Kybernetika, automatizace a měření ve strukturovaném studiu

Kybernetika, automatizace a měření ve strukturovaném studiu

Většina vysokých škol přešla na systém tzv. strukturovaného studia (tříleté bakalářské studium následované dvouletým magisterským programem). Autoři uvádějí v příspěvku své dosavadní zkušenosti s touto formou výuky a současně se snaží formulovat hlavní problémy, které s přechodem na nový systém vznikly.

1. Úvod

Hlavní důvody pro zavedení strukturovaného studia i historie v tomto ohledu jsou dostatečně známy. Pro přesnost zopakujme kostru celého procesu. Základy budování evropského prostoru ve vysokoškolském vzdělávání položila Magna Charta Universitatum (1988). Konkrétní formulace obsahuje Sorbonnská deklarace z 25. 5. 1998. Vysokoškolské vzdělání je v těchto dokumentech považováno za klíčový nástroj ve vývoji evropské kulturní dimenze a jejich signatáři se hlásí k vytváření evropského prostoru ve vysokém školství, který je nezbytný pro podporu mobility občanů, jejich zaměstnanosti a rozvoje kontinentu všeobecně. Boloňské prohlášení, které 19. 6. 1999 podepsalo 31 ministrů školství evropských zemí, uvádí cíle i formu doporučených změn.

Cíle jsou: posílit konkurenceschopnost evropského systému vysokého školství (zejména vzhledem k USA a Japonsku), zavést systém srozumitelných a navzájem srovnatelných stupňů vysokoškolského vzdělání, umožnit větší prostupnost mezi jednotlivými vědními obory a podpořit mobilitu studentů i učitelů.

Doporučenou formou je kreditní systém a dvoustupňový cyklus (pregraduální a postgraduální, tj. bakalářské studium následované studiem magisterským, popř. doktorským)¹⁾.

Obě uvedené deklarace jsou formulovány jako doporučení a podpisy ministrů nemají ani časově, ani fakticky žádný závazný dopad. Nicméně je jasné, že by bylo nesmyslné se doporučeným změnám bránit a stavět se do pozice chytřejšího, leč izolovaného kverulanta. Když už byly karty takto rozdány, co bylo a je třeba v českých (a vzhledem ke společné historii nejspíš i ve slovenských) podmínkách vyvodit ze zmíněných dokumentů v zájmu maximálního zlepšení daného stavu? Pokusme se o formulaci z pozice technických vysokých škol:

a) navrhované změny by měly umožnit získat první akademický titul většímu počtu mladých lidí a tím přispět ke zvýšení podílu terciálně vzdělaných lidí v populaci (ze strany expertů OECD stále zmiňovaný rozdíl oproti vyspělým zemím),

b) bakalářský titul v technických oborech zaručuje schopnost používat, udržovat, opravovat a aktualizovat existující, i moderní, techniku, přičemž pro uvedené činnosti je pětileté studium zbytečně nákladné (z hlediska praxe jde o rozlišení provozních techniků a vývojářů/výzkumníků),

c) možnost prostupnosti mezi obory posunuje o tři roky okamžik volby oboru (specializace), což z hlediska studenta je jistě výhodné; prostupnost však předpokládá široký základ, zatímco profil bakaláře podle bodu b) vyžaduje spíše brzkou specializaci.

Uskutečňování uvedených pozitivních záměrů ovšem narazilo (a naráží) na mnoho překážek. Za nejvážnější považujeme tyto:

1. V našich zemích je titul bakalář (Bc.) netradiční a v technických vědách neznámý. Čím se liší od bývalého (i nynějšího) absolventa průmyslové školy? Bakalář má mít větší všeobecné vědomosti, dokonalejší a hlubší teoretické základy opřené o technické vzdělání ve svém oboru. Pro personální manažery (ve smyslu dřívějších referentů osobního oddělení – kádrováků) je to však stále ještě málo čitelné.

2. Naděje, že bude redukován počet studijních programů (specializací), se nesplnily. Určitý podíl na tom má současný systém financování (podle počtu studentů a ekonomických koeficientů). Objektivně však jde o jinou podobu starého sporu: preferovat teoretické základy, neboť po opuštění vysoké školy už se málokdo k teorii dostane a orientace na konkrétní podmínky praxe musí stejně proběhnout v daném podniku, nebo studenty připravit i po praktické stránce tak, aby byli schopni v nastoupeném zaměstnání okamžitě plnit zadané úkoly? Pamětníci dosvědčí, že tyto spory v minulosti končívaly v časných ranních hodinách konstatováním, že jediným možným a správným východiskem je studenty „naučit se učit„.

3. Inženýrské studium na českých a slovenských vysokých školách bylo velmi kvalitní. Vzpomeňme, kolik času a energie bylo v minulosti věnováno optimalizaci studijních programů, dohadům o ideálním poměru teoretického základu, kmenových, rozvíjejících a speciálních předmětů atd. Tato nepochybná přednost se rázem změnila v nevýhodu, když bylo třeba vytvořit zcela jinak strukturované studium, jehož hlavním znakem je sériovost. Problematika, kterou je v bakalářském studiu nutné zvládnout s minimem matematického, fyzikálního aj. teoretického základu, se v inženýrském programu opakuje s použitím dokonalejšího matematického aparátu.

2. Současný stav bakalářského studia v oboru automatizace-kybernetika

2.1 Stěžejní je kvalita absolventů
Bakalářské studijní programy v oborech automatizace, kybernetika, měření (názvy se na jednotlivých školách liší) byly navrženy, akreditovány a studium zahájeno. Po dvou letech je na hlubší hodnocení příliš brzy, nicméně některé skutečnosti jsou zřejmé.

Bakalářské studium na Fakultě elektrotechniky a komunikací VUT v Brně (FEKT) bylo zahájeno ve školním roce 2002/2003. Ke studiu bylo přijato 1 150 studentů a do studia se zapsalo 846 studentů. Po prvním semestru zůstalo 711 studentů, po čtvrtém semestru 539 studentů. Po dvou letech realizace bakalářského studia byl vyhodnocen vážený studijní průměr (VSP – průměr známek ze všech absolvovaných předmětů, kde každá známka je zvážena počtem kreditů daného předmětu).

Z histogramu VSP na obr. 1 je patrné, že dosavadní studijní výsledky v bakalářském studiu jsou nevalné. Důvodem je nejen nižší úroveň znalostí uchazečů o studium (tj. úroveň středních škol), ale i menší zájem studentů na výsledku. Tento jev je všeobecný a v poslední době mu bylo věnováno i několik článků a diskusí v denním tisku a médiích. Obvykle se hledá příčina v tom, že technické obory si uchazeči vybírají jako náhradní variantu poté, co neuspěli na fakultách a oborech s velkým převisem zájemců (práva, filozofie, ekonomika a management apod.), a tudíž studují něco, co je nezajímá a nemotivuje. Nemyslíme si, že jde o jediný a hlavní důvod, nicméně i tak je to skutečnost znepokojující a závažná. Ztěžuje totiž už tak dost obtížný problém, tj. odstranit u nás tradiční numerická cvičení, která na „západních„ univerzitách buď neexistují vůbec, nebo jen ve velmi omezené míře. Předpokládá se totiž, že příklady si počítá v rámci paralelního samostudia každý student sám (to také má úplně jiný význam než naše forma, kdy obvykle jeden student – za dohledu učitele, popř. učitel sám, – u tabule počítá a ostatní výpočet více méně pasivně opisují). Tento krok je také nutný, má-li být redukován počet vyučovacích hodin a zlevněna výuka – prostě přesunuta část organizovaného studia na individuální. Při zmíněném nezájmu studentů je to naprosto neuskutečnitelné.

Stěžejním problémem reformy se z pohledu pedagogů tedy stává kvalita absolventů jak bakalářského, tak i magisterského studia. Především existuje oprávněná obava, že zavedením strukturovaného studia nastane (a vše nasvědčuje tomu, že nastává) její pokles. Podle našeho názoru lze rozdělit příčiny tohoto poklesu do dvou kategorií: vstupy a proces.

2.2 Vstupy
Jak už jsme uvedli, jedním z hlavních cílů zavedení bakalářského studia (který souvisí s evropskou dimenzí) je, aby vysokoškolské vzdělání absolvovalo podstatně větší procento populace, než tomu bylo před asi dvaceti lety. Nedomníváme se však, že se rodí více chytřejších dětí než dříve. Důsledkem tohoto stavu je, že saháme stále hlouběji do „zásobárny IQ„ populace. Ne že by k nám nadále nechodili i kvalitní absolventi středních škol, ale přibývá těch méně kvalitních. Spektrum kvality uchazečů je dnes mnohem širší než dříve.Trend uvedený v předchozím odstavci je silně podporován ekonomickými faktory (financování na studenta, koeficienty ekonomické náročnosti studijních programů) bez ohledu na jejich vedlejší negativní důsledky.

Pochybujeme, že za posledních dvacet let výrazně vzrostla kvalita absolventů středních škol. Naopak došlo k degradaci maturity. Mnoho středních škol (učilišť) zavedlo víceletá studia zakončená maturitou, o jejíž úrovni by se dalo s úspěchem pochybovat. Souvisí to opět se snahou poskytnout středoškolské vzdělání stále větší části populace (paralela se situací ve vysokoškolském vzdělávání).

Po roce 1989 došlo v souladu se změnou politické situace k preferenci humanitních oborů před technickými (překmitový jev). Důsledkem je citelný úbytek zájmu (především kvalitních) uchazečů středních škol o studium na technických vysokých školách. Stačí se podívat do Učitelských novin na převisy uchazečů o studium na jednotlivých fakultách.

Shrnuto: roste počet vstupujících uchazečů za současného poklesu jejich kvality.

Uvedené „vstupní“ faktory považujeme za objektivní a za v podstatě neovlivnitelné. Musíme pracovat s takovými studenty, jaké máme k dispozici.

2.3 Proces
Je-li motivace studenta ke studiu malá, tedy i ten nejlepší pedagog dosáhne jen „malých„ výsledků. Motivace většiny studentů je podle našich zkušeností malá až téměř nulová. Jejich cílem je absolvovat všechny zkoušky (jakkoliv) a odejít – či pokračovat s diplomem (výjimky potvrzují pravidlo). Něco se naučit je pro ně v mnoha případech podružným cílem.

Vztah studenta ke studiu zůstává ve středoškolské rovině „souboje„ student versus kantor (viz J. Žák: Študáci a kantoři). Snahy obou skupin jsou kolineární vektory, ale opačného směru – jejich výslednice je malá.

S rostoucím počtem studentů (a při téměř konstantním počtu pedagogů) je stále efektivnější zkoušet pouze písemně. Šetří to čas pedagoga, ale zároveň podněcuje studenty k tomu, aby absolvovali zkoušku jakkoliv (opisování). Za současných početních stavů učitelů (špatně placených) a studentů je tato snaha pochopitelná, nicméně zákonitě vede k dalšímu poklesu kvality.

Produktem bakalářské části strukturovaného studia by měl být absolvent zaměřený více na praxi než na teorii. To je naštěstí ve shodě s tím, že většina studentů inklinuje spíše k problémům praxe než teorie. Základem teorie v technické vědě našeho zaměření je především matematika. Jistěže k teoretickým předmětům patří i fyzika nebo elektrotechnika, ale matematika klade největší požadavky na abstrakci. Každý student má doma ledničku nebo elektroměr, ale stěží má doma epsilon, nebo dokonce delta. Kvalita pedagogického sboru se za poslední léta – bohužel – příliš nezměnila. Zároveň se ale výrazně nezměnil ani přístup k výuce matematiky pro bakaláře. Dřívějších pět semestrů matematiky bylo „stlačeno„ do tří. Výsledkem je odstředivá síla působící mezi matematikou a studenty.

V procesu výuky bakalářů tedy narážíme na malou motivaci studentů ke studiu obecně a k výuce teoretických předmětů – jmenovitě matematiky – zejména.

Naproti tomu, pokud budeme (v souladu s uvedenými skutečnostmi) bakalářské studium chápat jako prodloužení vzdělávacího procesu většiny mladých lidí (něco jako další stupeň „povinné školní docházky„), je žádoucí, aby toto studium dokončil co největší počet studentů; určitý pokles kvality je něco, s čím je nutné se smířit. Nemělo by to však v žádném případě platit u inženýrského (magisterského) studia.

3. Závěry a doporučení

3.1 Motivace studentů ke studiu
Ministerstvo školství nutí vysoké školy ekonomickými nástroji k tomu, aby vysokoškolské vzdělání mělo větší procento populace, a tyto nástroje fungují. Zdá se, že i pro motivaci studentů by mohly platit ekonomické nástroje. Školné v pravém slova smyslu je politikum. Nechť je studium na vysoké škole bezplatné, ale pouze ve standardní podobě. Standardní doba studia, zápis každého předmětu pouze jednou, termín na zkoušku pouze jeden atd. Vše ostatní je nadstandardní (delší doba studia, druhý a další zápis neúspěšně absolvovaného předmětu, druhý a další termíny zkoušek atd.), a tudíž nechť je zpoplatněno, a to ve výši odpovídající státním dotacím. Bohužel tento nástroj není v našich rukou, ale v rukou politiků. Jistěže nelze opomíjet zvýšení poutavosti, atraktivnosti a podobných atributů a přívlastků vyučovaných předmětů, ale účinnost těchto vylepšení nebude velká. Snad s jedinou výjimkou, kterou je matematika.

3.2 Výuka matematiky
Matematika (v tom širším slova smyslu) se učí na všech stupních škol – na školách základních, středních i vysokých. Na všech těchto stupních se učí např. o číslech, ale na jiné úrovni, s jinými požadavky na abstrakci a také při použití jiných příkladů, na kterých je teorie demonstrována. Na všech třech uvedených stupních škol byla za léta výuky nalezena odpovídající úroveň i hloubka výuky matematiky. Na vysokých školách je vlivem strukturovaného studia studium rozděleno na dva stupně – bakalářský a magisterský. Proto je třeba hledat i odpovídající rozdělení vysokoškolské výuky matematiky na tyto dva stupně. Jistě se ale nejedná o prosté rozdělení ve smyslu „tuto partii ano a tuto ne„. Důležitým momentem ve výuce matematiky bude názornost výuky. Matematická teorie je ve výuce matematiky často prezentována na „příkladech pro příklady„. Měla by být prezentována na příkladech z praxe daného oboru. Mělo by být ukázáno, k čemu matematika je. To platí především pro bakalářské studium. Výuka matematiky by měla být názornější než v případě bývalého inženýrského studia.

3.3 Změna metodiky výuky v předmětech teoretického základu
Podobně jako s matematikou je tomu s předměty typu teorie řízení, modelování a simulace, systémy a signály apod. Je třeba zvolit vhodný kompromis mezi dvěma krajnostmi, které nejlépe osvětlí následující příklad z výuky všem známého kursu teorie řízení 1. Jeho náplní jsou lineární systémy, počínaje základními pojmy a konče návrhem PID regulátorů (spojitých i diskrétních) pro jednoduché obvody s jedním vstupem a jedním výstupem. Více nelze na bakalářské úrovni očekávat. Tuto látku je možné probrat (s použitím matematických nástrojů, které jsou v dané chvíli – tj. ve třetím nebo čtvrtém semestru – k dispozici) ve čtyřech až pěti přednáškách (předpokládáme tříhodinové přednášky a dvou- až tříhodinová cvičení) a zbývajících osm přednášek omílat totéž jinými slovy a způsoby. Bohatý rejstřík řešených příkladů je samozřejmostí. To je jedna krajní možnost. Ve druhém případě přednášející může použít v podstatě nezměněný repertoár ze současného inženýrského (magisterského) programu s vědomím skutečnosti, že 95 % studentů stejně neví, o čem je řeč, a podle toho bude vypadat i zkouška (vědomí marnosti vlastního úsilí je dosti frustrující). Toto základní schéma je velmi přibližné a v jiných kursech bude mít možná jinou formu. Domníváme se však, že uvedený příklad vystihuje podstatu problému, jehož řešení bude nutné hledat.

3.4 Bakaláři a podniková praxe
Vedle již uvedeného považujeme za klíčovou nutnost (nyní, v přechodné době) dostatečně srozumitelně vysvětlit a s podnikovými manažery prodiskutovat, jaké je nejvhodnější zařazení absolventů bakalářského studia na technických vysokých školách do podnikových struktur. I tato osvěta je pro motivaci našich studentů nezbytná.

doc. Ing. Pavel Jura, CSc., prof. Ing. Petr Vavřín, DrSc.,
ústav automatizace a měřicí techniky FEKT VUT Brno (UAMT)
(jura@feec.vutbr.cz, vavrin@feec.vutbr.cz)

Doc. Ing. Pavel Jura, CSc., absolvoval VUT v Brně v roce 1978 v oboru kybernetika, automatizace a měřicí technika. Od roku 1999 působí na nynějším ÚAMT FEKT VUT v Brně, v současné době ve funkci vedoucího ústavu. Ve své odborné a vědecko-výzkumné činnosti se zaměřuje na fuzzy logiku, teorii signálu a systémů a umělou inteligenci.
Prof. Ing. Petr Vavřín, DrSc., absolvoval ČVUT v Praze v oboru technická kybernetika v roce 1960. Na nynějším ÚAMT FEKT VUT v Brně působí od roku 1961, z toho v létech 1990 až 2004 jako vedoucí ústavu. V letech 1994 až 2000 byl rektorem VUT v Brně.

Článek je redigovanou verzí stejnojmenného příspěvku předneseného autory na semináři Nové trendy vo vzdelávaní v oblasti automatizácie a informatiky (Stretnutie katedier automatizácie z ČR a SR), Moravany nad Váhom, 2. až 3. září 2004.

¹⁾ Přesná statistika není k dispozici, nicméně je jisté, že obě deklarace jsou v první řadě produktem bruselských úředníků a nikoliv vrcholného akademického fóra (ať už jakkoliv sestaveného). Je to na jedné straně pochopitelné, protože reprezentanti akademického světa (rektoři, děkani, významní a uznávaní profesoři) by pravděpodobně nebyli schopni se na racionální formulaci domluvit. Na druhé straně je nutné počítat s určitou dávkou politicky a ekonomicky motivovaných vlivů, které se při formulaci obou dokumentů projevily. (Pozn. aut.)