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

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 деятельности[11 - Технологическая платформа VMware vSphere Foundation, рассматриваемая автором как референтная, обладает всеми необходимыми возможностями.].

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 знаниями[12 - Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Примеры архитектурных расширений Виртуальной Компьютерной Лаборатории».], 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 область[13 - Дополнительную информацию см. в гл. 2 в разделе «Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред».].

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 Лаборатории[14 - Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Путь энтузиаста: от идеи до реальности Виртуальной Компьютерной Лаборатории».]. 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 проекта[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.].

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.