Практика применения свободного программного обеспечения в преподавании дисциплин физико-математической и технической направленности (Павел Макаров, OSEDUCONF-2024) — различия между версиями

;{{SpeakerInfo}}: {{Speaker|Павел Макаров}}
<blockquote>
Данная статья представляет собой результат обобщения опыта преподавания различных дисциплин 
физико-математической и технической направленности студентам двух вузов города Сыктывкара: 
Сыктывкарского государственного университета имени Питирима Сорокина (СыктГУ) и 
Сыктывкарского лесного института (СЛИ) на протяжении 2011—2024 г. 

Обсуждаются преимущества использования свободного программного обеспечения в данной 
области деятельности, а также описываются некоторые решения и методики, разработанные автором.
</blockquote>

{{VideoSection}}

{{vimeoembed||800|450}}
{{youtubelink|}}

{{SlidesSection}}
[[File:Практика применения свободного программного обеспечения в преподавании дисциплин физико-математической и технической направленности (Павел Макаров, OSEDUCONF-2024).pdf|left|page=-|300px]]

{{----}}

== Thesis ==

* https://makarovpa.ru

=== Введение ===
Использование свободного программного обеспечения (СПО) в образовании вообще и в 
высшей школе в частности не является в последнее время чем-то уникальным. В 
качестве примеров можно привести множество работ<ref name="ivanova09">
<i>Иванова&nbsp;Н.&nbsp;Ю.</i> Опыт использования OpenOffice.org в курсе «Программное обеспечение ЭВМ» на математическом факультете МПГУ // Четвёртая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: тезисы докладов. Переславль, 30 января — 1 февраля 2009. c. 69—71.
</ref><ref name="zaitcev09">
<i>Зайцев&nbsp;И.&nbsp;В.</i> О преподавании курса по алгоритмизации на основе языка <tt>JavaScript</tt> и открытого ПО // Четвёртая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: тезисы докладов. Переславль, 30 января — 1 февраля 2009. c. 96—98.
</ref> 
<ref name="lagunov09">
<i>Лагунов&nbsp;А.&nbsp;Ю.</i> Выбор среды разработки для обучения студентов программированию на языке <tt>JAVA</tt> // Четвёртая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: тезисы докладов. Переславль, 30 января — 1 февраля 2009. c. 99—101.</ref> 
<ref name="yumova13">
<i>Юмова&nbsp;К.&nbsp;Л.</i> Об одном подходе к преподаванию дисциплины «Информатика» при переходе на свободное программное обеспечение // Вестник Бурятского государственного университета. 2013. Вып. 15. с. 70—73.
</ref> 
<ref name="alekseev22a">
<i>Алексеев&nbsp;Е.&nbsp;Р., Мандрыкина&nbsp;Д.&nbsp;С.</i> Использование свободных компиляторов при изучении технологий параллельного программирования // Объединённая конференция «СПО: от обучения до разработки»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 19—22 мая 2022. c. 56—60. [[Использование свободных компиляторов при изучении технологий параллельного программирования (Дарья Мандрыкина, OSEDUCONF-2022)]]
</ref> 
<ref name="alekseev22b">
<i>Алексеев&nbsp;Е.&nbsp;Р., Гончаров&nbsp;С.&nbsp;В.</i> Свободные библиотеки интервальных вычислений при подготовке бакалавров и магистров направления «Математика и компьютерные науки» в Кубанском государственном университете // Объединённая конференция «СПО: от обучения до разработки»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 19—22 мая 2022. c. 60—65. [[Свободные библиотеки интервальных вычислений при подготовке бакалавров и магистров направления «Математика и компьютерные науки» в Кубанском государственном университете (Станислав Гончаров, OSEDUCONF-2022)]]
</ref> 
<ref name="balashov23">
<i>Балашов&nbsp;В., Курячий&nbsp;Г.</i> Как мы добывали огонь. Организация аудиторного практикума по курсу «ЯП <tt>Python</tt»> на останках дистанционного обучения // Восемнадцатая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 27—29 января 2023. c. 60—62. [[Как мы добывали огонь. Организация аудиторного практикума по курсу «ЯП Python» на останках дистанционного обучения (Георгий Курячий, OSEDUCONF-2023)]]
</ref> 
<ref name="smirnovskiy23">
<i>Смирновский&nbsp;А.</i> Опыт использования СПО OpenFOAM для обучения основам вычислительной гидродинамики в СПбПУ // Восемнадцатая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 27—29 января 2023. c. 31—33. [[Опыт использования СПО OpenFOAM для обучения основам вычислительной гидродинамики в СПбПУ (Александр Смирновский, OSEDUCONF-2023)]]
</ref> в которых описан опыт применения СПО при обучении студентов.

Таким же образом изначально развивалась и данная работа. Первыми шагами на этом пути было 
решение автора при преподавании студентам СыктГУ направлений «Физика» и «Радиофизика» 
в 2011—2012 учебном году дисциплины «Программирование на Си» использовать СПО вместо 
повсеместно распространённых проприетарных сред разработки.

При этом, естественно, возник вопрос доступности выбранного инструментария в компьютерных 
классах СыктГУ. Решением данной проблемы на начальном этапе было выбрано свободное 
распространение в компьютерной сети СыктГУ образа виртуальной машины с предварительно 
установленной ОС <tt>Debian GNU\textbackslash Linux</tt> и всем необходимым начинающему 
программисту инструментарием (<tt>vim</tt>, <tt>gcc</tt>, <tt>glibc</tt>, <tt>gdb</tt>, <tt>make</tt>).

Единственный недостаток этого решения состоял в том, что его внедрение повышало «порог вхождения», 
т.&nbsp;е. прежде чем, собственно, приступить к выполнению лабораторных работ по дисциплине 
«Программирование на Си», требовалось сначала привить студентам навыки использования эмуляторов 
виртуальных машин, обучить их основам командной строки <tt>UNIX-like</tt> ОС, а также принципам 
работы с конкретным системным и прикладным ПО.

Глубокое осмысление указанной выше проблемы показало, что такие усилия для преодоления достаточно 
высокого «порога вхождения» не очень оправданы при изучении единственной дисциплины учебного 
плана. Более того, в отрыве от остальных курсов (которые традиционно преподаются с применением 
проприетарных средств) такая практика может создать у студентов впечатление искусственности и
бесполезности происходящего. А это  —  эффект прямо противоположный изначально задуманному.

Процесс преодоления этого противоречия стал следующим этапом развития проекта. В его ходе был 
накоплен достаточно большой демонстрационный и методический опыт, убедительно доказывающий, что 
полученные навыки и знания могут быть эффективно использованы при освоении самых различных 
предметов. Важно подчеркнуть, что этими дисциплинами являются не только компьютерные науки, 
но и математические, общепрофессиональные и специальные курсы.

Таким образом, в смысле широты охвата содержание данной работы близко к материалам, описанным 
в источниках<ref name="chichkarev09"><i>Чичкарев&nbsp;Е.&nbsp;А., Чичкарев&nbsp;К.&nbsp;Е.</i> Интегрированный пакет математических расчётов <tt>S.A.G.E.</tt>: использование в преподавании // Четвёртая конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе»: тезисы докладов. Переславль, 30 января — 1 февраля 2009. c. 79—82.</ref><ref name="alekseev22c">
<i>Алексеев&nbsp;Е.&nbsp;Р., Грушевский&nbsp;С.&nbsp;П.</i> Опыт использования свободного программного обеспечения при подготовке учителей математики и информатики в Кубанском Государственном Университете // Объединённая конференция «СПО: от обучения до разработки»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 19—22 мая 2022. c. 30—34. [[Опыт использования свободного программного обеспечения при подготовке учителей математики и информатики в Кубанском Государственном Университете (Евгений Алексеев, OSEDUCONF-2022)]]</ref><ref name="volkanov22"><i>Волканов&nbsp;Д.&nbsp;Ю., Курячий&nbsp;Г.&nbsp;В.</i> Цепочка кафедральных курсов, использующих свободное программное обеспечение // Объединённая конференция «СПО: от обучения до разработки»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 19—22 мая 2022. c. 65—67. [[Цепочка кафедральных курсов, использующих свободное программное обеспечение (Дмитрий Волканов, OSEDUCONF-2022)]]
</ref><ref name="panykova22"><i>Панюкова&nbsp;А.&nbsp;А.</i> Применение СПО в серии дисциплин основного, общего гуманитарного и социально-экономического цикла для IT-специалистов // Объединённая конференция «СПО: от обучения до разработки»: материалы конференции. Переславль-Залесский, 19—22 мая 2022. c. 73—75. [[Применение СПО в серии дисциплин основного, общего гуманитарного и социально-экономического цикла для IT-специалистов (Александра Панюкова, OSEDUCONF-2022)]]</ref>, но существенно отличается как по фактическому наполнению, так и по используемым техническим решениям. 

=== Текущее состояние проекта ===

Таким образом, на текущий момент проект представляет собой сервер, работающий под управлением 
ОС <tt>Ubuntu</tt> и доступный для удалённой работы студентов в любое время и из любой точки. 
Для доступа к серверу может использоваться любое устройство с установленным браузером и доступом 
к сети Интернет. Технически это реализовано с помощью <tt>Shell-in-A-Box</tt>. Также поддерживается доступ к
серверу по протоколу <tt>SSH</tt>.

При этом в работе с сервером активно используются следующие особенности.

#  Cкрипты, автоматизирующие добавление и удаление пользователей системы, согласно спискам академических групп.
#  <tt>Web</tt>-сервер (<tt>Apache</tt>), применяемый для методического обеспечения работы студентов.
#  Установлен набор разработчика: интерпретатор <tt>Python</tt>, трансляторы языков C и C++ (<tt>gcc</tt> и <tt>g++</tt>), ассемблеры (<tt>gas</tt>, <tt>nasm</tt>), стандартная библитека Си <tt>glibc</tt>, библитека <tt>MathGL</tt>, система сборки <tt>make</tt>, отладчик <tt>gdb</tt>, система контроля версий <tt>git</tt>.
#  Для выполнения качественной графики установлены <tt>gnuplot</tt> и <tt>Asymptote</tt>.
#  Установлены системы компьютерной математики <tt>Maxima</tt> и <tt>Octave</tt>.
#  В качестве сред для обработки статистических данных используются <tt>R</tt> и <tt>ROOT</tt>.
#  Для подготовки отчётов установлен <tt>TeXLive</tt>.
#  Написано прикладное ПО, позволяющее проводить тестирование студентов по тем или иным курсам прямо на сервере.
#  Вся деятельность пользователей протоколируется, автоматически ведутся журналы сеансов работы.


=== Заключение ===

Подводя итоги, можно сказать, что описываемый в рамках данной работы подход был широко апробирован автором 
при преподавании самых разнообразных предметов студентам бакалавриата и магистратуры пяти направлений: 
«Физика», «Радиофизика», «Математика и компьютерные науки», «Прикладная математика и информатика» и 
«Информационные системы и технологии».

К числу охваченных
таким образом дисциплин можно отнести следующие: «Программирование на Си», «Технология программирования», 
«Объектно-ориентированное программирование», «Теоретическая механика», «Квантовая механика», 
«Численные методы решения волновых уравнений», «Учебная практика», а также курсовое проектирование, 
научная работа студентов и выполнение ими выпускных квалификационных работ.

Таким образом, работу данного проекта можно считать достаточно успешной.
К преимуществам разработанной методики относятся:
*  Независимость от используемого в вузе аппаратного и программного обеспечения.
*  Доступность системы.
*  Универсальность подхода при освоении различных дисциплин.
*  Удобство работы как студентов, так и преподавателя.
*  Гибкость в настройке и использовании.


{{----}}
[[File:{{#setmainimage:Практика применения свободного программного обеспечения в преподавании дисциплин физико-математической и технической направленности (Павел Макаров, OSEDUCONF-2024)!.jpg}}|center|640px]]
{{LinksSection}}
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

<references/>

[[Категория:OSEDUCONF-2024]]
[[Категория:Draft]]
[[Категория:СПО в образовании]]