Роль системного подхода в профессиональной подготовке студентов

NovaInfo 56, с.422-428
Опубликовано
Раздел: Педагогические науки
Просмотров за месяц: 11
CC BY-NC

Аннотация

В работе рассматривается роль системного подход в обучении и формированию специалиста в области информационной безопасности. Показана интегрирующая роль вычислительной техники и информационных технологий в инновационной подготовке современного специалиста. Рассматривается возможность применения в практикуме программных продуктов Mathcad, MATLab, MS EXCEL и GPSS, помогающих в понимании и применении системного подхода к объектам профессиональной деятельности.

Ключевые слова

ПОДГОТОВКА IT-СПЕЦИАЛИСТА, СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД, СИСТЕМНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ, СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Текст научной работы

Современный этап развития общества характеризуется повышением роли системности. «Исследователь ощущает свое невежество тем больше, чем больше он знает...» – это парадоксальное замечание крупнейшего физика нашего времени профессора Р. Оппенгеймера как нельзя более точно характеризует парадоксальную ситуацию в современной науке. Многообразие и возрастающий объем информации требует принципиально нового подхода в решении задач. Такой подход получил название комплексного или системного подхода. Уже сегодня системный подход используют во всех областях знания, хотя в ее различных областях он проявляется по-разному.

Так, в технических науках речь идет о системотехнике, в кибернетике – о системах управления, в биологии – о биосистемах и их структурных уровнях, в социологии – о возможностях структурно-функционального подхода, в медицине – о системном лечении сложных болезней. В самой природе науки лежит стремление к единству и синтезу знания. Весь окружающий мир по своей структуре имеет системную природу. Системность – это новое качество знаний, разорванное «лишь по произволу самим человеком» (Макс Планк).

Системность необходима:

  • для развития мышления, поскольку оно происходит через усвоение научной теории, внутренним свойством которой является системность;
  • для разработки различных социально-экономических систем (в том числе и технических), подход к которым должен быть системным;
  • для понимания знаний как результата синтеза; именно непонимание ведет к утрате желания учиться, к потере престижа высшей школы;
  • для повышения интереса студентов к науке и изучаемым дисциплинам, поскольку интерес вызывается в первую очередь пониманием;
  • для познания законов окружающего мира и формирования новых (ведь закон – это внутренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений природы и общества);
  • для упорядочения знаний;
  • для получения научной картины мира как целостного усвоения знаний по основам наук, для формирования научного мировоззрения, для гармоничного развития личности.

По данным ЮНЕСКО, существуют три типа сферы инженерной деятельности:

  • инженер-исследователь-разработчик, выполняющий функции изобретателя, проектировщика и конструктора;
  • инженер-производственник, выполняющий функции технолога, организатора производства и эксплуатационника;
  • инженер-системотехник-системный аналитик, выполняющий функции управления сложной инженерной деятельностью и имеющий принципиально новое мышление.

Именно инженера с новым мышлением готовит кафедра Информационной безопасности телекоммуникационных систем Южного Федерального университета [1]. Значение системности для студентов данной кафедры велико, ведь «системный подход к явлениям – одно из важнейших интеллектуальных свойств человека» [2].

Системный подход является фундаментом для изучения большинства дисциплин кафедры, формирующих современного IT-специалиста по защите информации:

  • Устройства и методы защиты информации;
  • Защита программных средств защищенных телекоммуникационных систем;
  • Защищённые мультисервисные сети;
  • Информационное противодействие угрозам терроризма;
  • Проектирование защищенных телекоммуникационных систем;
  • Разработка защищенных телекоммуникационных систем специального назначения;
  • Защищенные телекоммуникационные системы;
  • Программно-аппаратные средства обеспечения информационной безопасности;
  • Микропроцессорные модули защищённых систем радиосвязи;
  • Информационная безопасность телекоммуникационных систем;
  • Проектирование защищённой оптической телекоммуникационной сети.

Подходить системно к каждой проблемной ситуации – главная задача преподавания специальных дисциплин на кафедре. При изучении каждой из названных выше дисциплин необходимы компетенции, полученные в основном на практических занятиях базовых дисциплин:

  • систематизация научно-технической информации по проблемам информационной безопасности телекоммуникационных систем;
  • способность применять соответствующий математический аппарат для решения профессиональных задач;
  • способность оценивать технические возможности и вырабатывать рекомендации по построению телекоммуникационных систем;
  • умение разрабатывать модели угроз информационной безопасности телекоммуникационных систем;
  • способность исследовать защищенные сети и системы передачи информации;
  • умение проектировать системы и средства защиты информации;
  • умение анализировать сети и системы передачи информации по показателям информационной безопасности.

В рамках выполнения практикума по моделирование систем и сетей телекоммуникаций студенты получают навыки по приведенным выше компетенциям.

При изучении дисциплин, оказывающих большое влияние на формирование будущего IT-специалиста по информационной безопасности, особое внимание уделяется понятию «проблема» и ее выделению в конкретных технических ситуациях. Как известно, в технике задача устранения проблемы приводит специалиста к нескольким альтернативным вариантам ее решения. С помощью знаний, опыта, интуиции и, не в последнюю очередь, системного подхода специалист обоснованно выбирает оптимальное решение. Системный подход является методикой улучшающего вмешательства в проблемную ситуацию с целью решения проблемы. Принципов системного подхода стараются придерживаться и преподаватели профильных дисциплин [3,4].

Современный специалист должен быть готов использовать для разрешения проблемной ситуации любые необходимые знания и методы. Нередко он сталкивается с проблемой выбора оптимального варианта объекта своей профессиональной деятельности. Специалист должен владеть инструментами выбора лучшей альтернативы. Последнее обстоятельство особенно актуально для подготовки специалистов по информационной безопасности телекоммуникационных систем.

Неотъемлемой частью курса моделирование систем и сетей телекоммуникаций является практикум, на котором студенты знакомятся с необходимым математическим аппаратом и закрепляют полученные навыки на примерах. Тем самым они приобретают необходимые специалисту компетенции. Традиционно эти занятия проводились при помощи обычной доски и мела. Но развитие информационных технологий и появление современных программных продуктов таких как, MATLab [3], Mathcad, VisSim, GPSS, MS EXCEL, позволило кардинально изменить порядок проведения занятий, добавив в них наглядность и доходчивость. Кроме того, программные продукты моделирования органично соединяет в себе современные информационные технологии и основы высшей математики, которые, как известно, преподаются отдельно друг от друга.

Одной из форм модельного представления изучаемых систем, объектов или проблемных ситуаций в моделировании систем и сетей телекоммуникаций является теория очередей [5]. Возможность включения в рабочую схему модели блоков визуализации процесса моделирования повышает интерес обучаемых к изучению моделирования систем и сетей телекоммуникаций, который перестает быть скучной дисциплиной.

Благодаря наличию в Mathcad готовых решений, он незаменим при моделировании и исследовании прикладных систем самого широкого диапазона применения. Mathcad – универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета – естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи. Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ. В ходе работы с системой пользователь готовит так называемые документы. Они одновременно включают описания алгоритмов вычислений, программы управляющие работой систем, и результат вычислений. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми от версии к версии [5]. В данной среде присутствует возможность создавать новые приложения, интегрируя их с уже имеющимися. Включение Mathcad в инструментарий студентов позволяет использовать современные информационные технологии на занятиях по моделированию систем и сетей телекоммуникаций, улучшает мотивацию студентов, а также повышает их конкурентоспособность на рынке труда после получения высшего образования. Кроме того, обучаемые на практике знакомятся с применением математических знания, ведь зачастую эти знания носят для них абстрактный характер.

Системные исследования позволяют определить как количественные, так и качественные состояния телекоммуникационной системы, прогнозировать её поведение, оптимизировать состояние, определять параметры функционирования системы и границы изучения исследуемых методов защиты.

Mathcad является системой компьютерной алгебры. В него интегрированы средства символьной математики, что позволяет решать задачи не только численно, но и аналитически, используя встроенный символьный процессор, являющийся фактически системой искусственного интеллекта.

Занятия организованы так, что студенты в состоянии самостоятельно выполнить конкретные расчеты. После этого они под руководством преподавателя переходят к исследованию зависимости результата от изменения параметров, выясняют допустимые пределы изменения, анализируют экстремальные свойства полученных решений. Таким образом, к моменту окончания занятия каждый студент осваивает материал на достаточно высоком уровне. Студенты могут проводить исследования самостоятельно, поскольку для них подготовлены методические пособия с подробными указаниями и примерами решения типовых задач.

Студенты находят и анализируют полученные оптимальные решения с использованием теории массового обслуживания и теории телетрафика, создавая отчеты по полученным результатам. При этом от студента требуется понимание полученных решений, умение трактовать данные на языке исходной задачи. Также на лабораторных занятиях они анализируют полученные модели сетей и систем. Студенты учатся решать эти задачи как вручную, когда можно уловить смысл решения, переходя к более выгодному плану, понять динамику процесса, так и на компьютере, уже понимая суть проводимых компьютером вычислений и многовариантности решений поставленной задачи.

При построении моделей сложных телекоммуникационных систем используются такие возможности Mathcad, как нахождение локального экстремума, решение матричных уравнений, при этом исследуются каналы связи и структура трафика. На занятиях решаются задачи оптимизации, задачи с использованием моделей управления потоками данных, проводится моделирование конфликтных ситуаций с помощью теории игр как сведением к задаче линейного программирования, так и с применением различных критериев.

В основе преподавания должен лежать компьютерный пакет, обладающий наглядным интерфейсом и универсальными возможностями.

Mathcad, представляющий собой интегрированную систему для автоматизации математических расчетов, является самым популярным пакетом для решения инженерных задач оптимизации. Одно из основных преимуществ пакета состоит в том, что на сегодняшний день он является единственной математической системой, в которой описание решения задач дается в привычной унифицированной форме математических формул, символов и знаков, а также путем обращения к специальным функциям. Такая методика позволяет привлекать студентов младших курсов к учебно-исследовательской работе по использованию современных информационных технологий при решении инженерно-технических задач в телекоммуникационных системах.

Включенные в документ Mathcad формулы автоматически приводятся к стандартной научно-технической форме записи. Графики, которые автоматически строятся на основе результатов расчетов, также рассматриваются как формулы. Комментарии, описания и иллюстрации размещаются в текстовых блоках, которые игнорируются при проведении расчетов.

Объединение текстового, формульного и графического редакторов с вычислительным ядром позволяет готовить активные электронные документы с высоким качеством оформления и наглядной демонстрацией результатов. Итоговые документы могут использоваться в пакете MS Office и в интернете. Все это открывает новые возможности для решения сложных задач моделирования систем и сетей телекоммуникаций, анализа динамических моделей, а также для подготовки и переподготовки кадров.

Для более сложных задач система Mathcad позволяет облегчить реализацию алгоритмов линейного программирования [6], совместить средство решения с итоговым отчетом, легко перестраивающимся на другие подобные задачи.

Компьютерная математика – это всего лишь инструмент, позволяющий сосредоточить внимание студента на понятиях и логике методов и алгоритмов, освобождая его от необходимости освоения громоздких, незапоминающихся и потому бесполезных вычислительных процедур. Но использование этого инструмента только в качестве иллюстративного средства без понимания физического смысла поставленной задачи вряд ли необходимо. Несмотря на всепроникающий прогресс компьютерных технологий, постижение теоретических основ математики и методов решения инженерно-экономических задач невозможно без классических теорем и алгоритмов [1; 4].

В заключении можно отметить, что кафедра Информационной безопасности телекоммуникационных систем Южного Федерального университета видит свою задачу в подготовке востребованных IT-специалистов. Роль моделирования систем и сетей телекоммуникаций при этом определяющая. Будущий работодатель получает специалиста, способного системно осмыслить любую практическую задачу, формализовать её, построить модель и, подобрав её оптимальные параметры, решить поставленную проблему.

Читайте также

Список литературы

  1. Румянцев К.Е. Формирование индивидуальных траекторий подготовки специалистов в области квантовой криптографии // Доклады VI Пленума СибРОУМО по образованию в области информационной безопасности и XV конференции: Томск – Иркутск, 9 – 13 июня 2014 г. – Томск: В-Спектр, 2014. – 224 с. – С. 84 – 89.
  2. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа: Учебное пособие. –Санкт-Петербург: Бизнес-пресса, 2000.
  3. Котенко В.В., Румянцев К.Е., Котенко С.В. Идентификационный анализ в информационно-телекоммутационных системах: Монография. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2014.
  4. Ховансков С.А. Системный подход в обучении как основа инновационной инженерной подготовки // Информационное противодействие угрозам терроризма. – 2015. – № 25. – Т.2. – С. 291-295.
  5. Управление моделями в Mathcad // Журнал – Автоматизация и IT в энергетике: URL. http://www.avite.ru/stati/upravlenie-modelyami-v-mathcad.html (дата обращения: 10.12.16)
  6. Кирьянов, Д. В. Самоучитель Mathcad / Д. В. Кирьянов. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. 544 с.

Цитировать

Радько, Т.С. Роль системного подхода в профессиональной подготовке студентов / Т.С. Радько, С.А. Ховансков, В.С. Хованскова. — Текст : электронный // NovaInfo, 2016. — № 56. — С. 422-428. — URL: https://novainfo.ru/article/9323 (дата обращения: 21.01.2022).

Поделиться