Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Výuka počítačové gramotnosti na technických vysokých školách

číslo 12/2003

Výuka počítačové gramotnosti na technických vysokých školách

Stále se zrychlující rozvoj technického i programového vybavení počítačů umožňuje i rychlý vývoj v oblastech aplikací, což zase vede ke změnám náplně a pojetí výuky počítačové gramotnosti. Příspěvek se zabývá výukou základního kursu informatiky (tj. informačních technologií, information technology, apod. – pozn. red.), který se pod různými názvy a v různém rozsahu vyučuje na technických vysokých školách na začátku studia a je pro všechny studenty povinný. Chceme konfrontovat dva základní názory na obsah výuky. První vychází z tradičních představ, že absolvent technické vysoké školy by měl umět algoritmizovat řešení problému a realizovat algoritmus v některém programovacím jazyku. Druhý názor vychází z mezinárodního konceptu European Computer Driving Licence (ECDL), ve kterém odborníci na úrovni EU přesně vymezili rozsah znalostí, kterými je tvořena počítačová gramotnost. Zájemcům umožňuje získat mezinárodní průkaz počítačové gramotnosti, doslovně „evropský řidičák na počítače„. Nejde o certifikát pro počítačové odborníky, ale pro běžné uživatele. Domníváme se, že doba je zralá k vyvolání, resp. obnovení diskuse o obsahové náplni předmětu, který zajišťuje výuku počítačové gramotnosti.

Autor si je vědom toho, že mnohé z názorů prezentovaných v článku jsou subjektivní a mohou vyvolat nesouhlasnou reakci. Pokud však příspěvek vyvolá plodnou diskusi, splní svůj účel. Při analýze budeme vycházet ze zkušeností s výukou na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze (VŠCHT), kde má základní kurs informatiky název Výpočetní technika. Diskutované problémy se však vyskytují na vysokých školách technického zaměření obecně.

Algoritmizace a výuka schopnosti řešit problémy

V současnosti již nikdo nepřizná názor, že smyslem studia je memorovat látku jednotlivých předmětů podle zásady: čím více pamětného učení, tím lépe. V reálné výuce se však takto stále postupuje, a to někdy v zarážející míře. Autor je zastáncem názoru, že jedním z podstatných cílů studia na technických vysokých školách je vychovat budoucí inženýry tak, aby byli schopni samostatně a tvůrčím způsobem řešit i rozsáhlejší a komplexnější úkoly ze svého oboru, tj. v technické chemii např. zavádění nových technologických postupů či inovace výrobních linek za účelem zvýšení jejich efektivnosti. K tomu musí absolventi získat jednak určité základní znalosti předmětů svého oboru, dále musí být schopni samostatně si doplnit, resp. doplňovat hlubší či speciální znalosti a zejména si musí osvojit metodiku řešení inženýrských úloh.

Výuka metodiky řešení inženýrských problémů musí postupovat od řešení jednodušších úkolů k řešení úkolů složitějších. Ve vyšších ročnících k tomu slouží různé semestrální práce a ročníkové projekty. Schopnost samostatně vyřešit technický problém nakonec posluchač prokazuje při řešení diplomního úkolu.

Na samém začátku studia k tomu ovšem nabízí výtečnou příležitost výuka informatiky. Ideální modelovou úlohu inženýrského postupu řešení rozsáhlého problému totiž představuje řešení úlohy na počítači, zejména její algoritmizace.

Řešení úlohy na počítači jako modelová úloha inženýrského postupu
Během řešení úlohy na počítači se musí student ve velice pregnantní formě seznámit se všemi etapami inženýrské metody řešení problému – s jeho analýzou (formulací cílů, definováním a shromážděním potřebných dat, hledáním a výběrem metody řešení), s vlastním řešením (nalezením algoritmu a jeho realizací na počítači) a nakonec se syntézou (kritickým rozborem výsledků, jejich dokumentací a vyvozením závěrů). Tímto cyklem se opakovaně prochází při odstraňování chyb a při verifikaci řešení. S iteračním přístupem se posluchač setká i v praxi, kdy z pečlivé analýzy plyne zpřesnění formulace, řešení zpětně působí na analýzy apod. Student se také podle metodik strukturovaného programování naučí rozkládat řešení složitého problému na dílčí problémy a spolupracovat v týmu.

Podle některých odborníků je výuka algoritmizace a inženýrského postupu řešení problému dokonce nejcennější částí výuky informatiky. Vždyť tolik lidských činností v sobě zahrnuje rozhodovací procesy nebo opakování s podmínečným ukončením.

Jaké prostředky při výuce algoritmizace volit? Dříve byl preferován programovací jazyk Turbo Pascal, protože je přímo uzpůsoben k jednoduché a názorné realizaci jednotlivých etap inženýrské metody řešení problému. Mezitím však byly významně zmodernizovány i ostatní programovací jazyky, takže výběr jazyka už není tak důležitý. Všechny jsou strukturované, umožňují interaktivní ladění programu a práci v prostředí textového editoru. V poslední době se na technických VŠ rozšiřuje používání programového a grafického systému Matlab, který do interaktivního prostředí pro vědeckotechnické výpočty integruje i nástroje pro simulaci, analýzu dat, zpracování signálů, návrh řídicích a komunikačních systémů atd.

Interaktivní programování versus důkladná algoritmizace
Rád bych v dané souvislosti upozornil také na jeden zajímavý důsledek rozvoje techniky počítačů.

Při použití děrnoštítkové techniky byly k vypracování programu zapotřebí řádově dny až týdny. To vedlo k řádné analýze úlohy, k promyšlené a odpovědné konstrukci algoritmu, nehledě k pečlivému naprogramování, protože za každou chybu se platilo pracnou opravou a značným zpožděním. Současná interaktivní a velmi rychlá – bylo by možné říci až on-line – tvorba programů vede většinu studentů k tomu, že nepřemýšlejí, málo se zabývají algoritmizací úlohy a experimentují, dokud nedojdou k nějakým výsledkům. Ty často nejsou správné, resp. algoritmus nepostihuje všechny varianty řešení v závislosti na hodnotách vstupních dat.

Experimentálně se pak přistupuje k používání jednotlivých příkazů. To, že se je student pořádně nenaučí a jen zkouší, jak je použít, způsobuje, že často neví o některých možnostech, a tudíž množství jejich výhodných vlastností ani nedokáže využít. Jestliže je naším cílem zlepšit schopnosti studenta řešit problémy, stálo by za rozbor, jak se vypořádat s touto negativní stránkou interaktivní práce s počítačem. Trochu nadsazeně bychom mohli vývoj výuky předmětu výpočetní technika charakterizovat tak, že zatímco v sedmdesátých letech minulého století student přemýšlel a sestavoval algoritmy, v posledních letech nemyslí, tahá myší, klepe na obrázky nazývané ikony a čeká, co se stane.

O konceptu European Computer Driving Licence (ECDL)

Projekt ECDL vznikl v západní Evropě jako reakce na problémy spojené s prudkým rozvojem informatiky. Bylo třeba definovat pojem počítačová gramotnost a stanovit objektivní minimum znalostí, které člověk potřebuje k tomu, aby mohl prostředky informatiky, zejména počítače a jejich programové vybavení, efektivně využívat. Přínos projektu ECDL spočívá v tom, že předkládá mezinárodně uznávanou, objektivní a standardizovanou metodu pro ověření počítačové gramotnosti pomocí testů. Úspěšní absolventi testů podle ECDL získají doklad o dosažení mezinárodně uznávané kvalifikace pro práci s počítačem – Certifikát ECDL, který je ve státech EU doporučen a používán jako standard základní počítačové vzdělanosti. Je určen pro běžné uživatele, u kterých se nepředpokládá předchozí hlubší vzdělání ani znalosti z oblasti výpočetní techniky.


Základní rysy sylabů podle European Computer Driving Licence (EDCL) (moduly uvedeny tučně)

Základy informačních technologií:

  • základy IT – přínos práce na PC a využití PC v praxi – příklady,
  • informační technologie a společnost – člověk versus počítač,
  • bezpečnost dat, ochrana autorských práv, protipirátské aktivity,
  • hardware, software, operační systémy a druhy aplikací,
  • komunikace, elektronická pošta, organizace pomocí IT.

Práce s počítačem a správa souborů:

  • používání počítače a správa souborů,
  • tvorba struktury složek a její filozofie,
  • kopírování souborů,
  • nastavení uživatelského prostředí na počítači.

Textový editor:

  • filozofie práce s textem v textovém programu,
  • formátování písma, odstavců, dokumentu,
  • vlastní úprava textu a související pravidla,
  • možnosti tiskových výstupů a vlastní tisk dokumentů.

Tabulkový kalkulátor:

  • filozofie práce s tabulkovým programem,
  • formátování buňky a tabulky,
  • práce v tabulce – vkládání vzorců a funkcí,
  • možnosti adresování v tabulce při kopírování,
  • tvorba grafů a databází,
  • možnosti tiskových výstupů a vlastní tisk tabulek.

Databáze a systémy pro uchování dat:

  • filozofie práce s databází,
  • vytvoření seznamu,
  • definice textových a číselných polí,
  • výběr položek a jejich zpracování,
  • ukládaní dat.

Prezentace:

  • grafické možnosti kreslicích programů a jejich použití,
  • vkládání grafických objektů do jiných dokumentů,
  • tvorba elektronické prezentace při použití počítače,
  • možnosti použití připravených grafických objektů – organizační grafy,
  • ukládání na jiná než běžná média.

Služby informačních sítí:

  • filozofie práce v síťovém prostředí – klady a zápory,
  • možnosti práce v síti – sdílení informací, informační bezpečnost,
  • elektronická pošta – způsob využívání,
  • internet a intranet – filozofie tohoto fenoménu,
  • vyhledávání a zpracování informací.

Koncept ECDL je příkladem úspěšně realizovaného moderního evropského projektu. Má zajištěn neustálý rozvoj v souladu s aktuálním vývojem techniky a průběžnou kontrolu kvality. Informace o metodice testování, o metodice administrace a kontroly zabezpečení kvality, o mezinárodně uznávaném souboru dokladů ECDL atd. nalezne čtenář na [1]. Všechny oblasti znalostí, sady dovedností a typy úkolů zahrnuté do konceptu ECDL shrnuje Sylabus ECDL. Je rozdělen do sedmi základních modulů. Test z prvního modulu je teoretický, předmětem ostatních testů jsou praktické dovednosti. Podrobné sylaby jsou také veřejně přístupné na [1]. Jejich základní rysy jsou uvedeny v rámečku vpravo na této straně.

Koncept ECDL není založen na metodě výuky, ale na metodice testování. Definovány jsou cíle, tedy to, co má uživatel umět, nikoliv způsob jeho přípravy. To by mohlo být inspirací i pro osnovy mnoha dalších předmětů.

Uvedu příklad: V dosavadním sylabu předmětu zabývajícím se výpočetními metodami je uveden popis probírané látky, např.: Řešení soustav lineárních rovnic. Finitní metody, iterační metody. Gaussova metoda, Gaussova-Jordanova metoda. Ritzova metoda, Gaussova-Seidelova metoda.

Stanovení konkrétních cílů, tedy toho, co by student měl umět, nejen ulehčuje testování vědomostí, ale zejména vyžaduje, aby se vyučující zamyslel nad tím, co vlastně praxe po výuce vyžaduje. Cíle uvedeného příkladu mohou mít zcela rozdílnou náročnost, např.:

a) Student umí vyjmenovat alespoň tři metody řešení soustav lineárních rovnic.
b) Student zná výhody, nevýhody a oblasti použití probraných metod řešení soustav lineárních rovnic.
c) Student zná princip Gaussovy a Gaussovy-Seidelovy metody a umí použít knihovní podprogram pro vyřešení příkladu.
d) Student zná algoritmus Gaussovy metody a umí sestavit program v jazyku Turbo Pascal pro vyřešení příkladu (apod.).

Diskuse

Tak jako obecná gramotnost (znalost čtení, psaní a počítání) je jen nástrojem k dosažení dalších cílů, tak i počítačová gramotnost (zjednodušená paralela: znalost čtení webových stránek, psaní ve wordu a počítání v excelu) by neměla být cílem, ale jen prostředkem ke zvýšení produktivity práce a dosažení její nové kvality v nejrůznějších směrech. Proto bychom si měli především klást otázku, k dosažení jakých cílů je vhodná výuka informatiky vycházející z osnov ECDL a k čemu by sloužila výuka zaměřená na algoritmizaci a programování.

V definici pojmu počítačové gramotnosti podle konceptu ECDL je zřejmý posun důrazu na znalosti programování k důrazu na uživatelské dovednosti. V jednotlivostech je možné mít k sylabu ECDL výhrady. Autor osobně by tam zařadil i vytváření webových stránek jako důležitou součást modulu prezentace. Z hlediska výuky na technických vysokých školách se také zdá být zbytečný požadavek znalosti hromadné korespondence ve wordu. Obecně testy ECDL kladou zbytečně velký důraz na formální aspekty práce na počítači, ať už jde o formátování textu ve wordu nebo formátování buněk v excelu (ohraničení tabulek apod.). Jako technici bychom asi dali přednost např. většímu důrazu na práci se vzorci a funkcemi v excelu. Při omezeném rozsahu základního kursu informatiky je zřejmě třeba dát přednost takovému pojetí výuky, kdy student lépe pochopí a procvičí si menší rozsah látky, před povrchním nebo pasivním probráním všech modulů. Které moduly bychom tedy mohli v základním kursu postrádat? Na technických VŠ by asi bylo vhodné přesunout do dalších, volitelných předmětů moduly Databáze (Microsoft Access) a Prezentace (Microsoft Powerpoint). Databáze sice představují aplikaci, která se nejvíce používá, ovšem převážně tak, že úředníci vyplňují předem připravené formuláře. Diskutabilnější je vyřazení Prezentace, modulu, jehož nízká znalost brání našim absolventům ve větším prosazování sebe a svých výsledků.

Jedním z hlavních argumentů odpůrců výuky programovacích jazyků je skutečnost, že v současné době jen velmi malá část absolventů vysokých technických škol v praxi programuje. Cílem studia však není naučit se přesně to, co bude absolvent používat, ale rozvinout jeho schopnosti. To bychom mohli vyškrtnout téměř celou výuku matematiky (vždyť kdo se v praxi setká s křivkovým integrálem), která je přitom tak důležitá pro vývoj logického a exaktního myšlení. Naopak bychom měli do výuky zařadit řešení problémů, se kterými se absolvent VŠ po nástupu do provozu setká nejčastěji: na záchodě buď voda neteče vůbec, nebo jí teče moc (nefunguje správně automatický uzávěr), nebo co dělat, když do směny nenastoupí třetina osazenstva atd.

Je tedy třeba jasně říci, že cílem výuky předmětu základního studia by nebylo připravit hotového programátora. Tak jako student po absolvování základního předmětu analytická chemie ještě není analytikem apod. Po absolvování základního předmětu student sice je schopen vytvářet vlastní programy pro řešení jednodušších úloh převážně numerického charakteru, ale měl by také získat přehled o vlastnostech a možnostech moderních softwarových produktů a zejména by měl být schopen samostatně dál rozvíjet získané poznatky a dovednosti a komunikovat se specialisty.

Nejpříznivější situace nastane, až studenti získají znalosti na úrovni osnov ECDL na středních školách. Do té doby se nabízejí různá kompromisní řešení, která mohou přenechat doplnění středoškolských znalostí ve snažších částech samostatnému studiu (Word, elektronická pošta) a kombinovat výuku práce s informacemi s výukou algoritmizace.

Závěr

V dnešní soutěživé ekonomice globalizovaného světa roste význam vzdělání. Ovšem nikoliv jakéhokoliv. Jeho významnou součástí musí být rozvíjení schopnosti predevším mladé generace tvořivě řešit problémy. K tomu může podle našeho názoru významně přispět výuka algoritmizace, včetně realizace algoritmů v programovacím jazyku. Naproti tomu mnoho škol při vytváření osnov základních kursů informatiky vychází z osnov ECDL. Probíhající restrukturalizace studia na technických vysokých školách, tj. zavádění třístupňového studia (bakalářský, magisterský a doktorský stupeň), poskytuje příležitost i k zásadnějším změnám zaměření výuky informatiky. Měli bychom se proto zamyslet nad současnými osnovami základních kursů v tomto oboru a zvážit jejich úpravy. Rádi bychom k tomuto tématu vyvolali diskusi. Vyzýváme proto zájemce o zasílání názorů na tuto problematiku na adresu autora. Nejzajímavější názory a závěry z diskuse by bylo, po dohodě s redakcí časopisu Automa, možné opět zveřejnit.

Poděkování

V této práci je využito výsledků vědeckého výzkumu podporovaného projektem MŠMT ČR (výzkumným záměrem) MSM 223400007.

Zdroje z internetu:

[1] Prezentace na webových stránkách http://www.ecdl.cz a http://www.ecdl.com

doc. Ing. Jaroslav Poživil, CSc.
(jaroslav.pozivil@vscht.cz)

Autor působí jako vysokoškolský učitel v ústavu počítačové a řídicí techniky VŠCHT v Praze, kde vede výzkumnou skupinu Modelování a řízení vsádkových procesů. Dlouhodobě se zabývá aplikacemi výpočetní techniky při modelování, simulaci, optimalizaci a řízení chemických výrobních procesů. Je pověřen metodickým řízením výuky předmětu výpočetní technika na VŠCHT.

Inzerce zpět