Раздел «Образование».LetsFlyArticle:

О преподавании информатики на Физтехе или "Почему мы не летаем?"

Содержание

"Потратить день, а потом за пять минут долететь"

Хорошо помню, что, будучи студентом, больше всего мне не нравилось сидеть на неинтересных лекциях и скучных семинарах, и не только мне. Когда в первый год аспирантуры началась моя преподавательская деятельность на кафедре информатики МФТИ, я хотел, в первую очередь, заинтересовать студентов предметом. Конечно, все оказалось не так просто — есть обязательная программа, есть безалаберные студенты, и не все занятия проходили ярко и интересно, как хотелось. Говорят, нет плохих студентов, зато бывают хорошие преподаватели. Может быть. Но у меня сложилось мнение, что даже хорошему преподавателю придётся туго, если он пойдет по утвержденной кафедрой и мин. образования программе. Эти программы очень хорошие, а точнее, очень правильные. Если несколько умных людей, специалистов в своей области, собираются вместе и ставят перед собой задачу составить программу для курса лекций и семинаров в каком-либо ВУЗе, то получается именно такая — хорошая, полная, дающая все необходимые знания, программа. Цель этой программы — поместить обучающегося на плечи гигантов, чтобы он мог сделать что-то новое, или хотя бы, чтобы не изобретал велосипед, занимаясь научной или инженерской деятельностью.

Осмелюсь сказать, что сегодня такая цель становится все более и более неприемлемой. Программа должна быть ориентированна на рассмотрение ключевых направлений развития науки и на обучение студента к самостоятельному продвижению в указанных направлениях. Эта идея не нова, и даже доминировала в восточной науке, медицине и религии. Гуру — это не тот, кто вдалбливает в ученика знания, а тот, кто его вдохновляет и указывает верное направление. Недостатки такого подхода известны — немассовость, а также сложность стандартизации, верификации, градуиризации и т.п., + высокие требования к гуру.

Преподаватель не сможет быть гуру в классе из двадцати разгильдяев, которым нужно посещать лекции, сдавать задания и лабораторные, ... — объем такой, что они даже не успевают списывать друг у друга. Сейчас студенты привлекают на помощь Web технологии и коллективно разрабатывают сайт, где можно найти решение заданий по всем предметам (http://botan.mipt.ru). Это нормально? Некоторые считают, что нормально — все зависит от процента списанных и процента сделанных самостоятельно. Считается, что 30% списанных заданий это ещё нормально, но похоже что физтех бьет все рекорды — по моим оценкам списывают более 50%.

Подъём на плечи гигантов дается не легко, гиганты активно продолжают расти. В эпоху возрождения один человек мог нести в себе почти все естественнонаучные знания человечества, Фрэнсис Бэкон не в шутку единолично хотел составить свод всех знаний — "Новый Органон" — он величественно провозглашал: "Все знание — область моего попечения". Сегодня уже никто не рискнет предпринять такую попытку даже в отдельной области науки. Здания науки растут слишком быстро, отщепляются новые постройки, разрастается фундамент, как в ширину, так и в глубину, объединяясь иногда с фундаментами соседних зданий.

Кафедрам трудно уйти от искушения рассказать основы, а потом провести ученика вверх по всем этажам величественной постройки. К сожалению, эта принудительная прогулка за руку может закончиться печально. Преподавая основы геометрии, можно уничтожить в ученике всякий интерес к этой замечательной науке. Следует заметить, что основы обычно имеют мало общего с самой наукой, и особенно это касается информатики. Последовательное правильное изложение материала (прогулка за руку с преподавателем на 127 этаж 1000 этажного здания) приведёт к полному изнеможением ученика, его неспособности и нежеланию мыслить самостоятельно, подниматься дальше.

Мне кажется, правильнее тратить время на то, чтобы заинтересовать судента вершиной, вдохновить на поиски и научить летать, рассказывая классические яркие моменты. Студент сам, без чьей-либо помощи, "за пять минут долетит". А если не долетит, то значит он выбрал не ту стихию, он рыба, и ему надо плавать, что тоже неплохо.

Что делать?

Извиние за поучительный тон. Это просто мысли, фантазии на тему "что бы я сделал, если бы был деканом".

Во-первых, можно перенести преподавание фундамента на уровень спец. курса и делать это после преподавания основной части (то есть до поры до времени не показывать скрытые подземные 1000 этажей здания). Пусть это логически непоследовательно, зато последовательно с точки зрения истории развития науки. Теория множеств и теория натуральных чисел составляют два толстенных тома, но все-таки лучше воздержаться от их изложения на курсе мат. анализа и не уделять натуральным числам больше одной лекции. Теория компиляции, теории элементарных рекурсивных, общерекурсивных функций, теория вычислений, дискретная математика — все это основы для информатики, но, по-моему, лучше сначала научить студентов программировать. Если кафедры высшей математики в своём большинстве понимают, что теорию множеств Цермело-Френкеля не следует преподавать первому курсу, то кафедры информатики различных ВУЗ'ов иногда бросает в откровенные крайности, например, читаются лекции первокурсникам по теории компиляции, по теории языков и исчислений, или преподаётся "основа всего программирования" язык Ассемблер.

Следующий момент — это оживление материала. Теория, задачи, практикум — все должно быть оживлено в обязательном порядке историческими примерами, великими задачами, простыми и гениальными решениями, примерами из жизни и современными научными проблемами. Всё должно быть, не много не мало, на высшем уровне, потому что знаний слишком много, чтобы позволять себе неинтересные семинары со слабой степенью усвояемости. А это значит, что у преподавателей должна быть зарплата несколько выше, чем сегодня. Но не будем о грустном... Приведу пример из информатики: задача "получить из файла массив чисел и вывести на экран суммы чисел в строчках" — это скучная задача, а "научить компьютер играть в крестики-нолики на поле 15x15" или "найти кратчайший путь из одного города в другой по автомобильным дорогам" — живые задачи. И не смотря на то, что последние две сложнее, студент их обычно решает, а первую нет, поскольку "у него нет времени ".

Оживление материала прикладными задачами может привести к другой крайности — пропадет фундаментальная составляющая. Прикладные задачи бывают разные, некоторые актуальны два года, другие 50 лет, третьи актуальны всегда. Для того чтобы выделить правильную, приемлемых размеров, фундаментальную составляющую, отбрасывая, скрипя сердцем, глубокие основы и интересную, но не слишком фундаментальную прикладную часть, для этого и должны проводиться собрания кафедры, а состав кафедры должен быть вовлечен в научную деятельность.

Третий момент касается направленности образования. Как уже было отмечено, массовое образование не позволяет иметь к каждому ученику свой подход, чтобы развить способность самостоятельно мыслить и двигаться вверх. Но оставлять образование в виде длительных изматывающих (пусть даже чрезвычайно увлекательных) экскурсий тоже нельзя (Вы пробовали когда-нибудь обойти галерею Эрмитажа за один день?). К тому же зачем нам экскурсии по галереям? Нам ведь нужно научить студентов рисовать!

Учат рисовать так — дают холст и краски, выводят на природу и оставляют одних. Нужно безжалостно резать программы, а вместо них ставить "выход на природу", то есть работу над задачей, над проектом. Это очень хорошо, что на Физтехе есть базовые институты и научные руководители появляются уже на третьем курсе. И мне кажется студент должен получать научного руководителя ещё раньше, сразу, на первом курсе. Оценка по НИРу должна идти с первого курса и это должна быть очень серьёзная оценка.

Дети после 10 лет обучения в школе не имеют ни малейшего представления о научном творчестве, еще 3-4 года зубрежки и студент потерян для общества как самостоятельно мыслящий ученый. Есть какая-то надежда на тех, кто вкусил запретный плод самостоятельной научной мысли до поступления на Физтех и кто смог сохранить в себе его тайну, уделяя собственным исследованиям и измышлениям надлежащую долю внимания (а при физтеховском объёме заданий это сложно), но таких очень мало. Ситуацию поправляется по следующей формуле: больше НИРа, больше конференций, больше дополнительных курсов и меньше обязательных, специализированные научные форумы в Интернет, активная переписка студентов с научными руководителями.

Что преподавать на курсе информатики в МФТИ?

Заинтересовать студентов МФТИ — это путь к успеху. Если вы это сделали, то можно спокойно отдыхать, процесс обучения пойдет сам собой. Сделать это не сложно, поскольку студентам и так интересно все, что связано с компьютерами, программированием и технологиями. Институт физико-технический, приходят туда люди, которым интересна математика, физика, эксперимент и приложения науки. Это значит, что они с удовольствием будут использовать компьютер, чтобы моделировать, исследовать, анализировать, решать что-нибудь, визуализировать результаты. А если им будут рассказывать теорию языков или про базис в булевой алгебре, они вначале терпеливо будут ждать, когда же начнётся то, ради чего они сюда пришли, а потом, когда лектор перейдет базам данных, потеряют всякую надежду и интерес. Курс по базам данных прошёл бы "на ура" в аудитории студентов – будущих специалистов по информационным и экспертным системам. А студенты-физики на этих лекциях скучают и бесследно все забывают сразу после экзамена.

Возможно, это предрассудок, что из МФТИ должны выходить прикладные физики и математики, а не программисты? Как показывает опыт, многие из них действительно работают программистами. Но лично я такую смену ориентации не очень приветствую.

Мне жалко 6 лучших лет жизни студентов, которые решали, списывали и "спихивали" невероятное количество физико-математических заданий и лабораторных, чтобы как-то на несуществующем досуге самостоятельно (а отчасти с подачи кафедры информатики, которая проповедует Linux и учит системному программированию) изучить операционную систему Linux и пойти работать системным администратором в провайдерскую фирму. Работа интересная и с некоторого момента не пыльная, живешь как Бог в небольшом, но достаточно сложном мирке сети компьютеров. Но зачем нужны были эти 6 лет? Только для того, чтобы научится усваивать невероятные количества информации?

Этот разговор к тому, что если кафедры будут обращать внимание на цели студентов поступающих в ВУЗ, на их интересы и соответственно корректировать свои программы, отходя от классического образца, то дело может пойти слаженнее, а необходимость в смене ориентации сама собой отпадёт. И отдача будет выше. Курс информатики для физика-математика один, а для профессионального программиста другой, также как и курс математики для биолога один и другой для физика.

Что есть фундаментальное образование по информатике для физика-математика?

Это сложный, но решаемый вопрос, пусть не за один год. Мне кажется, что общая структура этого образования почти очевидна:

Есть еще вычислительная математика, но она отдельная от информатики наука, посвящённая теории и практике численного решения уравнений математической физики и не стоит объединять их в один курс.

Можно спорить о деталях реализации этой схемы, а также о дополнительных курсах по выбору, но база, видимо, должна быть именно такой. Что такое фундаментальный курс по информатике непосредственно зависит от целей курса.

Что должны уметь наши выпускники?

Пожалуй должны 1) уметь программировать и/или использовать пакеты для решения вычислительных задач, связанных с физикой и математикой, иметь некоторую культуру программирования, 2) еще знать эффективные алгоритмы / структуры данных / технологии (которые заложены в пакетах или библиотеках, которыми они будет пользоваться при решении своих задач), а также иметь представление о теории связанной с этими алгоритмами / структурами данных / технологиями. Далее идет довольно важный пункт — выпускник должен 3) уметь публиковать свои труды. И наконец совсем неплохо, если 4) выпускник разбирается в ведущих технологиях, сетях, базах данных, вэб-программировании, компьютерной графике и т.д.

Эти пункты я расположил, как мне кажется, в порядке приоритета. Ситуация, когда студентам физикам математикам, не умеющим делать первые три пункта, с грехом пополам пытаются втолковывать курсы, относящиеся к четвёртому пункту, крайне неправильна. Четвертый пункт — это очень серьёзный пункт, он практически необозрим и год от года подвержен сильным изменениям в соответствии с техническим прогрессом и запросами рынка. Для этого пункта из-за его обширности просто необходима специализация курсов, то есть их должно быть несколько и идти они должны по выбору. И, конечно, было бы логично, если в МФТИ курсы этого четвёртого пункта были обязательными только для тех, кто готовится стать программистом. К сожалению таких факультетов или групп в МФТИ нет, но, конечно, это не повод рассказывать курсы 4ого пункта всем.

Зачем математику, химику-биологу или теорфизику знать сокеты, шлюзы, маршрутизаторы, assembler, Java, Oracle, транзакции? Для большинства эти слова и лекции об этих словах проходят как страшный сон. Да, это базовые знания, но не физика-математика, а инженера по компьютерным технологиям.

Конечно, хочется, чтобы студенты всё знали. Но вот кафедра математики не рассказывает про суперсимметрию и симплектическую геометрию, хотя ей это, наверное, очень хочется. Сегодня эти теории как никогда актуальны и применяются практически во всей теорфизике — классической и квантовой механике, теории твердого тела, теории элементарных частиц и т.д. Почему же не преподаёт? Ответ прост — таких важных идей есть еще с десяток, нет смысла выделять среди них приоритетные, и тем более нет смысла собирать их всех в кучу и вываливать на студентов. Можно найти курсы по суперсимметрии, но они идут отдельной статьёй. Надо правильно расставлять акценты.

Судя по разговорам студентов практически на всех курсов "грузят по страшному", хотя кто-то может мне возразить, что не настанет такого дня, чтоб студенты перестали жаловаться и искать все большей халявы. Нет, это не среднестатистическое поглупение студентов. Может это неумение кафедр выделить относительно небольшую фундаментальную составляющую, фундаментальную и ориентированную на интересы студентов? Не только.

Просто современные студенты стали чрезвычайно разборчивые и привередливые. Если они не увидят смысла в изучении предмета, то ни за что не будут его учить, хоть вы их выгоняйте. И мне кажется, что это очень хорошее среднестатистическое поумнение студентов. Таков стиль новой эпохи — жестокая фильтрация входной информации.

Надо сказать, что программа по информатике в МФТИ не плоха. Более того, содержание её можно оценить на 5 а её объём на 5+! Какую-то часть этого содержания нужно все таки вынести из общей программы. Может быть имеет смысл сделать курс информатики 3 годовым, часть курсов сделать дополнительными и специализированными для отдельных групп. Кроме того, изменениям должны подвергнуться задания, форма отчётности, подход к преподаванию и чтению лекций. Студенты не унывая ищут то, что бы их заинтересовало и вдохновило. Стоит только дать им то, что они хотят, поставить перед ними проблемы современной науки, интересные задачи, и они сами все изучат. Задача преподавателей — дать им крылья и научить летать.

Зачем ходить? Давайте летать!

Манеру решать задачи одного моего знакомого математика друзья называли "методом Боинга". Предположим, что решение задачи равносильно пяти шагам. Вместо того, чтобы сделать эти пять шагов, он любил сесть в супер-Боинг, который у него всегда под рукой, подняться высоко-высоко в космос, облететь вокруг Земли за пару секунд и мастерски приземлится в нужном месте, в точности на заданном расстоянии. Ходить пешком, видимо, он просто не умеет — зачем? Возможно, ВУЗам не нужно учить своих студентов ходить пешком — не то время и не те расстояния.

Ворожцов Артем