Elektrotechnika sa ako samostatná vedná disciplína, ktorá skúma energiu, elektrické javy a vlastnosti, začala formovať v 19. storočí. K jej rozvoju prispelo objavenie elektrického prúdu, elektrotechnických zákonov a prvých elektrotechnických zariadení. Elektrotechnika dnes súčasne predstavuje jedno z kľúčových odvetví techniky, zaoberajúce sa výrobou, rozvodom a spotrebou elektrickej energie, ako aj zariadeniami používanými na tieto účely, ktoré sa široko uplatňujú v mnohých oblastiach ľudskej činnosti. Význam všetkých odborov elektrotechniky, využívajúcich progresívne technológie súčasnosti z hľadiska priameho vplyvu na zvyšovanie kvality života, na symbiózu techniky a prírody v podobe alternatívnych zdrojov energie či ekologických prvkov v doprave, na vývoj „smart“ miest a sietí, na znižovanie dosahu technickej produkcie človeka na životné prostredie, na rozvoj možností komunikácie a prenosu signálov, na zvyšovanie osobnej bezpečnosti, na možnosť uplatnenia sa v bežnom živote hendikepovaných spoluobčanov, atď. neustále narastá.

Z tohto dôvodu má prax mimoriadne veľký záujem o vysokokvalifikovaných absolventov elektrotechnických odborov schopných plnohodnotne sa po ukončení štúdia čo najrýchlejšie zaradiť do výrobného a vývojového procesu v špičkových firmách a na výskumných pracoviskách. Príprava takýchto absolventov tkvie v kvalite technického vzdelávania mladej generácie. Musíme vziať do úvahy ďalšiu dôležitú skutočnosť, že dnes na univerzitách študuje nová generácia študentov, tzv. digitálni domorodci (Digital Natives, podľa Prensky, 2001). Títo študenti narodení po roku 1982, často označovaní aj ako deti milénia (Millennials), generácia Y, Net generácia, digitálna generácia alebo iGenerácia, vyrástli vo svete nových informačno-komunikačných technológií (IKT). Títo študenti očakávajú vo vzdelávaní prístup k rovnakým technológiám, ako majú teraz na iné účely – k počítačom, internetu, internetovým aplikáciám, sociálnym sieťam, webu 2.0, mobilným telefónom, tabletom, videohrám… Majú záujem o pripojenie, uprednostňujú interakciu pred pasivitou. Sú dennodenne v online kontakte s desiatkami svojich rovesníkov. Majú prístup k nesmiernemu množstvu informácií od špičkových prednášok profesorov na prestížnych univerzitách cez pútavé poznávacie dokumenty až po úplný balast a brak.

Moderné informačné technológie, ktoré formujú túto mladú generáciu, súčasne otvorili veľa nových možností aj v oblasti vzdelávania. Multimediálne či kooperatívne vzdelávanie, vzdialené a virtuálne laboratóriá, mobilné vzdelávanie, mikrovzdelávanie, študijné podpory s vnútornou inteligenciou (Hrbáček, 2011), 3D virtuálne svety, MOOC (Massive Open Online Course), simulácie a edukačné hry sa postupne stávajú bežnou súčasťou dnešného vzdelávania. Tieto možnosti sa môžu vzájomne prelínať a dopĺňať, čím vzniká nová kvalita, ktorá umožňuje efektívnejšie dosahovať vytýčené ciele v edukačnom procese. Toto počítačom podporované vzdelávanie, často nazývané súhrnným pojmom e-learning, sa stáva veľmi obľúbenou formou vzdelávania, pričom má potenciál byť vynikajúcim nástrojom nielen na transfer znalostí, výsledkov výskumu a najnovších poznatkov do vzdelávacieho procesu, ale tiež nástrojom na zvýšenie záujmu mladých ľudí o vybranú oblasť výskumu a vývoja.

Samozrejme stále treba mať na pamäti, že virtuálny svet a teoretické vedomosti bez schopnosti aplikovať ich v praxi nestačia. Vzdelávanie na všetkých úrovniach treba veľmi úzko prepojiť s praktickými znalosťami a zručnosťami.

V tomto príspevku sú prezentované naše praktické skúsenosti získané v rámci odbornej prípravy profesionálov v odboroch elektrotechniky vo výučbe a popularizácii vedy a techniky s podporou informačných technológií od roku 2004. Pozornosť je zameraná na pôvodné e-learningové projekty dostupné na vzdelávacích portáloch eLearn central.

Výzvy vo výučbe elektrotechnických odborov

Pri uvádzaní výziev vo výučbe elektrotechnických odborov môžeme vychádzať z problémov, s ktorými zápasí technické vzdelávanie ako celok. Klesá záujem mladých ľudí o štúdium techniky a prírodných vied. Je celosvetovým trendom, že používanie „technických prostriedkov“ sa považuje síce za veľmi zaujímavé a zábavné, ale štúdium technických odborov je pre mladých všeobecne neatraktívne. Spoločenská prestíž technických a remeselných odborov je na Slovensku nízka, financovanie školstva mimoriadne poddimenzované a súčasne veľký počet špičkových študentov odchádza na zahraničné vysoké školy.

Dochádza k výraznému zníženiu počtu žiakov z technických stredných škôl v dôsledku rozšírenia viacročných gymnázií (orientácia žiakov primárne na humanitné smery štúdia). To však spôsobuje aj pokles úrovne znalostí žiakov – v triedach, kde je väčší počet nadanejších žiakov, sú aj celkové znalosti priemerných a slabších žiakov vyššie. Vďaka tomu dochádza k celkovému zníženiu úrovne vedomostí a zručností absolventov základných škôl a následne aj úrovne technických stredných škôl.

Štúdium elektrotechnických odborov je v povedomí verejnosti zaradené medzi náročnejšie, vyžadujúce dobré základy matematiky a fyziky, teda predmetov postavených na logických súvislostiach a abstraktnom myslení. Úroveň znalostí v matematike a fyzike sa neustále znižuje. Na tomto sa spolu s menšou dotáciou hodín výučby podieľa zrušenie povinných maturít z matematiky, nedostatok mladých fundovaných pedagógov týchto predmetov a takmer úplné potlačenie technickej výchovy na základných a stredných školách.

Už niekoľko rokov čelíme poklesu demografickej krivky, následkom čoho vysoké školy zápasia s úbytkom počtu študentov. Súčasne sa zvyšuje počet študentov, ktorí neukončia štúdium na technických vysokých školách. Pre študentov z odborných škôl je matematika a fyzika na vysokej škole často neprekonateľným problémom. Na druhej strane študenti z gymnázií majú veľmi nízku úroveň odborných znalostí a zlú predstavu o náplni štúdia. Ak náplň nespĺňa ich predstavy, študenti zvyčajne strácajú o štúdium záujem.

Rozvoj vedy a techniky v 21. storočí má priamy vplyv na vzdelávanie. Vo vysokoškolskom vzdelávaní sa naplno prejavuje boom informácií. Kým objem poznatkov narastá, kapacita a časové harmonogramy výučby nie. Medzi pokrokom v praxi a vzdelávaním je obrovská medzera, ktorá sa neustále prehlbuje. Učebnice a skriptá veľmi rýchlo zastarávajú a ich obsah nezodpovedá súčasným požiadavkám. Univerzity sú konfrontované s veľkými rozdielmi vo vedomostiach prijatých uchádzačov, čo najviac pociťujú odborné predmety. Našimi študentmi sú digitálni domorodci, mladí ľudia vyrastajúci obklopení technológiami, ktoré stierajú hranicu medzi realitou a vedeckou fikciou.

Našou základnou úlohou a súčasne najväčšou výzvou je viesť študentov tak, aby boli schopní kriticky myslieť, aby boli vysoko adaptabilní a flexibilní, podporovať v nich individualitu a tvorivosť, ako aj schopnosť efektívne pracovať v tíme. Veľmi dôležitou úlohou je pôsobiť na nich tak, aby sa posilnila ich vnútorná motivácia získavať nové znalosti a zručnosti. Napriek tomu, že našou hlavnou oblasťou je vysokoškolské vzdelávanie, musíme sa venovať aj otázkam základného a stredoškolského vzdelávania, ako aj popularizácii vedy a techniky medzi deťmi a širokou verejnosťou. Základné a stredné školy sú našimi partnermi pri napĺňaní nášho spoločného cieľa – výchovy profesionálov v oblasti elektrotechniky pre budúcnosť. Deti, ktoré dnes chodia do škôl, by mali byť v roku 2034 zamestnávané ako vysoko kvalifikovaní odborníci. Vďaka čoraz rýchlejšiemu rozvoju vedy a techniky nie je možné teraz presne odhadnúť ich potrebné znalosti a zručnosti pre úspešný nástup a zapojenie sa do praxe. Keďže nemôžeme predvídať budúcnosť, je nutné udržiavať teoretické aj praktické vedomosti absolventov na najvyššej možnej úrovni a svoju výučbu neustále aktualizovať tak, aby absolventi odchádzajúci do praxe boli čo najlepšie na tento prechod pripravení.

Riešenia vo výučbe elektrotechniky

Niektoré z uvedených výziev možno riešiť efektívnym uplatňovaním IKT vo vzdelávacom procese spolu s novými pedagogickými prístupmi (Stuchlíková, 2016). Jednou z veľmi zaujímavých možností je práve e-learning. Elektronické vzdelávanie má obrovský potenciál stať sa zdrojom motivácie a tvorivosti aj nositeľom poznania a treba s ním v budúcnosti počítať ako s partnerom v celom vzdelávacom procese od prvých krokov života cez základné a stredné školy až po univerzity, pričom nás bude sprevádzať aj v rámci celoživotného vzdelávania.

Našou odpoveďou vo výučbe elektrotechniky bolo vytvorenie alternatívnych zdrojov informácií – vzdelávacích portálov eLearn central na vzdelávacej platforme MOODLE, ktoré majú za úlohu poskytovať našim študentom interaktívne vzdelávacie materiály, kurzy a projekty ako podporu k štandardnej face-to-face výučbe. Na začiatku vývoja podporných interaktívnych e-learningových materiálov sme sa zamerali na skvalitnenie výučby predmetu elektronické prvky a obvody. Tento predmet sa zaoberá základnými princípmi činnosti a elektrickými vlastnosťami elektronických prvkov a obvodov. Dôraz sa kladie na diódy, tranzistory, operačné zosilňovače a číslicové obvody. Tento predmet sa od roku 2006 vyučuje vo forme štandardných prednášok spolu s tradičnými praktickými laboratórnymi cvičeniami a komplexnou e-learningovou podporou, pričom obsah je neustále optimalizovaný a aktualizovaný. Študenti majú k dispozícii aj skriptá v tlačenej forme a návody na cvičenia vo forme pracovných listov vo formáte pdf. Veľký dôraz sa kladie na praktické laboratórne cvičenia tohto predmetu, ktoré umožňujú študentom získať praktické zručnosti v zapájaní obvodov a overiť si získané znalosti meraním elektrických závislostí elektronických prvkov a obvodov. Komplexná e-learningová podpora pozostáva zo štandardného interaktívneho www kurzu elektronické prvky a obvody a informačného www kurzu elektronické prvky a obvody – návody na cvičenia (obr. 1 a 2).

Interaktívny kurz elektronické prvky a obvody sprístupňuje používateľom základné pojmy a fyzikálne princípy týkajúce sa elektronických prvkov a obvodov. Má 10 lekcií a je voľne dostupný na portáli eLearn central open (http://uef.fei.stuba.sk/moodleopen). Lekcie sú doplnené jedným alebo dvoma typmi testov (ak má študent záujem riešiť testy, musí sa na portáli zaregistrovať, aby bolo možné ukladať jeho dosiahnuté výsledky). Nechýba ani slovník pojmov.

Súčasťou kurzu sú pôvodné interaktívne animácie umiestnené aj v kurze interaktívne animácie v elektronike (obr. 3 a 4), dostupnom na portáloch eLearn central bez registrácie. Tieto animácie boli vytvorené s cieľom, aby mal študent možnosť hravou intuitívnou formou dopracovať sa jednak k podstate vnútorných fyzikálnych javov v elektronických prvkoch, jednak k princípom činnosti elektronických obvodov. Zastúpené sú pasívne prvky, diódy, tranzistory, príklad výroby prvkov planárnou technológiou, NAND TTL, CMOS, zobrazovacie prvky atď. Interaktívne animácie sa využívajú vo všetkých vyvíjaných kurzoch na portáloch eLearn central, ktoré s animovanou problematikou súvisia.

Kurz elektronické prvky a obvody – návody na cvičenia je určený len pre študentov 2. ročníka bakalárskeho štúdia. Má týždenný formát podľa týždňov v semestri. Zahŕňa informácie o predmete a podmienkach jeho úspešného absolvovania, prednášky v pdf formáte, pracovné listy a materiály na cvičenia, okruh otázok na skúšku, diskusné fóra, testy a oznamy (obr. 1 a 2). Z výsledkov študentov a spätnej väzby od nich vyplýva, že sa nám tento spôsob (prednášky + praktické cvičenia preferujúce experimentálnu prácu študentov v dvojiciach + komplexná e-learningová podpora) osvedčil ako možnosť rastu motivácie študentov, ale aj ako účinný nástroj zvyšovania kvality technického vzdelávania.

Naše skúsenosti sme úspešne využili a naďalej využívame pri vývoji e-learningovej podpory študentov v ďalších predmetoch, individuálnych a tímových projektoch, ale aj pri tvorbe e-learningových materiálov určených širokej cieľovej skupine: bakalárom, žiakom základných a stredných škôl a laickej verejnosti v rámci popularizácie vedy a techniky. Príkladom takýchto projektov je offline odborná interaktívna monografia na DVD Tajomný svet energie (Janíček a kol., 2014) a online e-learningový projekt Energetický slovník.

Projekt Tajomný svet energie (obr. 5) je našou reakciou na potrebu vytvorenia environpovedomia medzi deťmi a mládežou v oblasti energetiky. Snaží sa prispieť k popularizácii tém, ako sú zdroje, výroba a prenos energie, negatívny vplyv na životné prostredie či možnosti vplyvu jednotlivcov na zlepšenie situácie, napr. šetrenie energiou. Tajomný svet energie je rozdelený na piatich častí, pričom tri časti sú určené predovšetkým pre študentov stredných škôl a bakalárov (Zdroje energie, Premena energie a Energetický slovník) a dve časti pre žiakov základných škôl (Prečo môže byť každý elektráreň a Hry o svete energie). Súčasť tejto monografie, Energetický slovník s viac ako 750 termínmi, je voľne k dispozícii aj v online verzii na portáli eLearn central open (http://uef.fei.stuba.sk/moodleopen). Ambíciou autorov bolo vytvoriť slovník s rozsiahlou databázou pojmov z oblasti energetiky a pokryť najčastejšie termíny tvorby, prenosu, spotreby a cien energie. To všetko s cieľom pomôcť deťom, mládeži a širokej verejnosti objasniť niektoré otázky z oblasti energetiky, poskytnúť im odpovede a pritiahnuť ich záujem.

Záver

Elektrotechnika sa aktívne podieľa na zlepšovaní pracovných podmienok človeka a zvyšovaní produktivity práce ako základných prostriedkov rastu hospodárskeho, sociálneho a kultúrneho života ľudí. Z toho vyplýva záujem praxe o vysokokvalifikovaných absolventov elektrotechnických odborov. Pripraviť takýchto absolventov znamená zabezpečiť vysokú kvalitu vzdelávania mladej generácie – digitálnych domorodcov. Práca s týmito mladými ľuďmi vyžaduje implementáciu moderných a efektívnych spôsobov vzdelávania spojených s praktickými znalosťami a zručnosťami a s vysokou motiváciou študentov podporených IKT.

V tomto príspevku sú uvedené príklady pôvodných interaktívnych e-learningových projektov dostupných na dvoch portáloch eLearn central http://uef.fei.stuba.sk/moodle/ a http://uef.fei.stuba.sk/moodleopen/. Portály eLearn central sú od roku 2004 využívané ako podpora štandardnej face-to-face výučby na STU v Bratislave a od roku 2009 aj v rámci popularizácie vedy a techniky medzi deťmi, mládežou a laickou verejnosťou. Nami vytvorené interaktívne online/offline projekty sú plné interaktivity, multimediálnych prvkov, animácií, ilustrácií, testov a diskusných fór. Pri tvorbe popularizačných e-learningových projektov uprednostňujeme použitie názorných schém a vtipných obrázkov demonštrujúcich základné vlastnosti pred zložitým vysvetľovaním. Na základe spätnej väzby od žiakov a študentov môžeme jednoznačne potvrdiť, že e-learning je vynikajúcim nástrojom na transfer znalostí, výsledkov výskumu a najnovších poznatkov do vzdelávacieho procesu, ale aj efektívnym podporným nástrojom na zvýšenie záujmu mladých ľudí o vedu a techniku.

Poďakovanie
Tento príspevok bol financovaný Grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR, projekt KEGA 020STU-4/2015 Interaktívne formy podpory v edukačnom procese technickej výchovy na základných a stredných školách a Slovenskou agentúrou pre výskum a vývoj, projekt APVV-15-0326 Smart mestá a ich inteligentná energetická chrbtica.

Literatúra

[1] HRBÁČEK, J. 2011. Study supports with internal intelligence. In: Technology of education. Science teacher magazine, Nitra, Slovakia, SLOVDIDAC, vol. 19, no. 2, pp. 11 – 17. ISSN 1335 -003X.

[2] JANÍČEK, F. – STUCHLÍKOVÁ, Ľ. – FARKAS SMITKOVÁ, M. – HOLJENČÍK, J. – CERMAN, A. – ZUŠČAK, J. – HALÁN, I. 2014. Tajomný svet energie. Bratislava: Nakladateľstvo STU. ISBN 978-80-227-4281-8.

[3] PRENSKY, M. 2001. Digital Natives, Digital Immigrants. [online]. In: On the Horizon, MCB University Press, Vol. 9, No. 5, Bradford, West Yorkshire, UK. Citované 6. 6. 2017. Dostupné na: 6 screens. http://www.marcprensky.com/writing/Prensky%20-%20Digital%20Natives,%20Digital%20Immigrants%20-%20Part1.pdf.

[4] STUCHLÍKOVÁ, Ľ. 2016. Challenges of education in the 21st century. In: ICETA 2016, 14th IEEE International conference on emerging elearning technologies and application, Starý Smokovec, Slovakia. November 24 – 25, 2016. Danvers: IEEE, pp. 335 – 340. ISBN 978-1-5090-4701-7.

   

prof. Ing. Ľubica Stuchlíková, PhD.
lubica.stuchlikova@stuba.sk

prof. Ing. František Janíček, PhD.
frantisek.janicek@stuba.sk

Ing. Peter Benko, PhD.
peter_benko@stuba.sk

Slovenská technická univerzita v Bratislave
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Ilkovičova 3, 812 19 Bratislava

   

doc. Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D. 
hrbacek@ped.muni.cz

Masarykova Univerzita, Pedagogická fakulta
Katedra technické a informační výchovy
Poříčí 623/7, 603 00 Brno