Подготовка специалистов по ИТ: Россия и США

Качество подготовки квалифицированных специалистов в области ИТ во многом определяет сегодня уровень технологического развития страны, однако для ответа на вопрос, насколько эта подготовка соответствует современным требованиям и в каком направлении ее совершенствовать, полезно сопоставить ее с подготовкой в других странах. Детальное сравнение образовательных программ в университетах США и России по содержанию и требованиям к результатам обучения позволит оценить каждую программу в целом и уровень преподавания отдельных ключевых дисциплин.

Попробуем теперь конкретизировать анализ, взяв для сравнения программы подготовки бакалавров по направлению «Фундаментальная информатика и информационные технологии» (ФИиИТ) Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ) и программы Computer Science Университета штата Северная Каролина (NCSU).

Однако насколько сопоставление программ двух конкретных университетов позволяет делать выводы о ситуации в целом? В России подготовка специалистов в вузах регламентирована государственными образовательными стандартами и каждые пять лет подлежит государственной аккредитации. В США государственных образовательных стандартов нет, но каждый университет аккредитует свои образовательные программы в специализированных агентствах, выставляющих единообразные требования по каждой программе, и раз в шесть лет подтверждает аккредитацию. По программе Computer Science роль такого агентства играет Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET, www.abet.org), аккредитующее более 3 тыс. образовательных программ, что позволяет говорить о наличии унификации таких программ.

Организация и технология

ПГНИУ и NCSU занимают каждый в своей стране сопоставимое положение среди региональных государственных исследовательских университетов, находясь в системе таких вузов в верхних частях национальных списков. Относительно ПГНИУ это подтверждается статусом Национального исследовательского университета, а инженерный факультет (College of Engineering) в NCSU, на котором реализуется программа Computer Science, устойчиво занимает высокие места в рейтинге U.S. News & World Report (в 2012 году — 31-е место среди полутора сотен университетов, участвовавших в рейтинге).

Подготовка ИТ-специалистов (530 студентов и аспирантов) реализуется в ПГНИУ по трем направлениям и одной специальности силами трех кафедр, на которых работают 50 преподавателей. Все эти программы достаточно популярны — проходной балл по ним за последние годы находится на уровне 220–240 по итогам трех ЕГЭ (средний балл по информатике в 2012 году составил 82). Подготовка ИТ-специалистов (1300 студентов и аспирантов) в NCSU ведется по одной программе силами 50 преподавателей одной кафедры. Программа Computer Science в NCSU и программа ФИиИТ в ПГНИУ имеют схожую структуру и направленность. Все это делает правомерным сопоставление именно этих вузов.

Учеба в NCSU начинается фактически еще до поступления — учащиеся старших классов школы могут записываться на отдельные курсы в университет, сдавать экзамены вместе со студентами, а потом, после поступления в университет, эти курсы будут им засчитаны. Если в университет поступает выпускник колледжа, то часть изученных им курсов также может быть засчитана. В ПГНИУ обучение школьников по дисциплинам университета не практикуется, но для выпускников профильных колледжей и для тех, кто уже имеет высшее образование, организуется обучение по сокращенной программе (три года), составленной на базе программы ФИиИТ и дающей степень бакалавра.

В школах США информационные технологии в большинстве штатов (включая Северную Каролину) как обязательный предмет не изучаются, поэтому на начальном этапе реализации программы Computer Science приходится исходить из допущения об отсутствии у студентов систематической подготовки по информатике. В России информатика является обязательным предметом в школе, и при поступлении на направление ФИиИТ необходима сдача ЕГЭ по информатике.

В NCSU студент, желающий стать бакалавром по ИТ, поступает на инженерный факультет (College of Engineering), предлагающий много образовательных программ, и в процессе самоопределения, продолжающемся, как правило, весь первый год обучения, студент обязан изучить как минимум английский язык, математику, химию, физику и введение в инженерию. За это время он должен выбрать основную программу (major), но при этом может дополнительно выбрать и усеченную версию другой программы (minor). В ПГНИУ студент сразу поступает на конкретное направление или специальность, и перевод на другую образовательную программу теоретически возможен, но обычно является исключением. Понятие, эквивалентное minor, отсутствует.

За четыре года обучения в NCSU по программе Computer Science студент для получения степени бакалавра должен изучить минимум 40 дисциплин (односеместровых), например в 2012–2013 учебном году среди них было 23 обязательные дисциплины и 17 дисциплин по выбору. Таким образом, доля дисциплин по выбору составляет более 40%, но при определенном регулировании их направленности. В ПГНИУ при обучении по программе ФИиИТ студент изучает 45 дисциплин, а при пересчете на односеместровые — примерно 60, выбирая 12, из которых примерно половина относится к общеобразовательным, а половина — к профессиональным. Таким образом, доля дисциплин по выбору составляет примерно 20%.

В NCSU в программе Computer Science существует специализация (concentration) «Разработка компьютерных игр», и студент имеет право либо выбрать специализацию, либо обойтись без нее. В ПГНИУ аналогом специализации является профиль образовательной программы «Открытые информационные системы».

Аудиторная нагрузка студентов, обучающихся по программе Computer Science в NCSU, как правило, не превышает 15 академических часов в неделю (обычно пять курсов трудоемкостью по 3 кредита). Аудиторная нагрузка студентов ПГНИУ программы ФИиИТ составляет в среднем 19 часов в неделю (без учета физкультуры, которая на первом – третьем курсах добавляет еще по 3 аудиторных часа в неделю).

Соотношение часов между лекционными и практическими (лабораторными) занятиями в двух университетах сильно различаются. В NCSU доминируют лекционные занятия, по многим дисциплинам семинаров и лабораторных работ нет. В ПГНИУ соотношение между лекционными и практическими (лабораторными) занятиями примерно 1:2. Значительную часть заданий, которые студенты ПГНИУ выполняют в аудитории с помощью преподавателей, студенты NCSU выполняют самостоятельно в качестве домашних заданий, чтобы иметь возможность сдать экзамен.

Студенты NCSU практически не конспектируют лекции, поскольку лектор обязан выкладывать на сайт большой объем информации и изначально рекомендует студентам учебник, которого он будет придерживаться в своих лекциях. Студенты ПГНИУ чаще всего конспектируют лекции, поскольку преподаватель, как правило, не связывает свой курс с одним учебником и не всегда выкладывает на сайт достаточное количество учебных материалов.

В NCSU нет устных экзаменов и формы отчетности, аналогичной российскому «зачтено». Итоговый экзамен для студентов программы Computer Science проводится по каждому предмету и включает задания трех типов: тестовые с выборочным ответом, с необходимостью дать ответ в виде числа или короткой строки и требующие развернутых ответов. Экзамен длится, как правило, три часа. В ПГНИУ большая часть экзаменов традиционно принимается в устной форме, по билетам, содержащим вопросы из сообщенного студентам перечня. Студенты NCSU чаще всего получают от преподавателя образцы тестов, которым на экзамене соответствуют тесты того же уровня сложности.

В NCSU по каждому предмету заранее (в начале семестра) объявляется система оценивания (grading) — студент знает, сколько баллов он получит за каждую конкретную лабораторную работу, выполнение заданий на итоговом экзамене и т. д., а иногда, по усмотрению преподавателя, сколько баллов с него будет списано за прогулы занятий. В ПГНИУ при обучении по программе ФИиИТ подобная система используется редко — традиционно решающую роль играет экзамен, а преподаватель соотносит оценку как с ответом, так и с результатами практических занятий. Важно заметить, что в NCSU нельзя «пересдать» экзамен и исключения крайне редки, не сдал — изучай курс заново. В ПГНИУ пересдача экзаменов является обычной практикой.

Обучение в NCSU платно для всех студентов (некоторым удается получить поддержку различных фондов для покрытия части стоимости обучения). В 2012–13 учебном году для резидентов штата Северная Каролина полные расходы на обучение по программе бакалавриата Computer Science составили около 20 тыс. долл. (плата за обучение, учебники, общежитие, питание, медицинская страховка и т. д.), а для нерезидентов — 33 тыс. В ПГНИУ на программе ФИиИТ более 80% студентов обучаются бесплатно. Учебниками студентов обеспечивает университет, а плата за общежитие символическая.

Образовательная программа

Обе обсуждаемые программы учитывают регламентирующие требования к результатам подготовки — Федерального государственного стандарта (ФГОС) для ПГНИУ и ABET для NCSU. В обоих случаях требования касаются как результатов обучения, так и условий его реализации. Оба университета создают на базе этих требований развернутые образовательные программы.

NCSU

После окончания обучения студенты должны быть компетентны в области теоретических и математических основ информатики и быть способны: применять основные понятия дискретной математики для моделирования вычислительных задач; демонстрировать применение абстрактных структур (графы, конечные автоматы и рекуррентные соотношения) для решения проблем информатики; анализировать и оценивать сравнительную эффективность алгоритмов и структур данных, соответствующих решению проблем информатики; применять понятия, связанные с такими структурами, как списки, стеки, очереди, массивы, графы, деревья и множества, а также хеширование, для проектирования и создания алгоритмов. Выпускники должны хорошо владеть одним языком программирования, иметь базовые знания о нескольких других и быть в состоянии создавать эффективные решения конкретных задач с использованием объектно-ориентированного языка программирования, писать программы на ассемблере и на процедурном языке программирования. Они должны также разбираться в аппаратных и программных архитектурах компьютерных систем и уметь объяснить функции и взаимодействие различных физических устройств, функции операционных систем и сетей, разбираться в вопросах компьютерной безопасности.

От выпускников требуется также владение навыками работы в команде — они должны уметь вести переговоры, уточнять и документировать требования клиента; применять знания фундаментальных алгоритмов, концепции языков программирования и приемов проектирования для того, чтобы определить общий дизайн ПО; создавать полностью специфицированные системы и тестировать их; планировать и контролировать ход выполнения программных проектов. Кроме этого, они должны быть в состоянии провести презентацию и подготовить письменный технический документ, соответствующий потребностям аудитории, а также демонстрировать способность быть ответственным, понимать социальные и этические последствия компьютинга.

ПГНИУ

В российских вузах требования к выпускникам (профессиональные компетенции) задаются ФГОС. Перечень таких компетенций выпускника ФИиИТ, составленный путем редуцирования соответствующего обширного текста ФГОС, имеет следующий вид.

• Научно-исследовательская деятельность. Способность выпускника к применению современного математического аппарата, фундаментальных концепций и системных методологий; к расчетно-экспериментальной деятельности, построению компьютерных моделей и проведению исследований; к взаимодействию и сотрудничеству с профессиональными сетевыми сообществами, отслеживанию динамики развития выбранных направлений области ИТ.
• Производственно-технологическая деятельность. Способность применять базовые математические знания для решения задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий; методологии компьютерного моделирования, электронные библиотеки и коллекции, библиотеки и пакеты программ; современные парадигмы и методологии программирования, языки программирования и языки баз данных; методологии системной и программной инженерии; технологии высокопроизводительных вычислений; методы и навыки использования сетевых технологий, конфигурирования операционных систем и платформных окружений; профессиональные стандарты информационных технологий; методы и навыки поддержания информационной безопасности компьютеров и компьютерных сетей. Способность разрабатывать проектную документацию, удовлетворяющую нормативным требованиям; ИТ-инфраструктуру предприятия, обеспечивающую поддержку бизнес-процессов; контент предприятия, управление процессами создания и использования информационных сервисов.
• Сервисно-аналитическая деятельность. Способность к монтажно-наладочной и сервисно-эксплуатационной деятельности; оцениванию и анализу функционирования средств и систем информационных технологий; проведению обследования деятельности и ИТ-инфраструктуры предприятий, выработке рекомендаций по ее совершенствованию.
• Педагогическая деятельность. Способность к преподаванию учебных дисциплин информатического цикла; созданию образовательного контента; использованию современных технических и программных средств обучения; созданию локальных обучающих информационных систем.
• Консалтинговая деятельность. Способность к консультированию заказчиков по совершенствованию ИТ-инфраструктуры предприятия, по рациональному выбору информационных систем и информационно-коммуникационных технологий управления бизнесом; организации взаимодействия с клиентами и партнерами в процессе решения задач управления жизненным циклом ИТ-инфраструктуры предприятия.

Почти для всех компетенций, полученных в результате обучения по программе Computer Science в NCSU, имеется один или несколько аналогов из списка компетенций программы ФИиИТ в ПГНИУ.

Учебные планы

Свобода в формировании образовательной траектории студентов NCSU и различие в их первичной подготовке по сравнению с ПГНИУ определяют различия в персональных учебных планах студентов двух университетов.

Для получения степени бакалавра студент NCSU должен набрать как минимум 120 кредитов. Кредит в вузах США привязан к аудиторным часам — для большинства курсов 1 кредит означает 15 аудиторных часов (лекционных продолжительностью 75 минут). Для курсов, которые сопровождаются семинарами или лабораторными работами, выполняемыми под руководством преподавателя, соотношение между кредитами и аудиторными часами может быть несколько иным, но очень важно (и необычно для российских вузов), что среди дисциплин профессионального цикла обсуждаемой программы всего две сопровождаются лабораторными работами («введение в компьютинг» и «программная инженерия»), причем дополнительные часы для лабораторных работ выделяются только для первой.

Студентам рекомендуется на каждый аудиторный час расходовать два-три часа на самостоятельную работу, то есть гипотетическая доля аудиторной работы в общей трудоемкости составляет около 25%.

Все предметы формально односеместровые, а учебные дисциплины распределены между циклами «Гуманитарный», «Математический и естественно-научный» и «Профессиональный». Курсы по выбору большей частью привязаны к этим циклам. Число курсов по выбору чрезвычайно велико, некоторые из них предлагаются всем студентам университета, а некоторые — в рамках факультета (College of Engineering) или кафедры (Department of Computer Science). В табл. 1 представлен учебный план (запись типа 4/75 означает 4 кредита и 75 аудиторных часов).

Отдельно стоит отметить групповой проект (8-й семестр), играющий важную роль в становлении профессиональной карьеры выпускников. Студенты группами по три человека выполняют полный цикл разработки небольшого программного продукта по заданию какой-либо софтверной компании. Защита проектов — публичная процедура, с компьютерными презентациями и стендовыми докладами, в ней принимают участие представители заказчика.

Минимальное число кредитов (зачетных единиц) для получения степени бакалавра в ПГНИУ равно 240 — один кредит равен 36 часам, включая аудиторную и самостоятельную работу. Аудиторная работа при подготовке бакалавров по программе ФИиИТ составляет примерно 40% нормативной трудоемкости и неравномерно распределена по предметам с учетом специфики курса. В табл. 2 представлен соответствующий учебный план.

В 2012–2013 учебном году список курсов по выбору включал 9 гуманитарных и социально-экономических дисциплин и 15 математических и профессиональных дисциплин.

Таким образом, общая структура подготовки в NCSU и ПГНИУ схожа — в обоих университетах примерно одинаковый процент гуманитарных, математических, естественно-научных и профессиональных дисциплин. Перечни дисциплин математической и профессиональной подготовки в значительной степени совпадают. Вместе с тем количество аудиторных часов различается — 2000 в NCSU против 2840 в ПГНИУ, что обусловлено почти полным отсутствием в NCSU практических и лабораторных занятий по дисциплинам специальной подготовки. Основная форма аудиторной работы при изучении профессиональных дисциплин в NCSU — лекции, а в ПГНИУ соотношение лекционных и практических (лабораторных) занятий примерно 2:3.

Профессиональная подготовка

Разберемся теперь с тем, насколько в учебных планах отражены отдельные блоки дисциплин профессиональной подготовки в ПГНИУ и NCSU. За основу примем классификацию блоков дисциплин подготовки специалистов по информатике, предложенную в Computing Curricula (CC2001) (“ACM/IEEE-Curriculum 2001 Task Force. Computing Curricula 2001”, Computer Science. IEEE Computer Society Press and ACM Press, December 2001. Русский перевод «Рекомендации по преподаванию информатики в университетах 2001». М.: Интернет-университет информационных технологий. 2007. С. 170–462.). В табл. 3 даны сведения по нижней границе аудиторных часов, допускаемых на соответствующий блок CC2001, количеству аудиторных лекционных часов в учебном плане NCSU и экспертной оценке (от 0 до 4) полноты реализации блока. Экспертная оценка выполнена преподавателями кафедры Computer Science NCSU в процессе подготовки к аккредитации.

По каждому блоку, не представленному в учебном плане обязательными курсами, студентам NCSU предлагаются курсы по выбору, и многие изучают соответствующие дисциплины в большем объеме, чем указано (в том числе и в тех строках, в которых обозначено отсутствие аудиторных часов в учебном плане).

В табл. 4 даны аналогичные данные для ПГНИУ. Поскольку, в отличие от NCSU, лекции в ПГНИУ почти всегда сопровождаются практическими и/или лабораторными занятиями, аудиторные часы указаны в виде суммы лекционных и практических часов. Экспертная оценка выполнена преподавателями информатики ПГНИУ.

Распределение профессиональной подготовки по блокам дисциплин в обоих вузах в основном соответствует рекомендациям СС2001. Отсутствие явно выраженного блока «Графика и визуализация» и «Интеллектуальные системы» в NCSU не означает, что эти вопросы там не затрагиваются — они в обзорном порядке отражены в других дисциплинах.

***

Содержание обучения в обоих вузах достаточно схоже, хотя есть многочисленные отличия в деталях. Например, изучение программирования в NCSU целиком базируется на объектном подходе (язык Java как первый и главный язык программирования), а в ПГНИУ студентов сначала учат приемам структурного программирования на классических задачах поиска и сортировки в различных структурах данных, а лишь потом обращаются к объектной парадигме.

Предварительный анализ уровня подготовки выпускников путем сопоставления экзаменационных материалов по комплексам дисциплин, связанных с подготовкой по программированию, выявляет примерно равные по уровню требования. Однако это не означает одинаковых результатов: выпускники программы бакалавриата NCSU существенно сильнее отличаются друг от друга по уровню подготовки, чем выпускники разных кафедр программы ФИиИТ ПГНИУ. Небольшая часть выпускников NCSU, способных к регулярной самостоятельной работе, имеют очень хорошую подготовку, в то время как многие оканчивают обучение со средней оценкой С («удовлетворительно»). Успешные студенты часто ведут исследовательскую работу вместе с преподавателями, имеют к концу обучения публикации в журналах и выступления на конференциях. Из этой группы большинство поступают в магистратуру или на программу PhD. Необходимо отметить, что высокий спрос на ИТ-специалистов в США гарантирует возможность получения высокооплачиваемой работы для всех выпускников. Выпускники ПГНИУ программы ФИиИТ по формальным результатам обучения составляют более однородную массу (в сторону относительно более высоких оценок), а лучшие продолжают обучение в магистратуре. С трудоустройством по специальности у них проблем также нет.

Итак, в содержании и результатах подготовки бакалавров информатики по обсуждаемым программам общего у двух университетов гораздо больше, чем различий, хотя условия реализации образовательного процесса существенно различаются.

Евгений Хеннер (ehenner@psu.ru) — зав. кафедрой информационных технологий Пермского государственного национального исследовательского университета, Маттиас Стэллманн (mfms@ncsu.edu) — профессор факультета информатики Университета Северной Каролины (США).