории преподавателям и студентам, снимает любые ограничения в их работе, способствует повышению инициативности, мотивации и удовлетворенности, а также позволяет быстрее и эффективнее реагировать на изменения и вызовы. Это подразумевает распределенную ответственность, опирающуюся на лучшие человеческие качества и совместное использование ресурсов, что дает возможность учащимся быть автономными и независимым в выполнении практических задач в рамках учебы, исследовательской деятельности, самообучения и непрерывного развития или заниматься интересными проектами в командах по интересам.

Применение гибких (адаптивных) методов управления проектной деятельностью (Agile, Scrum, Kanban и др.) может поддерживать быструю адаптацию к изменениям и активизировать креативный потенциал учащихся. Создание среды, где каждый участник чувствует себя свободным предлагать идеи и экспериментировать, подталкивает к коллективному поиску новаторских решений. Разработка механизмов для постоянной обратной связи между участниками Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает корректировать и повышать качество образовательных и исследовательских процессов.

Благодаря прозрачности и открытости все участники могут беспрепятственно получить актуальную информацию о том, как используются ресурсы лаборатории, какие результаты были достигнуты, какие возникали проблемы и как они были решены. При этом важно мотивировать всех участников к развитию и совершенствованию Виртуальной Компьютерной Лаборатории общими усилиями.

Также необходимо поощрять активность и участие студентов, преподавателей, исследователей и экспертов с различным опытом и разнообразными точками зрения для обогащения процесса принятия решений и повышения креативности; разрабатывать политики и практики, обеспечивающие равный доступ и возможности для всех участников, независимо от их авторитета и опыта; создавать эффективные механизмы для разрешения разногласий и поиска компромиссов, обеспечивая устойчивое развитие и сотрудничество.

Применение принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории требует от учебного учреждения готовности к административным экспериментам и принятию нововведений, а также к созданию открытой образовательной среды, в которой каждый участник может вносить свой вклад в развитие Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Как писал Гораций: «Sapere Aude» – «Дерзай знать». Иммануил Кант переосмыслил этот призыв как «Имей мужество пользоваться собственным умом». Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет именно такую возможность – не просто усваивать знания, но и активно применять их, исследовать, экспериментировать и создавать что-то новое, используя свой собственный интеллект и творческий потенциал.

Поддержка современных операционных систем и актуального программного обеспечения

Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна обеспечивать возможность развертывания актуальных и востребованных операционных систем, например, Linux (RedHat, Oracle, Rocky, Alma, Astra, SUSE, Debian, Ubuntu, Photon OS), Windows, MacOS, FreeBSD, Solaris, Android, iOS. Это позволяет пользователям работать с большинством приложений и многокомпонентными программно-технологическими решениями, проводить всестороннее тестирование и выполнять кроссплатформенный анализ, запускать и тестировать различные операционные системы и приложения без необходимости переключаться между отдельными физическими системами, например Bare Metal серверами. Такой подход особенно важен в контексте оценки совместимости и производительности программных решений на разных платформах и при разработке программного обеспечения, предназначенного для использования в разнообразных операционных средах (когда затрагиваются конкретные настройки или конфигурации операционной системы, включая установленное программное обеспечение, системные библиотеки и другие компоненты). Пользователи получают возможность гибко настраивать и масштабировать виртуальные машины для специфических нужд, анализировать различные конфигурации и условия эксплуатации, что благоприятствует углубленному изучению взаимодействий между платформами и улучшению эффективности приложений.

В результате Виртуальная Компьютерная Лаборатория превращается в незаменимый ресурс не только для студентов, преподавателей и исследователей, но и для архитекторов решений, аналитиков, разработчиков, тестировщиков и даже технических писателей, облегчая испытания и разработку в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации. Лаборатория экономит время и средства, а таже способствует повышению качества и надежности создаваемых программных решений.

Контроль доступа и политика безопасности в условиях плюрализма и самоорганизации

Модели контроля доступа помогают обеспечить безопасность социотехнических систем, определяя правила и политики, которые управляют возможностями пользователей взаимодействовать с объектами. В Виртуальной Компьютерной Лаборатории такими объектами могут являться виртуальные машины, устройства, ресурсы и данные. Атрибутивный контроль доступа (Attribute-Based Access Control, ABAC), мандатный контроль доступа (Mandatory Access Control, MAC) и дискреционный контроль доступа (Discretionary Access Control, DAC) представляют собой три основных подхода к управлению доступом, каждый из которых имеет свои особенности и применения.

При использовании атрибутивного контроля доступа (ABAC) решение о предоставлении доступа принимается на основе атрибутов (характеристик) пользователя, атрибутов объектов, к которым осуществляется доступ и текущего контекста. ABAC дает возможность создавать гибкие и динамичные политики безопасности, которые могут включать в себя условия, такие как время суток, местоположение пользователя и его роль в организации. Этот подход обеспечивает высокую степень гранулярности и адаптивности в управлении доступом.

Мандатный контроль доступа (MAC) обеспечивает доступ к объектам на основе централизованных политик безопасности. В системах с MAC каждый объект (например, диск, каталог, файл или виртуальная машина) и субъект (пользователь или процесс) имеют метки безопасности. Доступ предоставляется только в том случае, если метка безопасности субъекта соответствует метке объекта. MAC часто используется в критически важных системах с высокими требованиями к безопасности, например в военных или правительственных организациях.

В рамках дискреционного контроля доступа (DAC) владельцы объектов (или пользователи с соответствующими правами) могут на свое усмотрение устанавливать политики доступа для других пользователей, т.е. выдавать или отзывать доступ к объекту по собственному усмотрению, что обеспечивает гибкость, но может создавать риски безопасности из-за потенциального отсутствия строгих централизованных политик контроля.

Предоставление студентам администраторских прав в рамках реализации принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории до сих пор вызывает в академической среде бурные дискуссии о поиске баланса между гибкостью и безопасностью. Мнение автора однозначно – необходимо обеспечивать такой уровень контроля и безопасности, который позволяет студентам исследовать и экспериментировать без ограничений, но при этом минимизируя риски для инфраструктуры и данных, на столько на сколько это возможно. Виртуальная Компьютерная Лаборатория не должна ограничивать техническое творчество учащихся, направленное на создание и развертывание сложных программно-технологических решений, поэтому возрастает роль логирования и контроля в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, т.к. именно эти механизмы обеспечивают безопасность, прозрачность и возможность аудита, что является основой для надежной и управляемой образовательной среды.

Очень важно, чтобы пользователи с правами администратора были осведомлены о рисках и лучших практиках безопасности, т.к. понимание принципов безопасной работы и последствий небрежного обращения с администраторскими правами является ключевым для минимизации ошибок и инцидентов. Также для минимизации рисков, связанных с основной инфраструктурой, можно применить принцип сегментации и настроить ролевой доступ таким образом, чтобы пользователи могли управлять только определенными ресурсами или сервисами в пределах своей виртуальной среды. В некоторых случаях не будет лишним внедрение динамического управления доступом на основе контекста, например местоположения пользователя, времени суток, типа устройства и актуальности сессии. В любом случае, необходимо создать четкие, понятные и легко доступные политики безопасности и процедуры контроля доступа для обеспечения цифровой прозрачности, которые дают возможность всем участникам понимать ограничения и возможности Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Еще раз стоит отметить, что логирование действий пользователей с правами администратора дает возможность отслеживать все изменения и операции, проводимые в виртуальной инфраструктуре. Это обеспечивает полную прозрачность и помогает быстро выявлять и исправлять неправомерные или ошибочные действия. Систематическое логирование и аудит действий гарантируют, что все пользователи с правами администратора, могут быть привлечены к ответственности за свои действия. Это способствует соблюдению политик безопасности и этических стандартов в рамках образовательной среды.

Детализированные логи также помогают в диагностике и устранении технических проблем, облегчая процесс идентификации причин сбоев или непредвиденного поведения системы. Это крайне актуально в образовательной среде, где экспериментирование студентов может привести к нестандартным конфигурациям или ошибкам в Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Очень важно, чтобы система контроля доступа и логирования помогала обнаруживать и реагировать на инциденты безопасности в реальном времени. Это дает возможность предпринимать необходимые шаги для защиты Виртуальной Компьютерной Лаборатории и пользовательских данных в случае обнаружения подозрительной активности или нарушений политик доступа. Более того, система контроля доступа и логирования может выступать и в качестве образовательного инструмента, позволяя учащимся анализировать последствия своих действий в безопасной и контролируемой среде, что приводит к более глубокому пониманию вопросов управления ИТ-инфраструктурой и безопасности.

Поскольку образовательные учреждения подпадают под действие законодательства, регулирующего защиту данных и информационную безопасность, то система контроля доступа и логирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории должна оказывать помощь в обеспечении соответствия этим требованиям, предоставляя необходимые средства для аудита и доказательства принятых мер безопасности.

Однако нельзя забывать о том, что безопасность Виртуальной Компьютерной Лаборатории напрямую зависит от выбранной технологической платформы, поскольку различные технологические платформы могут предлагать разнородные и сильно отличающиеся друг от друга возможности защиты, наборы функций и инструменты администрирования. Эта зависимость подчеркивает важность осознанного выбора технологической платформы.

Например, технологическая платформа VMware vSphere Foundation, на которой базируется Виртуальная Компьютерная Лаборатория созданная автором, поддерживает следующие функции контроля доступа и обеспечения безопасности: Permissions and User Management, Role-Based Access Control, Identity Provider Federation, Audit Logging/ Aria Operations for Logs, Network I/O Control, Distributed Firewall, VM Encryption, vSphere Trust Authority, Secure Boot, AppDefence, vSphere Data Protection, Update Manager, NSX Data Center. Это подчеркивает серьезный и ответственный подход автора к созданию безопасной и эффективной виртуальной образовательной среды и его стремление к лучшим практикам в области информационной безопасности.

Кроме того, интеграция принципов самоорганизации с функциями безопасности и контроля доступа требует продуманного подхода, учитывающего как потребности в обучении и экспериментировании в процессе формирования сложных знаний и навыков для цифрового технологического уклада, так и необходимость защиты ресурсов и данных для повышения доверия пользователей к Виртуальной Компьютерной. На сегодняшний день это может быть достигнуто только через сочетание технологических решений, организационных, этических и методических инициатив.

При этом нужно стремиться к такой комплексной стратегии безопасности, которая учитывает необходимость обучения студентов в условиях, максимально приближенных к реальным, что включает в себя не только технические аспекты, такие как правильная настройка прав доступа и использование современных средств защиты, но и организационные меры, например разработку четких процедур и политик, регулярных тренингов и мастер-классов по кибербезопасности и этике в ИТ. Создание такой сбалансированной и безопасной среды позволяет учащимся приобретать ценные знания и навыки, а также будет способствовать развитию культуры безопасности и ответственности в сфере цифровых технологий.

Обеспечение высокой доступности и устойчивости к сбоям

В процессе эксплуатации Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо обеспечивать устойчивость к сбоям и оперативное восстановление после них для того, чтобы гарантировать непрерывность учебной и исследовательской деятельности. Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна быть спроектирована с учетом принципов высокой доступности и отказоустойчивости, что может быть достигнуто через реализацию механизмов автоматического обнаружения ошибок, мгновенного переключения на резервные компоненты и быстрого восстановления после аварийных ситуаций.

Методы восстановления должны сводить к минимум риски потери ценных данных и не допускать длительных простоев Виртуальной Компьютерной Лаборатории, гарантируя тем самым надежность и стабильность образовательных и исследовательских процессов. При этом задачей систем мониторинга и оповещения является своевременное обнаружение проблем и автоматизированное реагирования на них, по возможности еще до того, как будут возникать прямые последствия для пользователей.

В качестве примера мы рассмотрим реализацию Виртуальную Компьютерную Лабораторию на основе технологической платформы VMware vSphere Foundation, которую использует автор, где отказоустойчивость и быстрое восстановление после сбоев достигаются за счет представленных ниже встроенных функций и архитектурных решений:

– vSphere High Availability (HA). Эта функция автоматически перезапускает виртуальные машины на других физических хостах (серверах) кластера в случае сбоя на физическом сервере, где они были размещены, обеспечивая минимально возможное время простоя (упрощенно говоря, это то время, которое требуется на повторный запуск виртуальной машины на другом сервере после обнаружения отказа). HA непрерывно анализирует состояние всех хостов в кластере и в случае обнаружения отказа немедленно реагирует, перераспределяя нагрузку и восстанавливая работоспособность виртуальных машин. При этом виртуальные машины должны находиться в пуле ресурсов, доступном всем хостам и располагаться в системе хранения данных SAN или NAS, например, VMware vSAN Enterprise. Для повышения отказоустойчивости и/или производительности, несколько физических дисковых устройств объединяются в логические юниты, являющиеся виртуальными разделами RAID 1/5/6/1+0 массивов, в которых реализовано зеркалирование, чередование блоков данных c контролем четности, кэширование и другие технологии.

– VMware vSAN Enterprise. vSAN обеспечивает интегрированное управление хранилищем для виртуальных машин, распределяя данные по всему кластеру и обеспечивая их доступность и защиту. vSAN поддерживает политики хранения данных, которые автоматически применяются для гарантии заданных параметров производительности, устойчивости и доступности.

– vSphere Fault Tolerance (FT). FT предоставляет непрерывную доступность, создавая и поддерживая копии виртуальных машин, включающие состояние дисков, памяти, процессорных команд и сетевого трафика, на другом хосте в реальном времени. В случае сбоя первичной виртуальной машины ее копия немедленно берет на себя все функции без потери данных, пользовательских сессий или сеансов ввода/вывода, что обеспечивает непрерывность работы критически важных виртуальных машин. Однако при этом нужно закладывать потери производительности на поддержание технологии FT.

– vSphere vMotion. vMotion позволяет выполнять миграцию работающих виртуальных машин между хостами без прерывания их работы. Например, это основная функция для проведения технического обслуживания, с помощью которой можно перемещать запущенные виртуальные машины без необходимости их выключения на другие сервера в процессе установки обновлений гипервизора ESXi с последующей перезагрузкой сервера, на котором они были размещены, а также для оптимизации использования ресурсов в реальном времени c помощью DRS.

– vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS). DRS автоматически распределяет ресурсы между виртуальными машинами в зависимости от их потребностей, обеспечивая оптимальную производительность и балансировку нагрузки между серверами в кластере (работает совместно с vMotion), что улучшает общую производительность и устойчивость системы к изменениям вычислительной нагрузки.

– VMware Aria Operations for Logs. Это решение для управления логами и аналитики, предназначенное для автоматизированного сбора, анализа и визуализации лог-данных из различных источников в аппаратно-программной инфраструктуре. Aria Operations for Logs облегчает обнаружение и диагностику проблем, а также предоставляет достаточно глубокие аналитические возможности для управления логами.

– VMware Aria Operations. Aria Operations является комбинацией инструментов аналитики и мониторинга для централизованного управления ресурсами, производительностью и здоровьем аппаратно-программной инфраструктуры; для оптимизации использования ресурсов и улучшения общей производительности. Характерными примерами применения Aria Operations является удаление образов дисков, которые не связаны с виртуальными машинами или выявление избытка/недостатка ресурсов под конкретные конфигурации виртуальных машин, а также оценка и прогнозирование совокупной стоимости владения ИТ-инфраструктурой.

– VMware Skyline. Автоматизированная служба поддержки и проактивного анализа, предоставляющая рекомендации по устранению потенциальных проблем до того, как они станут критическими. Skyline собирает конфигурационные данные для предоставления предупреждений о проблемах и рекомендаций по их предотвращению.

Рассмотренные инструменты обеспечивают комплексный подход к отказоустойчивости и быстрому восстановлению, позволяют оптимизировать виртуальную инфраструктуру, помогают достичь высокой доступности, производительности и безопасности. Внедрение механизмов устойчивости к сбоям и эффективного восстановления после них не только повышает техническую надежность Виртуальной Компьютерной Лаборатории, но и является ключевым элементом для обеспечения высокого качества образовательного процесса и результативности научных исследований в современной образовательной среде⁸.

Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред

Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред и программного обеспечения в Виртуальной Компьютерной Лаборатории становится возможными благодаря применению технологий виртуализации, контейнеризации, автоматизации, непрерывной интеграции и доставки (CI/CD).

Виртуализация дает возможность создавать множество изолированных виртуальных машин на любом физическом сервере, что значительно упрощает процесс подготовки рабочих сред, поскольку виртуальные машины можно быстро развертывать, копировать и перемещать без необходимости физического вмешательства в аппаратную часть.

Благодаря технологиям контейнеризации, например, Docker, Podman, Containerd можно упаковывать приложения вместе со всеми зависимостями в стандартизированные блоки, для последующего развертывания практически на любой сетевой операционной системе, что облегчает процесс установки новых приложений и обновление существующих, поскольку контейнеры гарантируют консистентность среды независимо от места развертывания.

Автоматизированные инструменты управления конфигурацией, такие как Ansible, Puppet или Chef, позволяют централизованно выполнять настройку и обновление программного обеспечения. Скрипты и политики автоматизации дают возможность настроить программное обеспечение так, чтобы оно содержало последние обновления безопасности и одинаковые настройки функциональности.

Системы непрерывной интеграции и доставки, такие как Jenkins или Git Actions автоматизируют процесс тестирования и развертывания приложений, обеспечивая быстрое и надежное включение изменений в рабочую среду, что может способствовать сокращению времени на разработку и внедрение новых функций, а также повышает качество и стабильность программного обеспечения.

Не менее важно обеспечивать адаптивность и технологическую гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории в условиях меняющихся требования образовательных и исследовательских процессов, а также не смотря на непрерывный рост сложности и ресурсоемкости программного обеспечения стремиться к сокращению времени, затрачиваемого на развертывание и настройку виртуальной инфраструктуры для повышения продуктивности работы, чтобы в случае необходимости, за перемену развертывать все программные составляющие, необходимые для следующего занятия. Например, уже сегодня, благодаря технологиям виртуализации или контейнеризации, любой участник Виртуальной Компьютерной Лаборатории в считанные минуты может создать одну или несколько виртуальных машин, объединить их в кластер (в случае необходимости), а затем развернуть на них необходимое программное обеспечение. Такой подход исключает длительные и кропотливые процедуры установки программного обеспечения, а также позволяет избежать затрат времени на решение технических проблем, связанных с несовместимостью оборудования в случае развертывания непосредственно на физический компьютер или сервер. Кроме того, Виртуальная Компьютерная Лаборатория поддерживает автоматическое обновление программного обеспечения, что гарантирует доступ к последним версиям инструментов и приложений для всех пользователей, минимизируя риски, связанные с использованием устаревшего программного обеспечения.

Реализация открытости и социального равенства в использовании программного обеспечения и вычислительных ресурсов

Виртуальная Компьютерная Лаборатории представляет собой мощный инструмент для обеспечения быстрого и эффективного доступа студентов, преподавателей и исследователей к самым современным технологиям, высокопроизводительным вычислительным ресурсам и разнообразному специализированному программному обеспечению. Подобно цифровому Прометею, она дарует огонь знаний, стирая границы между виртуальным и реальным, открывая новые горизонты для научных открытий и технологических прорывов.

Главным приоритетом Виртуальной Компьютерной Лаборатории является демократизация доступа, когда каждый учащийся, независимо от его местоположения и финансовых возможностей, может свободно получить необходимые и достаточные ресурсы для выполнения образовательных или исследовательских задач. Это достигается за счет объединения централизованной модели управления с принципами самоорганизации и цифровой прозрачности⁹, а также благодаря использованию технологий виртуализации, контейнеризации, автоматизации и непрерывной интеграции.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория позволяет легко и оперативно внедрять передовые технологические достижения в образовательный и исследовательский процессы, обеспечивая постоянное обновление и усовершенствование программно-технологической инфраструктуры. Это открывает широкие возможности для создания, тестирования или развертывания информационных систем различной степени сложности – начиная от микросервисов, базовых веб-приложений и заканчивая продвинутыми проектами в области искусственного интеллекта и машинного обучения.

Благодаря принципам плюрализма и самоорганизации участники Виртуальной Компьютерной Лаборатории могут быстро адаптироваться к новым методам и инструментам, поддерживая высокий уровень инноваций и эффективности в своей работе, что дает необходимые возможности для научно-технического творчества и саморазвития за счет предоставления всем участникам лаборатории администраторских прав для детальной настройки и беспрепятственного управления своими исследовательскими и образовательными проектами/задачами.

Модель свободного доступа студентов с правами администратора демократизирует учебный процесс и исследовательскую деятельность, снимая все барьеры для доступа учащихся к вычислительным мощностям и современному программному обеспечению. Это не только ускоряет процесс научных исследований, но и благоприятствует освоению и применению новейших технологий в различных областях знаний.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория не только упрощает доступ к новейшим технологиям и становится движущей силой инноваций, расширяя границы возможного в образовании и исследованиях.

Развитие навыков работы с новейшими технологиями

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет студентам, преподавателям и исследователям возможность непрерывно развивать и совершенствовать свои навыки работы с самым современным многокомпонентным программным обеспечением и новейшими технологическими разработками. Это становится возможным благодаря доступу к последним версиям программного обеспечения, новейшим технологиям и высокопроизводительному вычислительному оборудованию, а также применению методов активного обучения, таких как проектно-ориентированное обучение и обучение через исследования, которые создают благоприятные условия для более глубокого понимания материала и развития практических навыков. Это особенно ценно в современном быстро меняющемся технологическом мире, где способность адаптироваться к новым инструментам и методам имеет решающее значение.

Использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории углубляет технический кругозор учащихся и развивает ценные практические навыки, которые могут быть применены выпускниками в реальных рабочих ситуациях.

Стимулирование самостоятельного обучения и развитие критического мышления

Виртуальная Компьютерная Лаборатория создает отличные условия для стимулирования самостоятельного обучения и развития критического мышления у студентов. Благодаря свободному доступу к разнообразным информационным и вычислительным ресурсам, возможности самостоятельно проводить исследования и выполнять практические задачи не только по заданию преподавателя, но и по собственному усмотрению, Виртуальная Компьютерная лаборатория помогает учащимся углублять свои знания в области информационных технологий, развивать способности к анализу, оценке и системному подходу к решению проблем. Такая концепция позволяет студентам активно применять теоретические знания на практике, стимулируя их к самостоятельному поиску решений и альтернативных подходов, что является ключевым аспектом критического мышления¹⁰.

Развитие социальных и коммуникативных навыков

Несмотря на технологическую направленность, Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует развитие межличностных и коммуникативных навыков. Ее можно рассматривать как платформу для укрепления командной работы, обмена знаниями и сетевого взаимодействия среди студентов, подобно тому, как античные философы собирались в Академии Платона для совместного поиска истины. Работа в виртуальной лабораторной среде часто требует коллаборации и координации действий с другими участниками, что ускоряет развитие таких важных социальных навыков, как коммуникация, групповая работа и решение конфликтов. Также можно внедрить тематические форумы, чаты или системы обмена мнениями, подобные русским литературным салонам XVIII века, которые дают возможность студентам и преподавателям обсуждать идеи, задавать вопросы и делиться знаниями, создавая атмосферу интеллектуального сотрудничества и взаимного обогащения.

Повышение мотивации и удовлетворенности

Доступ к современным технологиям и гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории усиливают мотивацию и уровень удовлетворенности от работы. Опыт автора с 2007 года показывает, что взаимодействие с Виртуальной Компьютерной Лабораторией должно строиться на взаимном уважении и доверии, где принципы самоорганизации и плюрализма опираются на лучшие человеческие качества, что выражается во взаимодействии всех заинтересованных лиц с лабораторией без каких-либо урезаний прав и привилегий доступа (с полными правами администратора). По мнению автора, только такой подход открывает широкие перспективы для творческого эксперимента и индивидуальной настройки среды, способствует более глубокому погружению в предметную область и развитию навыков управления и настройки сложных информационных систем.

Гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории дает возможность пользователям не только проводить эксперименты и исследования в удобное время и в удобном месте, но и предоставляет пространство для разнообразных творческих инициатив и мнений, обогащая образовательный процесс и поддерживая культуру плюрализма.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория не должна иметь никаких ограничений для реализации студентами собственных исследовательских проектов и идей, что развивает чувства достижения и самореализации. Работа над собственными проектами не только мотивирует студентов, но и повышает их удовлетворенность от процесса обучения. Демократичная среда стимулирует самостоятельное обучение, развитие лидерских качеств и умение самоорганизовываться, что является ключевым аспектом успешной профессиональной деятельности в современном цифровом мире.

Стимулирование инновационного развития

Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует непрерывное инновационное развитие, обеспечивая технологическую платформу на принципах плюрализма и самоорганизации для свободного внедрения студентами и исследователями новаторских идей и передовых технологий (по мере возникновения желания и мотивации), что создает условия для динамичного прогресса в образовательной и научно-исследовательской деятельности, помогает быстрее реагировать на изменения и тенденции в области цифровых технологий. Фактически Виртуальная Компьютерная Лаборатория является инструментом цифрового прорыва в ИТ-образовании.

Использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории может ускорять учебный и исследовательский процессы, благодаря доступу к современным инструментам и методикам, что также создает условия для более глубокого понимания сложных концепций и разработки инновационных решений.

Чтобы не было разночтений, под ускорением учебного процесса понимается подход к обучению, который направлен на более быстрое достижение образовательных целей за счет более интенсивного обучения, активного вовлечения учащихся в самостоятельную работу, а также индивидуального подхода к обучению и применения эффективных методик преподавания, например, проектно-деятельностного обучения или обучения на основе вызовов.

Поддержка непрерывного обучения и профессионального роста

Виртуальная Компьютерная Лаборатория представляет собой мощный инструмент для поддержки непрерывного образовательного процесса и профессионального роста благодаря возможности доступа к вычислительным ресурсам, учебным материалам, инструментам и программному обеспечению в любое время и из любой точки мира. Это обеспечивает гибкость в обучении и дает возможность учащимся адаптировать образовательный процесс под свой график, что способствует непрерывному профессиональному развитию.

Внедрение инструментов для мониторинга учебных достижений и предоставление регулярной обратной связи помогают студентам видеть свой прогресс, определять области для дальнейшего развития и адаптировать обучение для достижения лучших результатов.

Создание и поддержка профессиональных сообществ в рамках Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает учащимся и экспертам обмениваться опытом, идеями и лучшими практиками.

Регулярное обновление учебных материалов и ресурсов в соответствии с последними научными и технологическими достижениями гарантирует актуальность знаний и навыков, приобретаемых учащимися.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория открывает доступ к обширным образовательным ресурсам, создает благоприятные условия для непрерывного совершенствования знаний, умений и навыков учащихся. Гибкий формат обучения ускоряет личностный и профессиональный рост, позволяя быть в курсе последних инноваций и тенденций в выбранной сфере деятельности. Истинное образование – это не просто накопление информации, а развитие способности мыслить творчески и критически, видеть взаимосвязи и применять знания для решения сложных задач.

Адаптация ИТ-образования к динамике рынка труда

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет собой эффективное средство для гибкой адаптации образовательных программ к постоянно меняющимся требованиям и тенденциям рынка труда, что делает учебный процесс более релевантным и ориентированным на прикладные аспекты, обеспечивая студентам знания и навыки, которые востребованы в современном цифровом мире.

Благодаря возможности быстро интегрировать современное программное обеспечение, новейшие технологические достижения и методики, Виртуальная Компьютерная Лаборатория способствует обучению студентов в соответствии с актуальными профессиональными стандартами, обобщенными трудовыми функциями и требованиями отрасли. Виртуальная Компьютерная Лаборатория отлично дополняет партнерство образовательного учреждения с представителями индустрии и позволяет быстро развертывать требуемое программное обеспечение для организации совместных исследований, стажировок, мастер-классов и курсов повышения квалификации, что стимулирует обновление образовательных программ и включение в них актуальных инструментов, методов и технологий.

Таким образом, Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает готовить высококвалифицированных специалистов, способных эффективно работать в условиях быстро меняющегося рынка труда.

Повышение уровня цифровой грамотности

Активное использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории создает предпосылки для укрепления цифровых навыков, которые являются критически важными в современном мире. Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность учащимся не только углублять свои знания в конкретных предметных областях, но и развивать широкий спектр цифровых компетенций благодаря практическому опыту работы с новейшими технологическими инструментами и системами, а также за счет освоения сложных программных продуктов и платформ с консолидацией навыков аналитики и обработки больших данных.

Кроме того, цифровые компетенции можно расширять с помощью обучения через исследования, которое стимулирует самостоятельный поиск информации, критический анализ и оценку цифрового контента. Не менее важно развивать и такие навыки, как извлечение информации из различных источников, развертывание сложных систем для самостоятельного решения предметных задач в рамках парадигмы Ad-Hoc, что становится необходимой составляющей цифровой грамотности ИТ-профессионала.

Таким образом Виртуальная Компьютерная Лаборатория является эффективным инструментом для подготовки учащихся к успешной работе и взаимодействию в высокотехнологичной цифровой среде.

Расширение возможностей дистанционных исследований

Дистанционное исследование – это подход к научным исследованиям, при котором основные аспекты работы, включая сбор данных, анализ и обсуждение результатов выполняются удаленно, преимущественно с использованием цифровых технологий [102—106]. Этот подход стал особенно актуален в условиях, когда физическое присутствие участников невозможно или нецелесообразно.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория расширяет возможности дистанционных исследований и сотрудничества. Студенты, преподаватели и исследователи из различных уголков мира могут эффективно взаимодействовать друг с другом, используя общие ресурсы и данные, предоставляемые Виртуальной Компьютерной Лабораторией. Это не только улучшает сотрудничество на международном уровне, но и вносит вклад в обмен знаниями и опытом между участниками из различных географических регионов. Такой подход объединяет усилия в области научных исследований и образовательных проектов, преодолевая границы и расстояния, а также ускоряет создание единой, интегрированной образовательной и исследовательской среды, где знания и инновации могут свободно циркулировать, обогащая учебный процесс и расширяя горизонты научных открытий.

Повышение качества исследований и обеспечение их устойчивости

Виртуальная Компьютерная Лаборатория открывает новые горизонты для проведения исследований любого уровня сложности в области цифровых технологий. Благодаря доступу к высокопроизводительным вычислительным ресурсам, специализированному программному обеспечению и аналитическим инструментам исследователи получают возможность проводить сложные вычислительные эксперименты, работать с большими объемами данных и сложными алгоритмами, что может повысить качество, глубину и точность исследований.

Интеграция инструментов для совместной работы и коммуникации, таких как облачные платформы для общего доступа к данным и проектным материалам, облегчает мультидисциплинарные исследования и интенсифицирует обмен знаниями между участниками из различных предметных областей.

Использование автоматизированных систем сбора и обработки данных минимизирует риск человеческих ошибок и повышает эффективность исследований. Автоматизация также способствует более быстрому получению результатов и их анализу.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает снизить стоимость исследований за счет использования общих ресурсов и оборудования, что делает практические исследования более доступными для широкого круга научного сообщества. Это обеспечивает предпосылки для долгосрочной устойчивости исследовательских проектов за счет оптимизации расходов.

Сокращение потребности в физическом оборудовании и материалах, а также возможность удаленной работы уменьшают экологический след исследовательской деятельности и содействуют экологической устойчивости научного процесса.

Суть Виртуальной Компьютерной Лаборатории состоит в том, что мы больше не ограничены физическими рамками, теперь единственный предел – это сила нашего воображения.

Если взглянуть шире, то легко заметить, что виртуальные лаборатории поддерживают устойчивость исследовательской деятельности в условиях, когда доступ к физическим лабораториям ограничен, например, из-за внештатных ситуаций, таких как пандемии. Они помогают исследователям продолжать свою работу без существенных прерываний, обеспечивая непрерывность научного процесса и поддержку образовательных программ. Это делает виртуальные лаборатории не просто альтернативным, но и необходимым инструментом в современной научно-исследовательской и образовательной среде.

Адаптация к различным образовательным и исследовательским потребностям

Технологическая платформа Виртуальной Компьютерной Лаборатории должна иметь гибкую и открытую архитектуру с API интерфейсами (Application Programming Interface) для разработки и интеграции собственных сред, средств, методов, алгоритмов, образовательного контента и исследовательских инструментов в рамках эволюционного развития лаборатории силами учащихся и преподавателей в рамках образовательной и научной деятельности¹¹.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна иметь возможности для кастомизации с учетом особенностей учебной и исследовательской деятельности, включая настройку программного обеспечения, вычислительных ресурсов и экспериментальных сред, которые могут быть реализованы в виде автономных подсистем лаборатории. Это позволяет для каждого учебного потока создавать уникальное образовательное или исследовательское пространство, которое максимально возможным образом будет соответствовать особым требованиям и целям.

С точки зрения системного анализа, речь идет о контурах Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которые можно выделять ориентируясь на основные характеристики и внутреннюю организацию, а также структуру и функциональные элементы, определяющие их границы.

Определение контуров Виртуальной Компьютерной Лаборатории важно при проектировании, анализе, улучшении и управлении, т.к. контуры помогают лучше понять функциональность, ограничения и взаимодействие лаборатории с окружающим миром.

Таким образом Виртуальная Компьютерная Лаборатория может обеспечивать удобный контурный доступ к передовым технологиям и аналитическим инструментам, что особенно актуально в таких областях, как аналитика больших данных, искусственный интеллект, биоинформатика, кибербезопасность и многих других.

Контурный подход к проектированию Виртуальной Компьютерной Лаборатории способствует ее гибкости, расширяемости и адаптивности к различным образовательным и исследовательским задачам, обеспечивая эффективное использование ресурсов и возможностей лаборатории.

Расширение возможностей академического и научного сотрудничества

Виртуальная Компьютерная Лаборатория трансформирует способы сотрудничества между образовательными учреждениями и исследовательскими организациями, становясь своеобразным мостом, который соединяет разнообразные академические и научные сообщества по всему миру, во многом благодаря возможности удаленного доступа, глобальной доступности, обмену информацией и проектной коллаборации. Она открывает обширные перспективы для развития совместных инициатив, а также для обмена актуальными и востребованными знаниями, ценными исследовательскими данными и ресурсами. Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность не просто расширять и углублять существующие учебные курсы и исследования, но и объединять усилия студентов, преподавателей и экспертов для решения сложных, междисциплинарных задач, что ведет к достижению более значимых и глобальных результатов. Такой подход улучшает качество научных исследований и образовательного процесса, а также создает благоприятные условия для формирования прочных академических и профессиональных связей, преодолевая границы, определяемые географическим положением и культурными различиями.

Создание условий для междисциплинарных исследований

Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает общению и сотрудничеству между профессионалами из разных секторов цифровых технологий, обеспечивает интеграцию знаний и навыков во встроенной системе управления знаниями¹², которая позволяет управлять коллективным знанием, а также благодаря коллаборации и командной работе в рамках проектной деятельности делает возможным продуктивное взаимодействие экспертов, архитекторов программно-технологических решений, программистов, DevOps инженеров, системных аналитиков, специалистов по кибербезопасности, инженеров данных, исследователей данных (Data Scientists) и многих других. Такое мультидисциплинарное взаимодействие обеспечивает условия для создания комплексных исследовательских проектов, которые охватывают широкий спектр ИТ-направлений: от искусственного интеллекта и больших данных до облачных вычислений и разработки приложений.

Кроме технических возможностей, Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна поддерживать развитие профессионального сообщества через сетевые встречи, мастер-классы, вебинары и онлайн-конференции, предоставляя платформу для обмена знаниями, идеями и лучшими практиками. Это способствует не только развитию конкретных проектов, но и общему продвижению научно-технического прогресса в области цифровых технологий.

Экономия времени, увеличение продуктивности образовательной и исследовательской деятельности

Использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает экономить время на рутинные технические операции, с которыми приходится сталкиваться в учебном процессе и научных исследованиях. Применение автоматизированных инструментов и стандартизованных процедур упрощает многие процессы, например настройку аппаратно-программной инфраструктуры для выполнения практических заданий и проведения экспериментов, поиск необходимых данных и управление административными задачами.

Особенно ценным становится использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории при подготовке практических кейсов, где применение преднастроенных образов и контейнеров помогает быстро создавать готовые к использованию рабочие среды, т.к. использование готовых образов и контейнеров значительно уменьшает время, требуемое для конфигурирования экспериментальных сред, что дает возможность студентам и исследователям почти мгновенно переходить к практическим задачам.

Преднастроенные образы и контейнеры ускоряют процесс развертывания и конфигурации сред, что позволяет студентам сосредоточиться на изучении конкретных предметных задач и анализе ошибок, а также на поиске нестандартных подходов для решения проблем заказчиков, где Виртуальная Компьютерная Лаборатория выступает как цифровой двойник реальной корпоративной ИТ-инфраструктуры, предоставляя максимально полные возможности для практического исследования и изучения.

Благодаря автоматизации рутинных процедур и упрощению сложных процессов, Виртуальная Компьютерная Лаборатория становится эффективным инструментом, который повышает общую продуктивность учебной и исследовательской деятельности. Такой подход оптимизирует использование времени, улучшает качество практических занятий и научных исследований, делая их более целенаправленными, а также обеспечивает более глубокое погружение в предметную область¹³.

Экономия времени и повышение продуктивности – важные преимущества Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Автоматизация рутинных задач и упрощение сложных процессов позволяют студентам и исследователям сосредоточиться на самом важном – получении знаний и проведении исследований.

Повышение доступности и инклюзивности ИТ-образования

Виртуальная Компьютерная Лаборатория делает возможным обеспечение доступности научных исследований и образовательных возможностей в области цифровых технологий для широкого круга учащихся, а также сокращает разрыв между разными социальными и географическими группами, предоставляя ценные ресурсы и в виде облачной образовательной среды тем, кто находится в удаленных, малообеспеченных районах или имеет ограниченные возможности. Виртуальная Компьютерная Лаборатория может быть настроена таким образом, чтобы учитывать специфические потребности людей с различными физическими и сенсорными ограничениями, что включает в себя создание удобных и доступных пользовательских интерфейсов, а также предоставление адаптивных образовательных материалов.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория – это не только образовательный инструмент, но и мощное средство продвижения инклюзивности в научном и академическом мире. Она устраняет социальное неравенство и прочие препятствия на пути к образованию и знаниям, обеспечивая качественное обучение и исследовательские возможности для людей со всего мира, независимо от их физических возможностей или места проживания.

Мониторинг, профилирование и персонализация учебных достижений

Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна быть оснащена современными инструментами мониторинга и аналитики, которые обеспечивают преподавателям возможность эффективно отслеживать прогресс и успеваемость учащихся. Эти инструменты должны давать возможность не только наблюдать за ходом учебного процесса в реальном времени, но и анализировать достигнутые результаты для оптимизации методик обучения и формирования индивидуального подхода к каждому студенту.

Мониторинг учебных достижений в Виртуальной Компьютерной Лаборатории должен обеспечивать непрерывное наблюдение за прогрессом студентов, анализ их работы и вовлеченности в учебный процесс. Системы мониторинга собирают данные о выполнении практических заданий, что дает возможность преподавателям оперативно выявлять слабые стороны студентов и предоставлять индивидуальную обратную связь для улучшения их учебных результатов.

Профилирование студентов основано на анализе собранных данных о их учебных достижениях и поведении в процессе обучения. Создание учебного профиля каждого студента позволяет выявить его предпочтения, сильные и слабые стороны, стиль обучения и мотивационные факторы. Параметры индивидуального учебного профиля студента могут быть использованы для персонализации учебного процесса, которая включает адаптацию учебных материалов, выбор методик обучения и создание персонализированных образовательных траекторий, максимально соответствующих возможностям и потребностям каждого студента в соответствии с его индивидуальным учебным профилем, что может включать выбор индивидуальных проектов и заданий, дифференцированных по уровню сложности.

Анализ прогресса достижений студентов является важным компонентом для оценки эффективности персонализированного обучения. Используя данные мониторинга и профилирования, преподаватели могут оценивать, как изменения в учебном процессе влияют на успеваемость студентов. Анализ прогресса помогает выявлять наиболее эффективные стратегии обучения и адаптировать учебный процесс для достижения наилучших образовательных результатов.

Внедрение инструментов мониторинга, профилирования и персонализации в Виртуальную Компьютерную Лабораторию требует комплексного подхода, включая разработку соответствующего программного обеспечения, обучение преподавателей, а также создание адаптивных учебных материалов и фондов оценочных средств.

Целью инженерного подхода является не только создание функциональной системы, но и оптимизация процессов разработки, сокращение издержек и увеличение продуктивности. Инженерный подход позволяет достичь оптимального соотношения цены и качества, обеспечить удобство использования, а также лучше понять потребности пользователей. Этот подход не только о создании работающих программно-технологических решений; он о переосмыслении процессов разработки, чтобы достигать высоких результатов быстрее и эффективнее. Как говорил Леонардо да Винчи: «Простота – это высшая степень изысканности».

Итак, теперь давайте рассмотрим основные аспекты, которыми руководствовался автор при разработке Виртуальной Компьютерной Лаборатории, с точки зрения системного инженера.

✧ ВЗГЛЯД СИСТЕМНОГО ИНЖЕНЕРА ✧

Анализ проблем, сбор информации, формирование требований и пользовательских сценариев

Создание любой сложной социотехнической системы, как правило, начинается с анализа проблем, сбора информации и определения пользовательских сценариев. Давая старт проекту Виртуальной Компьютерной Лаборатории очень важно сфокусироваться на глубоком понимании и точном выявлении проблематики, которую предполагается решать с ее помощью, провести всестороннее исследование потребностей всех заинтересованных лиц; сформировать требования и зафиксировать ограничения, которые следует учитывать в процессе разработки.

Основной акцент необходимо сделать на выявлении и понимании специфических потребностей и ожиданий различных групп пользователей, что является ключом к формированию эффективной и функциональной Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Понимание того, как пользователи будут взаимодействовать с лабораторией и какие задачи они планируют выполнять, помогает определить необходимые функциональные возможности и интерфейсы.

Кроме того, анализ существующих решений и сбор широкого спектра информации обеспечивает комплексное понимание ситуации, выявление лучших практик и определение эффективных путей решения идентифицированных проблем. Такой подход позволяет не только адаптировать Виртуальную Компьютерную Лабораторию к текущим требованиям, но и предвидеть будущие потребности, гарантируя ее долгосрочную актуальность и полезность.

Определение основных целей, задач и функций

Ключевым этапом в разработке Виртуальной Компьютерной Лаборатории является четкое и тщательное определение ее основных целей, задач и функций. Этот этап включает в себя постановку задач, которые лаборатория должна выполнять, чтобы соответствовать заранее определенным целям. Важно определить конкретные функциональные возможности Виртуальной Компьютерной Лаборатории и убедиться, что они адекватно отражают образовательные и технические потребности пользователей. Необходимо заложить такую основу Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которая не только технически оснащена для выполнения актуальных образовательных задач, но и максимально удобна и понятна для ее пользователей.

Планирование бюджета и ресурсов

На старте любого масштабного проекта первостепенной задачей становится тщательное планирование бюджета и распределение необходимых ресурсов. В рамках выполнения этой задачи требуется четкое определение финансовых рамок проекта и оценки всех предстоящих затрат, что включает в себя приобретение оборудования, лицензирование программного обеспечения, регулярное обслуживание системы, а также обучение персонала. Важно принимать во внимание не только начальные затраты на установку и настройку Виртуальной Компьютерной Лаборатории, но и предвидеть долгосрочные расходы на ее поддержку и обновление. Это позволит обеспечить успешный запуск проекта, его устойчивость и эффективность в долгосрочной перспективе. Отдельное внимание следует уделить планированию бюджета таким образом, чтобы гарантировать оптимальное соотношение цены и качества, а также гибкость для адаптации к изменяющимся потребностям и технологическим трендам. Правильное управление финансами и ресурсами является залогом эффективного функционирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории и достижения поставленных технических и образовательных целей.

Концептуализация и проектирование

В рамках этапа концептуализации и проектирования необходимо активно генерировать идеи, применять творческое и инновационное мышления для разработки уникальных решений. Этот этап, по возможности, требует организации продуктивных мозговых штурмов, а также применения обратных мозговых атак для выявления потенциальных проблем и нестандартных путей их решения. Важно поддерживать атмосферу открытого творчества и коллаборации, в которой каждая идея рассматривается и оценивается с точки зрения ее потенциала и вклада в проект. Цель этого этапа – не только предложить ряд творческих идей, но и разработать детализированный проект или модельный прототип, который может быть реализован на практике. Это подразумевает тщательное планирование всех аспектов проекта, от технических деталей до пользовательского опыта, обеспечивая, чтобы каждое предложение было тщательно продумано и включало все необходимые элементы для его успешной реализации. В конечном итоге, этот этап определяет основу для последующего развития и реализации проекта, закладывая фундамент для создания инновационной и функциональной Виртуальной Компьютерной Лаборатории¹⁴. Концептуализация и проектирование воплощают мечту в реальность, переводя абстрактные идеи в конкретные планы и модели.

Моделирование взаимодействий проверка и валидация концепций

Моделирование процессов, взаимодействий и инцидентов в Виртуальной Компьютерной Лаборатории способствует более глубокому пониманию того, как пользователи будут в ней работать. Такой подход обеспечивает ценные инсайты о том, как улучшить пользовательский опыт, оптимизировать и упростить взаимодействие с технологиями. Кроме того, моделирование является отличным инструментом для проверки и валидации концепций, позволяя тестировать различные сценарии использования и функциональные возможности Виртуальной Компьютерной Лаборатории в контролируемой среде. Это важный этап в процессе разработки, который помогает идентифицировать и устранять потенциальные недостатки, гарантируя, что конечный вариант системы будет отвечать всем заявленным требованиям и ожиданиям пользователей.

Обеспечение обратной совместимости

Особое внимание следует уделять обеспечению совместимости Виртуальной Компьютерной Лаборатории с уже используемыми инструментами и программно-технологическими решениями. Важно обеспечить плавный переход на новую технологическую платформу и избежать возможных технических проблем и простоев в учебном процессе. Тщательная проверка и тестирование совместимости помогает удостовериться, что интеграция новой системы произойдет без конфликтов и не приведет к неожиданным сбоям или потере функциональности существующих решений. Это обеспечит бесперебойность работы и поможет сохранить целостность технологической инфраструктуры образовательного учреждения.

Формирование требований

В процессе разработки Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо сформулировать требования, которым должна соответствовать технологическая платформа лаборатории, включая оборудование и программное обеспечение: начиная от функциональных требований, которые охватывают все аспекты ее работы, до технических и образовательных требований, определяющих основные параметры и цели проекта¹⁵.

Особое внимание следует уделять требованиям к эргономике и пользовательскому интерфейсу для обеспечения удобного и интуитивно понятного взаимодействия пользователей с системой, а также к надежности и безопасности, чтобы гарантировать защиту данных и стабильную работу.

Производительность и масштабируемость играют не менее значимую роль, обеспечивая способность Виртуальной Компьютерной Лаборатории адаптироваться к различным нагрузкам и условиям эксплуатации. Кроме того, важны требования к сопровождению и поддержке, управлению и автоматизации, обновлению и адаптации, а также к обучению и документации, чтобы обеспечить эффективное внедрение и эксплуатацию лаборатории. Дополнительно имеет смысл учитывать требования к согласованности и восстанавливаемости, а также юридические, экологические, социально-культурные и др.

Не менее важен комплексный анализ требований, включающий их балансировку и трассировку. Например, балансировка и трассировка требований к резервному копированию, доступности, стоимости и хронометрии позволяют найти баланс между надежностью лаборатории и бюджетом.

Требования должны быть конкретными, измеримыми, достижимыми и релевантными чтобы закрыть акт сдачи-приемки, который подтверждает что система и выполненная работа соответствует установленным требованиям и принимается заказчиком.

Неоднозначности, ошибки или пропуски в формулировке требований могут привести к конфликтам, дополнительным затратам и задержкам с запуском проекта в эксплуатацию. Поэтому необходимо уделить должное внимание этапу сбора и анализа требований, чтобы обеспечить гладкий и успешный запуск Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Чёткость требований – это фундамент, который обеспечивает успех проекта и позволяет создать действительно полезный инструмент для образования и исследований. Технологии – это всего лишь инструмент. Важно, чтобы люди объединялись вокруг общей цели и тогда они смогут достичь невероятных результатов.

Выделение ключевых компонентов и анализ их взаимодействия

Исходя из поставленных целей, задач и требований, формируется структура ключевых компонентов Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которые могут быть опробованы в рамках прототипирования¹⁶. Очень важно сфокусироваться исключительно на основных компонентах, чтобы создать четкий и целенаправленный план разработки, избегая излишних затрат ресурсов и времени на второстепенные детали. Это дает возможность сконцентрировать внимание на создании функциональной и эффективной Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которая соответствует заложенным в нее образовательным и техническим требованиям¹⁷.

Тем мне менее для полного понимания эффективности Виртуальной Компьютерной Лаборатории потребуется тщательно исследовать механизмы взаимодействия ее различных компонентов. Необходимо представлять, как совместная работа серверов, сетевых элементов, систем хранения данных и облачных сервисов способствует выполнению практических заданий, например таких, как развертывание горизонтально-масштабируемых баз данных или распределенная тренировка моделей машинного обучения. При этом необходимо акцентировать внимание на связях и взаимодействиях между системными компонентами, предметными задачами, субъектами и на то, каким образом и какие образовательные цели достигаются.

В случае необходимости для каждого компонента можно создать упрощенные модели, которые отражают основную функциональность, но не включают все технические детали. Такой подход помогает лучше сфокусироваться на критически важных аспектах Виртуальной Компьютерной Лаборатории, обеспечивая более понятное и целенаправленное взаимодействие с каждым из ее компонентов. Это создает предпосылки для того, чтобы лучше представлять структурную организацию Виртуальной Компьютерной Лаборатории, идентифицировать ее ключевые функции, а также особенности взаимодействия с ней.

Выделение ключевых компонентов, построение их упрощенных моделей и анализ взаимодействия друг с другом является подготовительным этапом к разработке общей архитектуры программно-технологического решения и способствует более глубокому пониманию того, каким образом лаборатория функционирует как единая, интегрированная система, обеспечивающая высокий уровень качества обучения и исследований.

Разработка архитектуры

Архитектурная модель Виртуальной Компьютерной Лаборатории представляет собой детальную визуализацию ее ключевых компонентов, охватывая все, начиная от серверов до элементов сетевой инфраструктуры, систем хранения данных, разнообразных пользовательских интерфейсов и механизмов интеграции с другими системами. Архитектурная модель не только наглядно демонстрирует структуру и композицию лаборатории, но и иллюстрирует, как различные компоненты взаимодействуют между собой, создавая согласованную и эффективно функционирующую среду, что позволяет представить и глубже понять Виртуальную Компьютерную Лабораторию, включая распределение ресурсов, управление потоками данных и методы обеспечения бесперебойной работы системы¹⁸. Именно в этой гармонии взаимодействия и кроется истинная мощь виртуальной среды.

Детализация технической инфраструктуры

В контексте Виртуальной Компьютерной Лаборатории техническая инфраструктура отличается от архитектуры, хотя оба аспекта тесно переплетены.

Архитектура Виртуальной Компьютерной Лаборатории представляет собой высокоуровневое проектирование, которое включает в себя общий дизайн системы, иерархию и поведение компонентов, используемые технологии, информационные потоки, схемы интеграции различных элементов, а также стратегии для обеспечения масштабируемости и гибкости системы.

Техническая инфраструктура сосредоточена на конкретных физических и программных ресурсах, необходимых для функционирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории и включает в себя сервера, сетевое оборудование, системы хранения данных, программное обеспечение и другие ключевые технические компоненты. При этом основное внимание здесь уделяется практическим аспектам, таким как совместимость, наличие драйверов, вычислительная мощность, емкость хранения данных, пропускная способность сети, а также мерам по обеспечению безопасности и надежности системы. Таким образом, техническая инфраструктура представляет собой «строительные блоки» Виртуальной Компьютерной Лаборатории, обеспечивающие ее функционирование, в то время как архитектура определяет, как эти блоки организованы и согласованы для достижения целей и задач лаборатории. Оба аспекта важны для создания эффективной, надежной и функциональной Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Разработка концепции пользовательского интерфейса

Использование готовых решений в качестве технологической платформы Виртуальной Компьютерной Лаборатории подразумевает, что адаптация пользовательского интерфейса возможна или за счет имеющихся внутренних настроек или за счет плагинов и надстроек.

Тем не менее, главным приоритетом пользовательского интерфейса неизменно остаются простота и легкость в использовании – он должен быть наглядным и интуитивно понятным, максимально упрощая взаимодействия пользователей с Виртуальной Компьютерной Лабораторией, чтобы скрывать за внешней элегантностью внутреннюю сложность технологических процессов и операций.

Логически организованная структура пользовательского интерфейса Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает снизить порог вхождения новых пользователей, а внедрение в пользовательский интерфейс подсказок, контекстно-ориентированной помощи и обучающих материалов упрощает процесс обучения и адаптации. Привлекательное визуальное оформление пользовательского интерфейса часто способствует повышению уровня вовлеченности и интереса пользователей.

Таким образом, выбирая технологическую платформу Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо обращать внимание на базовый пользовательский интерфейс, т.к. несмотря на корректировки дизайна, надстройки и плагины, именно он обеспечивают основное взаимодействие пользователей с лабораторией, которое должно быть эффективным и приятным.

Эффективный и приятный пользовательский интерфейс – залог успешной работы Виртуальной Компьютерной Лаборатории и удовлетворенности пользователей. Это подобно выбору инструмента: правильный инструмент в руках мастера позволяет творить чудеса, в то время как неправильный инструмент может испортить даже самый лучший материал.

Обеспечение удобства использования

При выборе программного и аппаратного обеспечения для Виртуальной Компьютерной Лаборатории важно рассматривать не только технические характеристики, но и обеспечить высокий уровень комфорта и удобства ее использования. При этом желательно выбирать такие решения, которые легко интегрируются в учебный процесс и являются интуитивно понятными как для студентов, так и для преподавателей.

Особое внимание следует уделять доступности качественной технической поддержки, к которой можно привлекать опытных студентов в рамках практики или в свободное от учебы время.

Наличие достаточного количества обучающих материалов, технической литературы, хорошо структурированных руководств, видеоуроков и FAQ облегчает процесс обучения и зачастую помогает пользователям быстрее осваивать новые информационные системы.

Такой подход гарантирует, что студенты и преподаватели смогут без особых трудностей смогут освоить и саму Виртуальную Компьютерную Лабораторию. При этом удобство использования и эффективная поддержка становятся неотъемлемыми компонентами успешного внедрения лаборатории в образовательную и исследовательскую деятельность.

Разработка процедур резервного копирования и восстановления данных

Резервное копирование и быстрое восстановление являются важными составляющими безопасности данных в Виртуальной Компьютерной Лаборатории. На этапе проектирования необходимо создать надежный и многоуровневый план, который гарантирует сохранность пользовательских данных и их быстрое восстановление в случае сбоев или потерь. Для этого потребуется определить частоту и расписание создания резервных копий, выбрать метод резервного копирования (например инкрементальное, дифференциальное, непрерывное резервное копирование), оценить время восстановления, выбрать емкость накопителей для хранения резервных копий, с учетом я длительность хранения и финансовых возможностей, а также задать другие существенные параметры в случае необходимости.

Необходимо предусмотреть регулярное создание резервных копий ценной информации, а также подготовить детальное описание процедур и программно-инструментальных средств для копирования и восстановления данных. Важно учитывать различные сценарии, включая технические сбои, ошибки пользователей и внешние угрозы, а затем разработать соответствующие регламенты для каждого из них.

Процедура резервного копирования должна включать проверку и тестирование резервных копий на предмет их актуальности и работоспособности, а также обеспечивать простой и быстрый доступ к ним в случае необходимости.

Таким образом, грамотно спланированная и реализованная стратегия резервного копирования и восстановления данных является залогом надежности и безопасности Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Соблюдение законодательства, отраслевых стандартов и нормативов

При проектировании Виртуальной Компьютерной Лаборатории в большинстве случаев необходимо учитывать соответствие законодательству, различным отраслевым стандартам и нормативным актам, таким как Федеральный закон о персональных данных, GPDR, HIPAA, ISO/IEC, Energy Star или Green Computing. Это гарантирует, что Виртуальная Компьютерная Лаборатория не только отвечают высоким стандартам качества и безопасности, но и полностью соответствуют действующим законодательным и регуляторным требованиям, что способствует укреплению доверия пользователей к Виртуальной Компьютерной Лаборатории, обеспечивает её эффективность, надежность и универсальность.

Стремление к стандартизации и воспроизводимости

Стандартизация является важным аспектом при создании Виртуальной Компьютерной Лаборатории, поскольку позволяет упростить взаимодействие и обмен данными между участниками. Кроме этого, стандартизация обеспечивает единообразие и согласованность лабораторных процессов, а также создает предпосылки для быстрой воспроизводимости виртуальных инфраструктур, что может сократить время подготовки преподавателей к занятиям и/или повысить результативность выполнения учащимися практических заданий и исследований.

Примером стандартизации служит выбор формата виртуальных машин, который определяет способ хранения данных виртуальной среды, включая конфигурацию операционной системы, установленное программное обеспечение и файлы пользователя. Распространенные форматы, такие как VMDK (VMware), VHD/VHDX (Microsoft Hyper-V) и OVF/OVA (Open Virtualization Format), играют важную роль в обеспечении совместимости между различными платформами виртуализации и инструментами управления.

Включение в стандартизацию различных протоколов и интерфейсов для взаимодействия с виртуальными машинами может облегчить процесс обучения и снижает порог входа для пользователей.

Поддержание стандартов в Виртуальной Компьютерной Лаборатории благоприятствует более эффективному сотрудничеству между студентами, преподавателями и исследователями из разных областей знаний и географических регионов, тем самым расширяя границы научного сотрудничества и обмена опытом.

Как заметил Аристотель, «Порядок есть то, что придает вещам красоту и совершенство». В контексте Виртуальной Компьютерной Лаборатории, стандартизация не просто технический прием, но и способ создать упорядоченную среду, способствующую творческому поиску и эффективному обучению.

Поиск соотношения цена-качество, оптимизация цены и эффективности

При выборе компонентов для Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо уделять должное внимание определению тех элементов, которые предлагают наилучшее соотношение цены и качества. Для этого требуется исключить из списка такие варианты, которые предлагают расширенные, но избыточные функции за дополнительную стоимость. Такой подход позволяет сфокусироваться на обеспечении необходимой функциональности при оптимальных затратах, обеспечивая экономическую эффективность проекта без компромиссов в плане технических характеристик и образовательного потенциала.

Выбор и оценка технологий, оборудования и программного обеспечения

Выбор технологий, оборудования и программного обеспечения включает в себя тщательный анализ и оценку различных вариантов технологических платформ виртуализации и контейнеризации, вспомогательных информационных систем, серверного и сетевого оборудования, систем хранения данных, GPU и DPU ускорителей, а также других компонентов, которые могут быть использованы для создания и поддержки функциональности лаборатории.

При выборе технологий, оборудования и программного обеспечения для Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо уделять должное внимание соответствию компонентов ключевым критериям совместимости и производительности, а также согласованность с общими целями и задачами Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Этот процесс включает тщательную оценку возможных вариантов на основе заранее определенных требований, с целью подбора решений, которые наилучшим образом отвечают потребностям проекта.

Перед закупкой дорогостоящего оборудования и программного обеспечения для создания Виртуальной Компьютерной Лаборатории нужны гарантии того, что лаборатория будет работать ожидаемым образом, чтобы каждый компонент мог гармонично взаимодействовать с другими компонентами системы. Это включает проверку совместимости оборудования и программного обеспечения с использованием списков совместимости (Hardware Compatibility Lists, HCL) от производителей, где на основе всеобъемлющего тестирования, сами производители подтверждают способность оборудования взаимодействовать друг с другом и стабильно работать совместно. Такой подход обеспечивает создание интегрированной и гармонизированной технической среды, способной эффективно выполнять требуемые задачи.

Правильный подбор технологий, оборудования и программного обеспечения согласно этим критериям является ключевым фактором, который гарантирует высокую производительность, долговечность и надежность Виртуальной Компьютерной Лаборатории. Также важно выбрать такую технологическую платформу лаборатории, которая поможет быстрее адаптироваться к меняющимся образовательным требованиям и трендам. Тщательная оценка технологий и оборудования являются фундаментом для успешной реализации и долгосрочной устойчивости Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Планирование масштабируемости и будущего развития

При выборе аппаратных и программных решений для Виртуальной Компьютерной Лаборатории важно учитывать не только их соответствие текущим потребностям, но и прогнозировать будущее развитие (например, увеличение количества пользователей), а также оценивать возможности обновления и модернизации. Это обеспечит адаптацию лаборатории к расширяющимся или меняющимся требованиям, увеличивая ее долгосрочную ценность и функциональность. Выбор гибких и модульных решений позволит Виртуальной Компьютерной Лаборатории эффективно расти и развиваться в соответствии с новыми образовательными направлениями и технологическими трендами.

Оптимизация управления лицензиями и упрощение доступа к программному обеспечению

Внедрение Виртуальной Компьютерной Лаборатории с централизованным лицензированием облегчает доступ к специализированному программному обеспечению для студентов и преподавателей. Централизованное управление лицензиями и эффективный контроль за использованием программного обеспечения помогают снижать риски, связанные с нарушением лицензионных соглашений и возникающими в связи с этим правовыми проблемами.

Предоставление доступа к программному обеспечению с помощью технологий виртуализации упрощает его установку и использование, минимизируя технические сложности и порог вхождения. Такой подход существенно ускоряет процесс развертывания и освоения сложных программно-технологических решений.

Кроме того, централизованное управление лицензиями и программным обеспечением в среде Виртуальной Компьютерной Лаборатории может способствовать экономии как временных, так и финансовых ресурсов, что повышает эффективность образовательной и исследовательской деятельности.

Централизованное управление лицензиями, подобно философскому понятию «золотой середины», позволяет найти баланс между свободой доступа к программному обеспечению и необходимостью соблюдения правовых норм. Это способствует созданию гармоничной среды, где творчество и инновации могут процветать, не нарушая установленных правил.

Прототипирование, интеграция и тестирование

Процесс создания Виртуальной Компьютерной Лаборатории включает важные этапы прототипирования, интеграции и тестирования.

На этапе прототипирования разрабатываются модели или прототипы, предназначенные для экспериментального тестирования и оценки концептуальных идей. Это позволяет проверить реализуемость и эффективность предложенных решений до их полномасштабной реализации.

После разработки прототипов следует этап интеграции, когда отдельные компоненты и модели объединяются в единую рабочую систему. Этот процесс требует тщательной координации, чтобы обеспечить бесперебойную и гармоничную совместную работу всех элементов системы.

Затем проводится всестороннее тестирование системы для того, чтобы убедиться в ее стабильности, эффективности и соответствию первоначальной задумке. Тестирование не только проверяет техническую исправность, но и оценивает, насколько хорошо система отвечает потребностям и ожиданиям всех заинтересованных лиц. Особое внимание уделяется проверке того, как система функционирует в различных условиях и выявлению потенциальных проблем или недостатков.

Для снижения затрат на прототипирование, перед покупкой оборудования можно воспользоваться облачными сервисами, а затем развернуть минимально жизнеспособную архитектуру (Minimum Viable Architecture, MVA) программно-технологического решения локально, с целью оптимизации расходов на эксплуатацию, что подразумевает создание базовой версии Виртуальной Компьютерной Лаборатории, которая включает только самые необходимые функции и компоненты, достаточные для выполнения основных задач и достижения поставленных целей. Базовая версия архитектуры дает возможность быстро протестировать основные идеи и получить обратную связь от пользователей, что является ценным ресурсом для дальнейших улучшений.

После создания и тестирования минимально жизнеспособной архитектуры можно поэтапно добавлять новые функции и улучшения, основываясь на потребностях пользователей и результатах тестирования. Такой подход позволяет избежать лишних затрат на ненужные в начальной стадии функции, сосредотачивая ресурсы на развитии и улучшении приоритетных аспектов Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Однако, кроме технологических аспектов, следует уделять внимание к культуре инноваций в рамках проектной команды. Способность команды к быстрому обучению, экспериментированию и принятию решений на основе данных становится критически важным аспектом для успешного выполнения проекта. Создание творческой среды, где ценятся креативность, открытость к новым идеям и готовность к изменениям, может значительно повысить эффективность разработки и внедрения новых функций Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Реализация и внедрение

После того, как окончательный вариант архитектуры, технической инфраструктуры и технологической реализации Виртуальной Компьютерной Лаборатории одобрены и утверждены, выбрано и закуплено требуемое аппаратное и программное обеспечение, наступают этапы реализации и внедрения лаборатории в академическую среду образовательного учреждения.

В рамках этапа реализации происходит превращение концепций, прототипов, планов, моделей, топологий и т. п. в работающую систему, т.е. выполняется непосредственное создание системы, а также сопутствующих приложений и бизнес-процессов, которые затем, в рамках этапа внедрения, вводятся в эксплуатацию в реальной операционной среде.

Говоря о реализации и внедрении Виртуальной Компьютерной Лаборатории, речь скорее всего будет идти о пилотном проекте с минимально жизнеспособной архитектурой. Чтобы не возникло путаницы, еще раз отметим, что прототипом является начальная версия системы, предназначенная для демонстрации идей и концепций, а пилотный проект – это более развитая версия, которая первое время будет использоваться в узком кругу пользователей, для ограниченного числа образовательных программ или для определенных сценариев, с последующим постепенным развитием функциональности и доработками на основе обратной связи от всех заинтересованных лиц и дальнейшим расширением охвата до всеобъемлющего открытого облачного образовательного пространства, создание которого является основным целеполаганием внедрения Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

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].

Вернуться

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.

Вернуться

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».

Вернуться

4

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

Вернуться

5

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

Вернуться

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].

Вернуться

7

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

Вернуться

8

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

Вернуться

9

Дополнительную информацию см. в гл. 1 в разделе «Социотехническое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией: объединение централизованного подхода, самоорганизации и цифровой прозрачности».

Вернуться

10

Дополнительную информацию см. в гл. 5 в разделе «Развитие аналитических навыков».

Вернуться

11

Технологическая платформа VMware vSphere Foundation, рассматриваемая автором как референтная, обладает всеми необходимыми возможностями.

Вернуться

12

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

Вернуться

13

Дополнительную информацию см. в гл. 2 в разделе «Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред».

Вернуться

14

Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Путь энтузиаста: от идеи до реальности Виртуальной Компьютерной Лаборатории».

Вернуться

15

Требования к Виртуальной Компьютерной Лаборатории уже сегодня формируют генетический код будущего ИТ-образования, закладывающий основы для создания самообучающейся учебной среды, способной адаптироваться к динамично меняющимся технологическим реалиям и актуальным потребностям рынка труда.

Вернуться

16

Дополнительную информацию см. в гл. 2 в разделе «Прототипирование, интеграция и тестирование».

Вернуться

17

Взаимодействие компонентов рождает силу системы, подобно оркестру, который исполняет симфонию, где каждый инструмент вносит свой вклад в гармоничное целое.

Вернуться

18

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

Вернуться