Evidence učebních plánů a prospěchu, automatická tvorba seznamu přednášek i rozvrhu hodin

Vladimír Šmíd

 
 

Na brněnské Univerzitě J. E. Purkyně jsme úspěšně získali některé zkušenosti z praktické realizace jedné z oblastí AIŘS. V podstatě jde o relativně ucelený podsystém zahrnující evidenci procesu výuky a do jisté míry i jeho řízení. Tento podsystém obsahuje evidenci učebních plánů, evidenci prospěchu, stipendijní agendu, automatickou tvorbu seznamu přednášek i rozvrhu hodin. Systém je implementován na počítači EC 1033 v OS 4.1. Úzce navazuje na ostatní části systému jako je osobní evidence studentů a personální evidence. Naopak je možné jej rozšířit postupně o další oblasti, jako je sledování kvality výukového procesu, vytíženosti učitelů a učeben apod.

Nejprve krátce k základnímu matričnímu souboru podsystému. Jde o soubor učebních plánů uložený jako indexsekvenční soubor o délce vědy 110 B. Větou v souboru je jeden studijní předmět a klíčem je sedmimístná položka, kde první cifra znamená ročník studia, pátá cifra je kontrolní a poslední dvě znamenají rok platnosti učebního plánu. Věta obsahuje název předmětu, vědní obor, postavení v učebním plánu, povinnost předmětu a ve dvou semestrech a dvou formách výuky zabezpečující katedru, způsob a typ výuky, počet hodin v týdnu (respektive dnů či týdnů celkem), způsob ukončení a několik dalších informací. Věta identifikuje předmět v jednom ročníku (přičemž stejný předmět, přesahující hranici ročníku, je veden několikrát obecně pod různými čísly), a to takový, který se v jedné z forem výuky vyučuje současně pro všechny přidělené studijní obory. Toto přidělení se realizuje pomocí osmibytové identifikace (studijní obor, zaměření a varianta učebního plánu, což umožňuje vytvořit nejrozmanitější kombinace). Nabízí se zde námitka, proč si takto komplikujeme situaci a nevedeme učební plány pro každý obor zvlášť.

Důvody jsou vlastně tři:

Samozřejmě za to platíme daň v podobě značně ztížené přímé návaznosti na celostátní učební plány za současného stavu, kdy jednotlivé předměty v nich nejsou jednoznačně identifikovány číslem vědního oboru a pořadím v něm.

Pro další práci s tímto souborem je vytvořena převodní tabulka učebních plánů (indexsekvenční soubor o délce věty 100 B), která každému oboru, respektive kombinaci, přiřadí všechny číselné kombinace identifikující příslušné předměty. Takto se pak vytvářejí úplné učební plány pro každý obor, jeho zaměření, respektive kombinaci aprobačních předmětů se všemi studijními povinnostmi v daném roce. Tyto úplné učení plány jsou vedeny opět jako indexsekvenční soubor o délce věty 3460 B s klíčem o 13 B, kde jsou v opakujících se položkách uvedeny informace o všech předmětech.

Z tohoto souboru pak přímo vychází evidence prospěchu. Podle osobní evidence se každému studentu najde jeho učební plán a na daný semestr založí povinnosti zkoušek a zápočtů do tzv. prospěchového souboru. Z něho jsou vytvořeny zkouškové a zápočtové archy pro katedry a zároveň je celý soubor přenesen na diskety. Výsledky zkoušek a zápočtů zaznamenávají studijní referentky na disketových pracovištích CONSUL 2713–14 pomocí uživatelských postupů systému SIRAEL (vznikl na ÚVT UJEP). Z disket je pak zpětně aktualizován základní prospěchový soubor, který je podkladem pro přehled o plnění studijních povinností, tisk vysvědčení, uzavírání ročníku, úpravy v osobní evidenci, následně pro stanovení částky prospěchového stipendia, a rovněž jsou tyto výsledky archivovány pro použití při uzavírání studia.

Aktualizace základního matričního souboru učebních plánů se provádí každý rok cca v březnu na následující školní rok. Opět zde využíváme disketových zařízení na děkanátech fakult. Postup je následující:
 Nejprve vytvoříme tabulku učebních plánů pro daný školní rok, všechny aktuální věty souboru učebních plánů přepíšeme s rokem platnosti o jeden vyšším. Věty s identifikací odpovídající tabulce se pak setříděné podle klíče převedou na diskety, kde je možno zpracovat je systémem SIRAEL (prohlížet, měnit, doplňovat nové věty, a to jak sekvenčně, tak přímo podle klíče, což značně urychluje celou práci). Zároveň jsou vytvořeny sestavy předmětů vyučovaných jednotlivými katedrami (aktualizují se na katedrách) i sestavy po studijních oborech (aktualizují se na studijních odděleních), což umožňuje aktualizaci každého předmětu zvlášť i zásahy do učebního plánu jako celku. Podle souborů z disket lze pak aktualizovat základní soubor učebních plánů na počítači. Bez významu zde není ani to, že kvalita a úplnost učebních plánů jsou plně v kompetenci jednotlivých fakult a jejich odpovědných pracovníků.

V roce 1986–87 jsme tohoto postupu využili i pro automatizovanou tvorbu seznamu přednášek. Nebyl to první pokus tohoto druhu, jenomže předchozí zpracování v roce 1984 narazilo na některé tradicionalistické přístupy i jisté nesrozumitelnosti výsledného seznamu přednášek při absenci diakritických znamének. Proto jsme aktualizační postup na disketách doplnili o přepsání názvů předmětů v malých a velkých písmenech s háčky a čárkami a o jména učitelů psaná stejným způsobem. V této podobě byly věty souboru učebních plánů přeneseny i do paměti počítače a jsou tam nadále takto vedeny. (Pro přímý tisk na tiskárně počítače byl operační systém rozšířen o převodní tiskový program, který převádí tyto znaky na znaky interpretovatelné.) Z takto vytvořených souborů učebních plánů vzniká soubor úplných učebních plánů pro jednotlivé obory a z nich pak tisková sestava, která je přenesena zpět na diskety. Systém SIRAEL umožňuje tisk na bodové tiskárně a ten splňuje veškeré požadavky. Takto vytištěný text je použit jako matrice pro vlastní tisk seznamu přednášek v tiskárně fotografickou cestou.

Zároveň s předmětovou částí jsme obdobným způsobem vyřešili i textovou část seznamu přednášek. Pomocí jiného systému (TYPE – simulace psacího stroje) jsou na zařízeních CONSUL napsány všechny ostatní textové strany seznamu přednášek a vytištěny stejnou bodovou tiskárnou jako část předmětová. Navíc systém TYPE umožňuje vkládání a vypouštění znaků, řádků i stránek a záznam na diskety. To znamená, že tato část se napíše pouze jednou pro vždy a příští rok se do ní provedou pouze opravy za podstatně kratší čas. Úspora času i práce je skutečně značná, když uvážíme, že seznamy přednášek na našich fakultách dosahují až 250 stran, z čehož minimálně 50 stran je text a zbytek předmětová část. (V minulosti se před každým vydáním tento celý text opisoval na klasickém psacím stroji díky korekturám třikrát!) Zároveň se celý seznam přednášek stal přehlednější a srozumitelnější, protože se skládá z úplných učebních plánů příslušných studijních skupin (dříve byly společný základ i jednotlivé aprobační předměty a zaměření zvlášť a znesnadňovaly orientaci). Nelze přehlédnout, že nyní existuje pouze jediná evidence studijních předmětů (dříve byly „ruční seznam přednášek“ a soubor učebních plánů zvlášť a mohlo mezi nimi docházet ke kolizím) a podstatně se tak omezila možnost chyb. Rovněž dosáhneme značné úspory papíru tím, že celý seznam přednášek vydáme jen v omezeném (reprezentačním) rozsahu a pro jednotlivé studenty bude vydána pouze textová část, do níž se listy s učebním plánem oboru, respektive kombinace, vloží jako příloha. (Na některých fakultách jde o méně než 1/3 původního rozsahu.)

Závěrem k tomu je nutné poznamenat, že v roce 1986–87 jsme uvedený postup realizovali na čtyřech z pěti fakult, a i přesto, že šlo o zavádění celé věci, zaznamenali jsme reálnou úsporu pracnosti. Celá výhodnost byla ještě znásobena tím, že nové učební plány byly známy až v červenci 1986 a bylo třeba ve velmi krátkém termínu opravit soubory učebních plánů do reálného stavu, respektive připravit dodatky k seznamu přednášek což by klasickým způsobem znamenalo značné komplikace.

A závěrem k zatím poslední agendě podsystému – zpracování rozvrhů.
 
Vývoj AIŘS u nás v této etapě logicky dospěl k realizaci tohoto úkolu. Nicméně jsme si byli vědomi souvisejících komplikací. Proto jsme z dostupných možností vybrali systém, vytvořený a aplikovaný na VŠChT v Pardubicích, a díky ochotě autorů doc. RNDr. Josefa Čermáka, CSc., a Ing. Evy Stanovské jsme jej převzali. Vedení UJEP podpořilo vznik KRB k vyřešení celé problematiky a výsledkem byl požadavek pokusit se o zavedení automatizovaného zpracování rozvrhu na dvou fakultách již pro zimní semestr 1986/887.

K vlastnímu programovému systému jsme připravili sérii programů, které podstatně zjednodušují přípravu vstupních dat a využívají existence jednotlivých souborů AIŘS Student. Seznam kateder jsme tak vybrali z číselníku, seznam studijních skupin i s jejich počty z osobní evidence, seznam pedagogů z personální evidence. Soubor vlastních požadavků na rozvrh vychází ze souboru učebních plánů příslušné fakulty. Z něho jsou vybrány předměty s týdenní výukou pro určený semestr a podle forem jejich výuky jsou namnoženy požadavky pro celky, respektive pro studijní skupiny. Tyto soubory byly převedeny na diskety ke zpracování postupy systému SIRAEL na disketových pracovištích. Souběžně s tím byly zpracovány tiskové sestavy pro katedry. Šlo o seznamy učitelů (k doplnění požadavků na zakázané hodiny) a soupis předmětů vyučovaných katedrou, kam katedry doplnily rozdělení hodin v týdnu, jména učitelů, názvy učeben, respektive znaky jejich typů, navržené termíny výuky, respektive přesné nasazení požadavků. Vlastní soubor požadavků (na disketách jako setříděný soubor) i konstantní data byly pak podle požadavků kateder aktualizovány a připraveny pro vlastní výpočet. Vzhledem k tomu, že ve vlastních sestavujících programech existují dva optimalizační body – při sestavování priorit požadavků a při konkrétním nasazení do rozvrhu, byly pro každou z fakult jejich koeficienty upraveny zvlášť podle požadavků (důraz na souvislost výuky, využití poslucháren, směrování výuky do určité denní doby či týdne apod.). Oproti originálu jsme poněkud pozměnili výstupní tiskové sestavy tak, že nyní existují rozvrhy pro studijní skupiny, katedry, jednotlivé učitele, učebny a denní přehledy výuky v učebnách a studijních skupinách.

 Vlastní sestavení rozvrhu lze označit za kombinaci ručního a automatizovaného zpracování. Jak známo, optimální algoritmus na sestavení rozvrhu v reálném čase a paměti nelze najít. Ani v tomto heuristickém přístupu se nelze obejít bez stanovení přesných požadavků (přesnějších, než při ručním zpracování), stanovení priorit při jejich uspokojování i nasazení omezené části výuky, která z nejrůznějších technických příčin musí probíhat v jediném určeném termínu. Nutno přiznat, že se našli funkcionáři, kteří se vážně domnívali, že rozvrh se sestaví téměř bez vstupních dat, bude uspokojovat jejich tradiční požadavky, sestaví jim rozvrh podle jejich intuitivních přání – a někteří z nich dokonce chápali jakýkoliv ruční zásah před i po vlastním sestavení jako podvod, protože „to už pak není automatizované zpracování“. Zřejmě však jde o to, aby člověk stanovil strategii i směry v jednotlivých rozhodovacích bodech a počítač za něj provedl rutinní práci (v praxi šlo o 80 – 95 % automatizovaně zařazovaných požadavků).

Výpočet proběhl na dvou fakultách s diametrálně odlišnými podmínkami – právnické a přírodovědecké fakultě UJEP. Pro srovnání některé vstupní podmínky a parametry výpočtu:
 

Ukazatel
PrF
PřF
Počet studijních skupin
38
120
Počet pedagogů 
85
345
Počet požadavků
356
1382
Rozsah operační paměti (kB)
180
250
Doba vlastního sestavení (min)
45
160
Celková doba výpočtu (min)
cca 75
cca 250

Kromě toho má právnická fakulta stejně velké studijní skupiny, učebny v zásadě téhož určení a učitele, kteří jsou v rámci svých kateder do jisté míry zastupitelní. Naopak na přírodovědecké fakultě jsou skupiny od čtyř do dvaceti pěti posluchačů, na specializovanou výuku dělené až na pět částí, většina poslucháren je specializovaných (respektive je lze rozdělit na vhodné, méně vhodné a zcela nevhodné), existuje zde značně variabilní spojování skupin do učebních celků, značná specializace učitelů a navíc integrovaná výuka (společná výuka pro stejné aprobační předměty na filozofické, pedagogické a přírodovědecké fakultě), která předpokládá alespoň částečně do celého procesu přibrat i ostatní fakulty.

Mezi přípravou dat pro obě fakulty nebyl zásadní rozdíl s výjimkou jejich rozsahu – obtíže s tím spojené byly plně řešeny automatizovanou přípravou dat. Jediná komplikace se projevila v dělené výuce. V současné době jsme byli nuceni tyto případy řešit zmnožením výuky pro celou skupinu, což však má zřejmé nevýhody. Řešení do budoucna vidíme v rozdělení skupin na dvě části ještě před přípravou dat a jejich sběrem, přičemž integrace je pak mnohem snazší než dezintegrace.

V obou případech nebyl počítač schopen zařadit necelá tři procenta všech požadavků (především pro kolize zakázaných hodin učitelů v souvislosti s nasazenou výukou skupin). To se pak řešilo individuálními zásahy do vstupních podmínek, výměnami výuky apod., vesměs však jako zásahy do sestaveného rozvrhu editačním programem (data pro změny opět zadávána prostřednictvím CONSULů a disket).

Podle našich zkušeností existuje jedna opravdu reálná nevýhoda tohoto systému zpracování: při sestavování rozvrhu systém nebere ohled na učitele, pokud jde o souvislost výuky. V praxi se tak v několika individuálních případech stalo, že učitel obdržel rozvrh hraničící s pracovně právními předpisy. V této době je to problém řešitelný pouze v omezené míře, ale mohl by to být směr pro další rozvoj systému.

Při této příležitosti musím ocenit univerzálnost celého řešení, kdy autoři mysleli daleko šíře, než pro podmínky své školy potřebovali. Mnohé z těchto možností jsme s úspěchem využili. Naopak podmínky UJEP přinesly další ještě neřešené požadavky jako „vážení“ náročnosti jednotlivých předmětů pro omezení maximálního denního počtu hodin s ohledem na tyto váhy; dále šlo o to, blokovat hodiny v učebně před přednáškou na přípravu pokusů, ale nezablokovat ji současně i studentům, jednotlivé předměty přiřazovat více učitelům než dvěma a naopak jiné nepřiřazovat konkrétním učitelům vůbec (ponechat je k rozdělení na katedrách) apod. Nicméně nyní lze tyto požadavky v omezené míře řešit dodatečnou ruční úpravou s tím, že tyto úpravy nepřesáhnou jistou rozumnou mez. Velmi důležitým aspektem tohoto systému je uživatelská zručnost a schopnost správného přizpůsobení dat pro vstup do něho. Podstatné je, aby se nejen programátoři, ale zejména ostatní přímí uživatelé – funkcionáři kateder, rozvrhová komise aj. – naučili se systémem zacházet a uměli využít jeho stávajících možností.
 
 

Resumé
Stať pojednává o řešení a realizaci podsystému ASŘ školství zahrnujícího evidenci učebních plánů, evidenci prospěchu, agendu stipendií, tvorbu seznamu přednášek i rozvrhu hodin. Úlohy jsou realizovány na počítači EC 1033 v OS 4.1. Navazují na osobní evidenci studentů a všeobecnou osobní agendu. Řešení umožňuje další rozšíření a návaznosti. Plné uplatnění subsystému, který je zde vhodně informativně charakterizován, vyžaduje další jeho rozvoj podle požadavků uživatelů a zejména pak aktivní přístup k němu.
 

Summary
The contribution deals with the solution and realization of the subsystem of the Computer-Assisted Management Systém in education comprehending the recoreds of the instructional plans, the records of the standard, the records the schoolarships, the creation of the list of lectures and of the time-table too. The tasks are realized on the EC 1033 computer in OS 4.1. They link to the personal records of the students and to the general personal work. The solution makes possible further extensions and linkages. The complete application of the subsystem being her appropriately informationaly characterized requires its further development in accordance with the requirements of the users and especially then the active approach to it.
 
 

RNDr.  Mgr. Vladimír Šmíd, CSc., 1960, matematik, informatik a právník;
matematik-analytik Ústavu výpočetní techniky MU (1984-1995), vedoucí Útvaru systémového řízení a organizace MU (od 1995), odborný asistent Katedry informačních technologií Fakulty informatiky MU (od 1995);
Masarykova univerzita v Brně, rektorát, Žerotínovo nám. 9, 601 77 Brno, Česká republika
smid@rect.muni.cz