Реализация целостного подхода в формировании профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии на основе проектной деятельности

Лавина Т.А.; Мытникова Е.А.; Lavina T.A.; Mytnikova E.A.

Научные статьи \ Воспитание. Обучение. Образование

Реализация целостного подхода в формировании профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии на основе проектной деятельности

Автор: Лавина Т.А., Мытникова Е.А.

Журнал: Известия Волгоградского государственного педагогического университета @izvestia-vspu

Рубрика: Проблемы подготовки специалистов в системе профессионального образования

Статья в выпуске: 3 (196), 2025 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается проблема подготовки конкурентоспособных специалистов в области программной инженерии. Предлагается использовать проектную деятельность как неотъемлемый элемент реализации целостного подхода в формировании профессиональных компетенций бакалавров. Разработаны и представлены таблицы, характеризующие деятельностный, когнитивный и мотивационный компоненты профессиональной компетентности на различных этапах разработки ИТ-проекта, с описанием уровней сформированности для каждой трудовой функции.

Программная инженерия, профессиональные компетенции, проектная деятельность, целостный подход, CDIO

Короткий адрес: https://sciup.org/148330633

IDR: 148330633

The implementation of holistic approach in the development of professional competencies of the bachelors of software engineering on the basis of project activity

The issue of training of competitive specialists in the sphere of software engineering is considered. It is suggested to use the project activity as an essential element of the implementation of holistic approach in the development of bachelors professional competencies. There are developed and introduced the tables characterizing the activity, cognitive and motivation components of professional competencies at the different stages of development of IT-project with the description of formation levels for each labour function.

Текст научной статьи Реализация целостного подхода в формировании профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии на основе проектной деятельности

Программная инженерия является одним из центральных направлений в современной ИТ-индустрии, играя значимую роль в разработке и эксплуатации программного обеспечения (ПО) [2]. Данная область деятельности решает комплексные задачи проектирования, создания, тестирования и сопровождения программных систем, востребованных во всех сферах человеческой деятельности. Программная инженерия опирается на методологии, технологии и инструменты, позволяющие повысить эффективность, качество и надежность разрабатываемого ПО в условиях растущей сложности программных систем, необходимости обеспечения их безопасности и производительности [7]. В этой связи подготовка конкурентоспособных специалистов в области программной инженерии, компетенции которых соответствуют современному уровню развития ИТ-технологий, становится важной проблемой профессионального образования.

Объектом исследования является процесс формирования профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии в условиях проектной деятельности. Предмет исследования – организация проектной деятельности студентов на основе разработки ИТ-проектов как средство реализации целостного подхода к формированию профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии.

Цель статьи заключается в обосновании реализации целостного подхода к формированию профессиональных компетенций бакалавров по направлению подготовки «Программная инженерия» на основе применения проектной деятельности студентов.

Гипотеза исследования состоит в том, что если организация проектной деятельности бакалавров программной инженерии будет основана на принципах концепции CDIO и обеспечивать комплексное прохождение всех этапов разработки ИТ-проекта, то это будет способствовать целостному развитию их профессиональных компетенций.

Задачи исследования:

• обосновать потенциал проектной деятельности как механизма реализации целостного подхода в профессиональной подготовке;
• описать механизмы интеграции проектной деятельности в образовательный процесс на основе концепции CDIO;

• раскрыть сущность целостного подхода в формировании профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии;
• раскрыть содержательные характеристики уровней сформированности компонентов профессиональных компетенций (деятельностного, когнитивного и мотивационного) через анализ этапов разработки.

Работа программных инженеров охватывает все этапы жизненного цикла программного продукта, от анализа требований до его внедрения и сопровождения. Выделим основные виды деятельности при разработке ИТ-проекта:

1. Анализ требований и проектирование – глубокое исследование потребностей заказчика, создание архитектуры системы и формализация требований;
2. Программная реализация – написание кода с использованием современных языков программирования и гибких методологий разработки;
3. Тестирование и верификация – создание надежности и качества программного обеспечения через тестирование различных уровней: от модульного до системного;
4. Поддержка и модернизация – установка ПО, обучение пользователей, обновления и адаптация системы под новые требования;
5. Управление проектами – планирование и организация работы команды, контроль сроков и ресурсов для успешной реализации проекта.

В нашем исследовании разработка ИТ-проекта рассматривается не только как узкотехническая задача, но и как средство самореализации и профессионального становления студента. При работе над созданием ИТ-проекта происходит постоянная рефлексия и переосмысление проектного опыта, полученного ранее, тем самым обеспечивается преемственность между учебными проектами, накопление и трансформация профессионального опыта.

В работе мы опираемся на фундаментальные исследования В.С. Ильина [2], В.В. Серикова [14], в которых показано, что при целостном подходе образовательный процесс должен акцентировать внимание на целостности личности, формируя у обучающегося опыт самовыражения. Образование качеств и усвоение содержания обучения должны происходить в контексте развития личности, что требует проектирования педагогических процессов с учетом целостного образа. Студент развивается как личность в различных видах деятельности, подчеркивая важность метапредметного опыта, независимого от конкретного материала или задачи.

Целостный подход к формированию профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии через разработку ИТ-проектов реализует системную стратегию развития личности специалиста, которая выходит за рамки простого освоения технических навыков. В этой связи профессиональная компетентность рассматривается как многомерная система, включающая взаимосвязанные компоненты: мотивационный (профессиональные установки и ценности), когнитивный (теоретические знания), деятельностный (практические умения и навыки). Обеспечивается непрерывность и преемственность между теоретическим обучением и практической профессиональной деятельностью через интеграцию академических знаний с реальными производственными задачами, моделируется полный жизненный цикл разработки программного обеспечения в образовательном процессе, происходит последовательное усложнение проектной деятельности от учебных до профессионально-ориентированных проектов. Создается целостное профессиональное пространство развития, где каждый этап проектной деятельности является системообразующим элементом формирования компетенций, происходит синхронное развитие профессиональных знаний, умений и личностных качеств, студент последовательно осваивает различные профессиональные роли (аналитик, проектировщик, разработчик и т.д.).

Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования (ФГОС ВО) по направлению подготовки «Программная инженерия» [9] не содержит пе- речень профессиональных компетенций, которыми должны овладеть выпускники данного направления, а рекомендует определить их исходя из трудовых функций на основе таких профессиональных стандартов, как «Программист» [10], «Системный аналитик» [11], «Специалист по тестированию в области информационных технологий» [12], «Системный программист» [13].

Концепция CDIO (Conceive – Design – Implement – Operate) – это международная модель инженерного образования, основанная на обучении через проектную деятельность [1; 15–17]. Основные ее принципы направлены на обеспечение целостного образовательного процесса и включают:

• интеграцию теоретических и практических аспектов обучения с акцентом на жизненный цикл разработки инженерных продуктов;
• практико-ориентированное обучение через участие студентов в реальных инженерных проектах;
• формирование междисциплинарных навыков через проектную деятельность;
• непрерывное совершенствование образовательных программ на основе обратной связи от студентов и работодателей.

Данная концепция положена нами в основу подготовки бакалавров по направлению «Программная инженерия», поскольку она предполагает реализацию проектной деятельности. ИТ-проекты являются мощным инструментом для формирования профессиональных компетенций. Работая над реальными задачами, студенты могут:

• применять полученные теоретические знания в практической деятельности;
• развивать умения анализа требований, проектирования архитектуры, программной реализации и тестирования;
• приобретать навыки командной работы, распределения обязанностей и управления проектами;
• накапливать практический опыт в разработке программных систем;
• формировать профессиональное мышление и осознание роли программного инженера.

Таким образом, проектная деятельность, основанная на принципах CDIO, создает условия для комплексного и целостного формирования профессиональных компетенций бакалавров программной инженерии, так как выступает в качестве связующего звена между академическими знаниями и их практическим применением.

Проанализируем этапы разработки ИТ-проекта:

1. Планирование. Назначаются роли в команде, определяются цели проекта и анализируются требования заказчика, разрабатывается план реализации с четкими сроками и распределением задач.
2. Проектирование. Разрабатывается дизайн системы (как она будет работать, как будут взаимодействовать ее компоненты), определяются основные интерфейсы и принципы работы ключевых модулей, моделируются возможные сценарии использования системы.
3. Программная реализация. Работа происходит в рамках выбранной методологии разработки, используются современные языки программирования, отдельные модули интегрируются в общую систему.
4. Тестирование и отладка. Для проверки разных аспектов системы создаются тестовые сценарии и данные; проводится тестирование, включая проверку отдельных модулей и всей системы в целом; исправляются найденные ошибки и улучшается качество кода.
5. Внедрение и сопровождение. Разворачивается ПО на реальных серверах или в облачной среде, пользователи обучаются работе с системой, предоставляется техническая поддержка и внесение изменений при необходимости.

Таблица 1

Характеристика деятельностного компонента профессиональной компетентности бакалавров программной инженерии

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности деятельностного компонента
	Выявление требований к Системе и проектных решений по Системе (Системный аналитик)	Высокий : самостоятельно и эффективно выявляет и анализирует требования, формирует проектные решения с учетом всех аспектов проекта. Средний : способен выявлять основные требования и формировать проектные решения под руководством более опытных специалистов. Низкий : имеет базовое понимание процесса выявления требований, но нуждается в постоянном руководстве.
	Поддержка выбора концепции Системы (Системный аналитик)	Высокий : предоставляет экспертную поддержку при выборе концепции системы, учитывая все аспекты проекта и долгосрочные перспективы. Средний : способен участвовать в процессе выбора концепции системы, предоставляя базовую аналитическую поддержку. Низкий : понимает важность выбора концепции системы, но не может самостоятельно предоставить существенную поддержку в этом процессе.
	Разработка технического задания на Систему (Системный аналитик)	Высокий : самостоятельно разрабатывает полное и детальное техническое задание, учитывая все аспекты проекта и требования заказчика. Средний : способен разрабатывать базовое техническое задание, может нуждаться в помощи при описании сложных аспектов системы. Низкий : понимает структуру технического задания, но не может самостоятельно разработать полноценный документ.
	Концептуально-логическое проектирование Системы (Системный аналитик)	Высокий : самостоятельно разрабатывает сложные концептуальные и логические модели системы, учитывая все требования и ограничения. Средний : способен разрабатывать базовые концептуальные и логические модели, может нуждаться в помощи при работе со сложными системами. Низкий : понимает основы концептуально-логического проектирования, но не может самостоятельно разрабатывать полноценные модели.
	Проектирование компьютерного программного обеспечения (Программист)	Высокий : самостоятельно разрабатывает архитектуру сложных программных систем, учитывая все технические и бизнес-требования. Средний : способен проектировать компоненты программного обеспечения средней сложности, может нуждаться в руководстве при работе над крупными системами. Низкий : понимает основы проектирования ПО, но не может самостоятельно разрабатывать полноценную архитектуру.

Продолжение таблицы 1

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности деятельностного компонента
	Разработка технических спецификаций на программные компоненты и их взаимодействие (Программист)	Высокий : самостоятельно разрабатывает детальные технические спецификации для сложных программных систем, включая все аспекты взаимодействия компонентов. Средний : способен разрабатывать технические спецификации для отдельных компонентов и их взаимодействия, может нуждаться в помощи при работе над сложными системами. Низкий : понимает структуру технических спецификаций, но не может самостоятельно разрабатывать полноценные документы.
	Анализ возможностей реализации требований к компьютерному программному обеспечению (Программист)	Высокий : проводит глубокий анализ требований, оценивает возможности реализации с учетом всех технических и ресурсных ограничений, предлагает оптимальные решения. Средний : способен анализировать базовые требования и оценивать возможности их реализации, может нуждаться в помощи при работе со сложными или противоречивыми требованиями. Низкий : понимает процесс анализа требований, но не может самостоятельно провести полноценную оценку возможностей реализации.
	Методическое сопровождение испытаний Системы (Системный аналитик)	Высокий : разрабатывает комплексные методики испытаний, координирует процесс тестирования, анализирует результаты и предлагает эффективные решения по устранению проблем. Средний : способен разрабатывать базовые методики испытаний и участвовать в процессе тестирования, может нуждаться в помощи при анализе сложных проблем. Низкий : понимает основы процесса испытаний, но не может самостоятельно разрабатывать методики или проводить анализ результатов.
	Выполнение обследования текущей ситуации (Системный аналитик)	Высокий : проводит комплексное обследование, выявляет все ключевые аспекты текущей ситуации, формирует детальный отчет с рекомендациями по внедрению и сопровождению. Средний : способен провести базовое обследование и выявить основные аспекты ситуации, может нуждаться в помощи при анализе сложных случаев или формулировке рекомендаций. Низкий : понимает основы проведения обследования, но не может самостоятельно выполнить полноценный анализ или предложить эффективные решения по внедрению и сопровождению.

Таблица 2

Характеристика когнитивного компонента профессиональной компетентности бакалавров программной инженерии

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности когнитивного компонента
	Выявление требований к Системе и проектных решений по Системе (Системный аналитик)	Высокий : глубокое понимание методологий выявления требований, знание современных подходов к проектированию систем, осведомленность о лучших практиках в области управления требованиями. Средний : базовые знания методов выявления требований, понимание основных принципов проектирования систем. Низкий : общее представление о процессе выявления требований, начальные знания о проектировании систем.
	Поддержка выбора концепции Системы (Системный аналитик)	Высокий : глубокое понимание различных системных архитектур и их применимости, знание современных технологических трендов и их влияния на выбор концепции системы. Средний : базовые знания о типах системных архитектур, понимание основных факторов, влияющих на выбор концепции системы. Низкий : общее представление о концепциях систем, базовые знания о факторах, влияющих на выбор архитектуры.
	Разработка технического задания на Систему (Системный аналитик)	Высокий : глубокое знание стандартов и методологий разработки технических заданий, понимание всех аспектов системы и их отражения в техническом задании. Средний : знание основных разделов технического задания, понимание ключевых аспектов, которые должны быть отражены в документе. Низкий : базовое представление о структуре технического задания, общее понимание его роли в процессе разработки.
	Концептуально-логическое проектирование Системы (Системный аналитик)	Высокий : глубокое понимание принципов системного анализа и проектирования, знание различных нотаций моделирования (UML, BPMN и др.), осведомленность о паттернах проектирования. Средний : знание основных методов концептуального и логического проектирования, базовое понимание нотаций моделирования. Низкий : общее представление о процессе проектирования систем, знакомство с базовыми понятиями моделирования.
	Проектирование компьютерного программного обеспечения (Программист)	Высокий : глубокое понимание принципов объектно-ориентированного проектирования, знание архитектурных паттернов, осведомленность о современных подходах к разработке ПО. Средний : знание основных принципов проектирования ПО, понимание базовых архитектурных паттернов. Низкий : общее представление о процессе проектирования ПО, знакомство с базовыми концепциями архитектуры программного обеспечения.

Продолжение таблицы 2

Характеристика когнитивного компонента профессиональной компетентности бакалавров программной инженерии

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности когнитивного компонента
	Разработка технических спецификаций на программные компоненты и их взаимодействие (Программист)	Высокий : глубокое понимание принципов разработки технических спецификаций, знание стандартов документирования ПО, осведомленность о методах описания интерфейсов и протоколов взаимодействия компонентов. Средний : знание основных элементов технических спецификаций, понимание принципов описания взаимодействия компонентов. Низкий : общее представление о технических спецификациях, базовое понимание описания программных компонентов.
	Анализ возможностей реализации требований к компьютерному программному обеспечению (Программист)	Высокий : глубокое понимание различных технологий и платформ разработки, знание ограничений и возможностей различных языков программирования и фреймворков. Средний : знание основных технологий разработки, понимание базовых возможностей и ограничений популярных языков программирования. Низкий : общее представление о технологиях разработки ПО, базовое понимание возможностей языков программирования.
	Методическое сопровождение испытаний Системы (Системный аналитик)	Высокий : глубокое понимание методологий тестирования, знание различных видов тестирования (функциональное, нагрузочное и т.д.), осведомленность о современных инструментах автоматизации тестирования. Средний : знание основных методов тестирования, понимание процесса разработки тестовых сценариев. Низкий : общее представление о процессе тестирования, базовое понимание роли тестирования в жизненном цикле разработки ПО.
	Выполнение обследования текущей ситуации (Системный аналитик)	Высокий : глубокое понимание методологий обследования информационных систем, знание техник сбора и анализа данных, осведомленность о лучших практиках в области внедрения и сопровождения систем. Средний : знание основных методов обследования, понимание ключевых аспектов внедрения и сопровождения систем. Низкий : общее представление о процессе обследования, базовое понимание задач внедрения и сопровождения информационных систем.

Таблица 3

Характеристика мотивационного компонента профессиональной компетентности бакалавров программной инженерии

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности мотивационного компонента
	Выявление требований к Системе и проектных решений по Системе (Системный аналитик)	Высокий : проявляет энтузиазм к изучению новых методологий выявления требований, стремится к глубокому пониманию бизнес-процессов заказчика, инициативен в поиске оптимальных проектных решений. Средний : заинтересован в качественном выполнении работы по выявлению требований, готов к обучению новым методам анализа. Низкий : выполняет работу по выявлению требований в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к углублению знаний в этой области.
	Поддержка выбора концепции Системы (Системный аналитик)	Высокий : проявляет интерес к новым технологиям и архитектурным решениям, стремится к участию в инновационных проектах, инициативен в предложении различных концепций системы. Средний : заинтересован в выборе оптимальной концепции системы, готов изучать новые подходы к проектированию. Низкий : участвует в выборе концепции системы в рамках поставленных задач, не проявляет особой инициативы в изучении новых подходов.
	Разработка технического задания на Систему (Системный аналитик)	Высокий : стремится к созданию максимально полных и качественных технических заданий, проявляет интерес к совершенствованию процесса разработки ТЗ, инициативен в предложении инновационных подходов. Средний : заинтересован в качественном выполнении работы по разработке ТЗ, готов к обучению новым методам документирования требований. Низкий : разрабатывает ТЗ в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к совершенствованию процесса.
	Концептуальнологическое проектирование Системы (Системный аналитик)	Высокий : проявляет энтузиазм к созданию инновационных проектных решений, стремится к изучению передовых методологий проектирования, инициативен в применении новых подходов. Средний : заинтересован в создании качественных проектных решений, готов к освоению новых инструментов и методов проектирования. Низкий : выполняет проектирование в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к инновациям в области проектирования.
	Проектирование компьютерного программного обеспечения (Программист)	Высокий : проявляет энтузиазм к созданию эффективных и элегантных архитектурных решений, стремится к изучению новых паттернов проектирования, инициативен в оптимизации архитектуры ПО. Средний : заинтересован в создании качественной архитектуры ПО, готов к изучению новых подходов к проектированию. Низкий : выполняет проектирование ПО в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к совершенствованию архитектурных решений.

Продолжение таблицы 3

Этап разработки ИТ-проекта	Трудовая функция	Уровень сформированности мотивационного компонента
	Разработка технических спецификаций на программные компоненты и их взаимодействие (Программист)	Высокий : стремится к созданию подробных и точных технических спецификаций, проявляет интерес к совершенствованию процесса документирования, инициативен в предложении новых форматов спецификаций. Средний : заинтересован в создании качественных технических спецификаций, готов к освоению новых инструментов документирования. Низкий : разрабатывает технические спецификации в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к улучшению процесса документирования.
	Анализ возможностей реализации требований к компьютерному программному обеспечению (Программист)	Высокий : проявляет энтузиазм к изучению новых технологий и их возможностей, стремится к нахождению оптимальных решений для реализации требований, инициативен в предложении инновационных подходов. Средний : заинтересован в качественном анализе возможностей реализации требований, готов к изучению новых технологий. Низкий : выполняет анализ возможностей реализации в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к изучению новых технологий.
	Методическое сопровождение испытаний Системы (Системный аналитик)	Высокий : проявляет энтузиазм к разработке эффективных методик тестирования, стремится к изучению новых подходов к обеспечению качества ПО, инициативен в оптимизации процесса тестирования. Средний : Заинтересован в качественном проведении испытаний системы, готов к освоению новых инструментов и методов тестирования. Низкий : выполняет сопровождение испытаний в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к совершенствованию процесса тестирования.
	Выполнение обследования текущей ситуации (Системный аналитик)	Высокий : проявляет живой интерес к изучению бизнес-процессов заказчика, стремится к проведению глубокого и всестороннего обследования, инициативен в предложении решений по оптимизации. Средний : заинтересован в качественном проведении обследования, готов к изучению новых методик анализа текущей ситуации. Низкий : выполняет обследование в рамках поставленных задач, не проявляет особого интереса к углублению анализа или оптимизации процессов.

На кафедре компьютерных технологий Чувашского государственного университета, опираясь на профессиональные стандарты «Программист», «Системный аналитик», а также требования работодателей, нами были определены профессиональные компетенции бакалавров по направлению 09.03.04 «Программная инженерия», включающие в себя когнитивный, деятельностный и мотивационный компоненты [5; 6].

Рассмотрим, как деятельность студентов на различных этапах разработки ИТ-проекта способствует формированию их профессиональной компетентности. Для наглядности мы сопоставили каждый этап с трудовыми функциями, которые расписали по уровням сформированности (высокий, средний, низкий) (таб. 1–3 на стр. 77–82).

Вместе с тем исследования [3; 8; 18], а также многолетний опыт обучения бакалавров по направлению подготовки «Программная инженерия» позволяют определить ряд проблем, которые приходится решать в процессе организации проектной деятельности студентов на основе разработки ИТ-проектов:

1. Организационные проблемы:

• высокая нагрузка на преподавателей при сопровождении проектной деятельности из-за необходимости постоянного мониторинга и поддержки множества параллельных проектов;
• сложность синхронизации учебного плана с этапами проектной деятельности, так как теоретические курсы должны быть согласованы с практическими потребностями проектов;
• необходимость регулярного обновления технической инфраструктуры и программного обеспечения для соответствия современным требованиям индустрии;
• сложность привлечения реальных заказчиков для студенческих проектов.
2. Методические проблемы:

• трудности в объективной оценке индивидуального вклада каждого студента при командной работе над проектом;
• разный уровень начальной подготовки студентов, что осложняет формирование сбалансированных проектных команд;
• сложность подбора проектных заданий, которые были бы одновременно реалистичными и соответствовали образовательным целям, из-за разрыва между академическими требованиями и реальными потребностями индустрии.
3. Ресурсные проблемы:

• потребность в современном техническом оснащении для реализации проектов, быстрое устаревание технологий и инструментов, что требует регулярного обновления содержания проектов;
• необходимость постоянного повышения квалификации преподавателей в области новых технологий и методологий разработки;
• затраты на лицензионное программное обеспечение и облачные сервисы для разработки.

Для решения вышеописанных проблем возможно внедрить систему наставничества со стороны опытных разработчиков, организовать регулярные стажировки преподавателей в ИТ-компаниях, создать гибкую систему оценивания, учитывающую как индивидуальные, так и командные достижения, а также использовать открытое программное обеспечения для снижения затрат.

Практическая значимость исследования заключается в разработке системы уровневой оценки сформированности профессиональных компетенций через анализ этапов разработки ИТ-проектов. Предложенный подход позволяет не только оценивать, но и целенаправленно развивать профессиональные компетенции будущих специалистов в области программной инженерии в соответствии с требованиями профессиональных стандартов и современного рынка труда.

Результаты исследования могут быть использованы при проектировании образовательных программ подготовки бакалавров программной инженерии, а также для совершенствования методик оценки профессиональных компетенций студентов в условиях проектной деятельности.