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

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 задач[5 - Дополнительную информацию см. в гл. 2 в разделе «Содействие проблемно-ориентированному обучению и обучению через вызовы».].

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. «????» – 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