Использование свободного программного обеспечения в университете

Использование свободного программного обеспечения в университете

Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В.,

Донецкий национальный технический университет, г. Донецк

1. 
   Существует опасность обучение студента фундаментальным и прикладным дисциплинам (информатика, вычислительная математика и др.) заменить применением конкретного пакета.
   
2. 
   Невысокая безопасность работы на компьютерах под управлением операционных систем семейства Windows. Кроме традиционных проблем безопасности: вирусы, атаки из Сети и т.д., существует проблема подготовки специалистов, связанных с безопасностью (оборонные отрасли, космонавтика, ядерная физика и т.д.). На наш взгляд следует использование проприетарных программ при подготовке подобных специалистов свести к минимуму.
   
3. 
   Покупка университетами проприетарных программ по льготным ценам (академическая лицензия MSDNN AA и т.д.) делает их заложниками и пропагандистами (явными или неявными) определенных IT-корпораций. Кроме того, эти корпорации могут в любой момент поменять правила приобретения программного обеспечения.
   

• 
  большая надежность и защищенность свободных программ (ошибки в свободных программах исправляются намного быстрее, чем в проприетарных);
  
• 
  возможность неограниченного использования, распространения и модификации программ;
  
• 
  тестируются и используются самые современные компьютерные технологии;
  
• 
  многие свободные программы изначально разрабатываются, как мультиязычные;
  
• 
  использование помощи сообщества разработчиков и пользователей программы.
  

1. 
   Базовый курс информатики.
   
2. 
   Использование компьютерных технологий при преподавании фундаментальных и специальных дисциплин.
   
3. 
   Использование полученных знаний при собственных научных исследованиях.
   

Опыт показывает, что выбор программного обеспечения (ПО) имеет большое значение в организации учебного процесса. Значительный интерес представляет свободно распространяемое кроссплатформенное ПО, которое бурно развиваются в последние годы и составляет реальную конкуренцию проприетарным программам.

Сегодня в качестве альтернативы проприетарной операционной системы MS Windows можно предложить использовать следующие свободные операционные семейства Linux Ubuntu, такие, как Ubuntu, Kubuntu, Xubuntu, Runtu, Linux Mint; ОС Mandriva Linux; операционные системы семейства ALTLinux; ОС ASPLinux и ряд других.

Одно из преимуществ ОС семейства Linux это простота установки. Современные дистрибутивы Linux устанавливаются проще и быстрее, чем привычная ОС Windows. К тому же многие дистрибутивы поставляются в виде LiveCD (LiveDVD), что позволит пользователю предварительно познакомиться с операционной системой, не устанавливая ее на компьютер. Существуют дистрибутивы ориентированные на очень слабые машины (процессор 300-400 МГц, память от 128 Мб), но самому современному дистрибутиву Linux хватит компьютера с процессором от 1 ГГц, памятью 512-1024 Мб и жестким диском от 20 Гб. Большинство дистрибутивов семейства ОС Linux являются свободно распространяемыми и содержат свободные или бесплатные программы. Наличие огромного количества дистрибутивов дает пользователю возможность выбрать «свой». ОС семейства Linux имеют удобный и не требовательный к ресурсам компьютера графический интерфейс ОС. Логичная организация файловой системы ОС Linux позволяет разделить права доступа к файлам и сделать компьютер более защищенным к атакам из Сети и практически неуязвимым к вирусам. Не маловажную роль играет и большой набор программного обеспечения, репозиторий современного дистрибутива составляет 20-30 Гб программ.

Современный учебный процесс невозможен без использования всемирной сети Интернет. Среди кроссплатформенных свободных программ для работы во всемирной сети можно выделить web-браузер Mozilla FireFox, почтовые клиенты Mozilla Thunderbird и claws-mail, мультипротокольную программу для обмена мгновенными сообщениями pidgin. Данные программы являются стабильными, полнофункциональными, и более защищенными, чем стандартные программные средства входящие в состав ОС Windows.

Чаще всего в учебном процессе в качестве средств разработки программ используются языки программирования Basic, Pascal или C/C++. В качестве свободной среды для программирования на Basic можно предложить OpenOffice.org Calc и Gambas (для Linux). При иcпользовании языка программирования Pascal можно выбирать между Gnu Pascal, Free Pascal и системой визуального программирования Lazarus. Программирование на C/С++ можно изучать, используя компилятор gcc(g++). При программировании на С/(С++) или Pascal под управлением как операционной системы Windows, так ОС семейства Linux, в качестве среды программирования можно предложить использовать кроссплатформенный редактор Geany.

Следующим, важным этапом в учебном процессе является использование офисных программ. Оформление отчетов, курсовых и дипломных работ на сегодняшний день не мыслимо без компьютера. Кроме того, электронные таблицы, входящие в состав многих офисных пакетов можно использовать не только для оформления документов, но и для проведения различных вычислений и исследований. Существует ли альтернатива проприетарному пакету MS Office? В первую очередь это кроссплатформенные свободные офисные пакеты OpenOffice.org, GNOME Office.

Офисный пакет OpenOffice.org является кроссплатформенным и входит в репозитарии большинства современных дистрибутивов Linux. Пакет состоит из следующих приложений: текстовый процессор OpenOffice.org Writer, редактор математических формул OpenOffice.org Math, графический редактор OpenOffice.org Draw, программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress, система управления базами данных OpenOffice.org Base и электронные таблицы OpenOffice.org Calc.

Документы в формате OpenOffice.org занимают намного меньше места, чем в формате MS Office. Это достигается путем использования собственного открытого формата хранения данных со встроенной архивацией на ходу (при сохранении и открытии файлов). Кроме того, программы из пакета OpenOffice.org сохраняют файлы в формате MS Office 95-2003, а открывают документы, даже созданные в MS Office 2007. Такие возможности свободно распространяемого офисного пакета OpenOffice.org, как экспорт в форматы Pdf и TEX, не имеют аналогов у конкурента из компании Microsoft.

Текстовый процессор OpenOffice.org Writer является достойным конкурентом и обладает всеми возможностями MS Office Word. А при создании и вёрстке документов большого объема и сложной структуры OpenOffice.org Writer даже удобнее MS Word.

Редактор математических формул OpenOffice.org Math позволяет создавать формулы любой сложности. Он имеет средства не только визуального создания формул (как и в Microsoft Equation), но и встроенный язык разметки формул.

Векторный графический редактор OpenOffice.org Draw функционально сравним с CorelDRAW. Однако для рисования таких объектов, как блок-схемы и электрические схемы, лучше использовать, свободный графический редактор dia из состава Gnome Office.

Программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress — добротный продукт, не уступающий Microsoft Office PowerPoint.

Электронные таблицы представлены в OpenOffice приложением OpenOffice.org Calc. Как и в любых электронных таблицах, в OpenCalc есть возможность расчета по формулам, средства для обработки больших объемов данных, функции, поддерживающие матричные операции, команды позволяющие решать уравнения с одной переменной. Для решения задач оптимизации и сводящихся к ним в MS Excel есть специальный мощный оптимизационный модуль. В состав OpenOffice.org Calc ранних версий модуль решения задач оптимизации не входит. В состав OpenCalc версии 3.0 и выше входит модуль решения задач линейного программирования (линейных оптимизационных задач). Для решения нелинейных задач оптимизации есть расширение Solver for Nonlinear Programming. Так же в OpenCalc присутствует большое количество статистических и финансовых функций. Кроме того, пользователи Openoffice.org Calc могут использовать полноценный визуальный объектно-ориентированный язык программирования OpenOffice.org Basic.

Единственным компонентом, значительно уступающим своему конкуренту из Microsoft, является система управления базами данных OpenOffice.org Base. Но, судя по темпам развития OpenOffice, создание мощной СУБД — это вопрос времени.

Офисный пакет OpenOffice.org может занять достойное место на компьютере студента, преподавателя, инженера и научного работника, однако, нужно помнить, что как и MS Office, OpenOffice.org сложно будет использовать на компьютерах с малым количеством оперативной памяти (< 256 Мб). В качестве альтернативы OpenOffice.org можно рекомендовать текстовый процессор AbiWord и электронные таблицы Gnumeric из пакета Gnome Office. Текстовый процессор AbiWord не обладает такими возможностями, как MS Word и OpenWriter. В частности он не поддерживает работу с формулами и не предназначен для вёрстки сложных документов, однако, его можно использовать на слабых машинах. Gnumeric — вполне достойный конкурент MS Excel и OpenCalc.

Свободно распространяемый кроссплатформенный графический редактор dia, применяемый для построения специализированных схем (блок-схемы, электрические схемы и т.п.) может составить конкуренцию проприетарному пакету MS Visio.

В качестве же полноценного точечного графического редактора можно рекомендовать свободно распространяемый редактор GIMP.

Особое место среди программного обеспечения в технических университетах, а также на математических и физических факультетах классических университетов занимают математические программы. Этими программами сотрудники вузов используются в научной деятельности. Студенты начинают знакомство с ними в базовом курсе информатики, используют во многих фундаментальных и специальных курсах, а также в собственной исследовательской работе. Поэтому выбор программных средств этого класса очень важен. Среди свободных математических пакетов можно выделить следующее многофункциональные программы.

Scilab — система компьютерной математики, которая предназначена для выполнения инженерных и научных вычислений [1]. По возможностям пакет Scilab практически не уступает Mathcad, а по интерфейсу близок к Matlab В Scilab реализованы численные методы решения следующих большинства задач вычислительной математики. Для решения нестандартных задач в Scilab есть довольно мощный объектно-ориентированный язык программирования (sci-язык). Графические возможности Scilab не уступают проприетарным математическим пакетам. Следует обратить внимание на то, что в состав Scilab входит Scicos — система компьютерного моделирования, аналогичная Simulink.

Maxima [2] — математическая система символьных и численных вычислений. Программа работает в консольном режиме и виде оконного приложения. При проведении вычислений, Maxima использует точные дроби, целые числа и числа с плавающей точкой произвольной точности, что позволяет проводить вычисления с очень высокой точностью. С ее помощью можно проводить операции с векторами, матрицами и тензорами, решать задачи дифференцирования, интегрирования, вычисления пределов, разложения в ряд, выполнять преобразования Лапласа, решать обыкновенные дифференциальные уравнения, задачи обработки экспериментальных данных, нелинейные уравнений и системы, строить двух и трехмерные графики. Следует обратить внимание, что в Maxima присутствует встроенный макроязык [4], благодаря чему программа становится практически неограниченно расширяемым инструментом для проведения как численных, так и символьных вычислений. А совместно с текстовым редактором TexMacs и рассмотренным ранее пакетом Scilab может быть более мощной средой в ОС семейства Linux для проведения расчетов и оформления документов, чем MathCad в среде Windows. На сегодняшний день Maxima — незаменимый инструмент не только на компьютере ученого, но и уникальная программа для использования в учебном процессе при изучении не только курса информатики, но и классического курса высшей математики в университетах [4].

Для решения математических задач можно использовать Octave — высокоуровневый язык программирования, совместимый с MATLAB. Существует удобная графическая среда QtOctave для работы Octave.

Кроме того, для решения задач вычислительной математики и проведения аналитических расчетов следует обратить внимание на математический пакет Sage, который объединяет множество существующих свободных пакетов единой среде, написанной на Python.

Для решения дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов и визуализации решения есть свободно распространяемые пакеты freefem и freefem3d, которые по своим возможностям не уступают модулю решения уравнений математической физики из пакета MATLAB.

Для построения графиков и обработки данных, кроме gnuplot существует большое количество свободных программ: Extrema, RLPlot, Fityk, Gretl, MayaVi, Zhu3D, OpenDX, Veusz. Одной из наиболее удачных программ для построения двух и трехмерных графиков и анализа данных является кроссплатформенный пакет научной графики Scidavis. Его возможности можно сравнить с хорошо известной проприетарной программой Origin.

Рассмотренные выше свободные пакеты, можно рекомендовать использовать для обработки, моделирования и визуализации данных не только в образовательных, но и в исследовательских организациях. Это позволит использовать в учебном процессе и в научных исследованиях качественные легальные программы.

Последние четыре года годы авторы пытаются внедрять свободное программное обеспечение в Донецком национальном техническом университете, за эти годы сделано следующее:

• 
  разработан курс информатики для студентов инженерных специальностей на базе пакета Scilab, на базе которого написана книга по пакету Scilab [1];
  
• 
  разработаны лекции по программированию на Паскале и С++ для ОС Linux; в 2009-2010 курс «Введение в информатику» для студентов электротехнического факультета впервые читается на базе свободного кроссплатформенного ПО;
  
• 
  читается курс для преподавателей «Использование свободного программного обеспечения (СПО) в учебном процессе», который могут посещать все сотрудники университета;
  
• 
  на кафедре «Вычислительная математика и программирование» на базе довольно старых компьютеров (процессор Celeron 600 МГц, ОЗУ — 512 МБ) создан учебный класс под управлением ОС Runtu Office, в котором проводятся занятия по повышению квалификации преподавателей университета, а также некоторые лабораторные работы со студентами 1 курса;
  
• 
  собран DVD диск с используемыми в учебном процессе свободными программами и русскоязычной документацией к ним;
  
• 
  заканчивается оформление сайта «Использование СПО в учебном процессе» [5].
  

1. 
   Обновление компьютерного парка в университетах. Ведь до сих пор в ряде университетов используются компьютеры 15-летней давности.
   
2. 
   Переработка и согласование рабочих программ различных курсов, читаемых в университетах.
   
3. 
   Написание учебников и методических рекомендаций по использованию свободного программного обеспечения.
   
4. 
   Преодолеть инертность мышления руководителей университетов и технических специалистов в различных отраслях.
   

Кроме всего прочего использование свободного ПО в учебном процессе делает университеты независимыми от ценовой политики крупных IT-корпораций и предоставляет студенту и преподавателю свободу выбора.

1. 
   Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В., Рудченко Е.А. Scilab: Решение инженерных и математических задач. - М.: ALT Linux; Бином. Лаборатория знаний, 2008. - 260с. (http://docs.altlinux.org/books/2008/altlibrary-scilab-20090409.pdf).
   
2. 
   Житников Вадим. Компьютеры, математика и свобода. URL: http://www.computerra.ru/gid/266002 (дата обращения: 29.07.2009).
   
3. 
   Колисниченко Д. Ubuntu Linux. Краткое руководство пользователя. - СПб: БХВ-Петербург, 2007.
   
4. 
   Чичкарёв Е.А. Компьютерная математика с Maxima. Руководство для школьников и студентов. URL: http://www.altlinux.org/Books:Maxima (дата обращения: 31.07.2009) (http://git.altlinux.org/people/bertis/public/?p=books-MaximaBook.git;a=blob;f=book_new_style.pdf).
   
5. 
   Использование свободного программного обеспечения. URL: http://www.teacher.dn-ua.com (дата обращения: 03.08.2009).