Принципы создания современного лабораторного практикума в области компьютерных наук

Папшев С.В.,
Гельбух С.С.

Уровень квалификации специалистов в области информационных технологий в значительной степени определяется объемом практических навыков в работе со сложными серверными и активными сетевыми устройствами. Современному IT- специалисту для эффективной работы и профессионального роста необходимо сочетание глубоких теоретических знаний в области организации вычислительных систем и сетей и практического опыта в инсталляции и настройке сетевых операционных систем и сервисов, проектировании и конфигурировании локальных и глобальных вычислительных сетей.

Повысить эффективность использования образовательных ресурсов в системе компьютерного образования можно путем создания многоцелевых технологических автоматизированных лабораторных практикумов (АЛП).

Комплекс АЛП должен обеспечивать автоматизированное проведение лабораторных работ и экспериментальных исследований непосредственно на группе активных и пассивных сетевых устройств, позволяющих моделировать структуру и организацию локальных, корпоративных и глобальных вычислительных сетей.

В состав комплекса должны входить следующие компоненты:

• лабораторные практикумы по сетевым технологиям (настройки телекоммуникационного оборудования, маршрутизаторов, установка на маршрутизаторах и коммутаторах протоколов маршрутизации и сетевых фильтров, настройка протоколов канального уровня);
• лабораторные практикумы по установке и настройке операционных систем и базовых сетевых служб (DNS, mail, WWW, ftp, proxy, контроль трафика и т.д.);
• практикумы по установке и настройке прикладных сервисов (СУБД, сервера приложений и т.д.);
• практикумы по программированию для WWW, по WEB- дизайну и мультимедийным сервисам;
• практикумы по организации и применению информационных систем управления.

Доступ к выполнению практических работ любого уровня сложности, в том числе связанных с реконфигурацией всех сетевых интерфейсов и портов служб сетевых операционных систем, должен обеспечиваться из локальной сети и Интернет.

Создание лабораторного комплекса обусловлено решением ряда организационно-методических и технических задач. К числу наиболее сложных относится разработка пакета учебно-методических материалов для сетевых лабораторных и практических работ по следующим направлениям:

• структура, организация, протоколы локальных вычислительных сетей;
• организация межсетевых соединений, протоколы Интернет;
• маршрутизируемые протоколы и протоколы маршрутизации;
• телекоммуникационные технологии глобальных сетей;
• системное программное обеспечение сетевых устройств (специализированные операционные системы, UNIX, Windows);
• организация, установка и настройка сетевых служб корпоративных сетей и Интернет;
• технологии построения информационных систем Интернет, серверы баз данных;
• прикладное программное обеспечение в сетевой среде, организация распределенных вычислений.

Современные тенденции развития информационно-образовательной среды высшей школы требуют интегрировать автоматизированные лабораторные ресурсы в режиме удаленного сетевого доступа в рамках объединенного портала АЛП. Для этого должна быть решена задача создания программно-аппаратного комплекса АЛП, включающего в себя следующие базовые компоненты:

• группу серверов и рабочих станций для выполнения заданий практических работ;
• группу маршрутизаторов, управляемых коммутаторов и телекоммуникационных устройств (модемов, мультиплексоров, конверторов интерфейсов) для выполнения заданий практических работ;
• структурированную гетерогенную кабельную систему, моделирующую разнородную среду передачи данных в локальных и глобальных компьютерных сетях и обеспечивающую возможность соединения и коммутации всех интерфейсов сетевых устройств, входящих в комплекс практикума;
• узел технологического управления комплексом, включающий в себя консольный сервер, коммутатор периферии, сервер авторизации и мониторинга действий пользователей, систему сбора статистики;
• узел управления учебным процессом, включающий в себя специализированный образовательный портал АЛП;
• коммуникационный узел, обеспечивающий связь комплекса с внешними сетями;
• сертифицированное системное программное обеспечение серверов и прикладное программное обеспечение для построения портала АЛП.

При создании лабораторного комплекса можно выделить следующие этапы:

1. Этап анализа предметной области и разработки проекта. Методы реализации практических работ в образовательном процессе должны анализироваться
   • по направлениям подготовки специалистов в области компьютерных наук; по уровням подготовки;
   • по типам подготовки- основное или дополнительное непрерывное образование;
   • по видам подготовки - приобретение базовых знаний, тренировка основных навыков, специализированный тренинг и других.

   Для разработки проекта АЛП необходимо сформулировать единые требования к представлению ресурсов лабораторных практикумов на сайте портала АЛП и на их основе выбрать программные продукты, которые будут использованы при реализации этих требований в ходе построения портала.




2. Этап разработки методических требований к циклам работ в АЛП. Специалисты в области преподавания предметов цикла «Компьютерные науки и информационные технологии», и технические специалисты в области компьютерной техники должны сформулировать задачи и методики выполнения работ практикума, увязанные с профильными курсами лекций в методическом плане и соответствующие стандартам по специальностям в содержательном плане с одной стороны, и с техническими возможностями современных программных и аппаратных продуктов, с другой стороны. В результате составляется программа практикума, методические указания по разработке практических работ и технические требования программно-аппаратной части АЛП.




3. Этап монтажа, настройки и опытной эксплуатации комплекса АЛП проводится в соответствии с требованиями проекта АЛП. Опытная эксплуатация комплекса разбивается на две стадии - этап установки практических работ и информационного наполнения портала комплекса преподавателями и этап проведения практических работ со студентами, обучающимися по профильным курсам.