Проект "Разработка on-line тренажера для изучения системы координат"


1
Вихрова Н.Н.
МБОУ СОШ№7, г. Ангарск
Разработка on-line тренажера для изучения системы координат
Эпоха развития компьютерных и информационных технологий, безусловно, влияет на
характер мышления, восприятия детей, а так же формирования их интересов и ценностей. Это
приводит к необходимости отыскания наиболее эффективных форм и методов обучения,
используя актуальные цифровые устройства.
Разнообразие и доступность современным детям устройств, на которых они могут играть
в компьютерные игры (телевизоры, компьютеры, планшеты, телефоны) делает вполне
естественным внедрение игр в образовательный процесс. Поэтому изучение и использование
эффективных методов и прикладных решений для разработки обучающих игр на сегодняшний
день является актуальным.
Целью данной работы является повышение мотивации учащихся к обучению в шестом
классе, путем разработки интерактивного on-line тренажера для изучения системы координат
«Ловушка для мышей».
Гипотеза исследования: мы предполагаем, что внедрение интерактивных обучающих
тренажеров в школе, повысит мотивацию учащихся и поможет учителю значительно сократить
время на разработку заданий и проверку знаний учащихся.
Объект исследования: процесс закрепления знаний по работе с системой координат
учениками 6-го класса.
Предмет исследования: степень привлекательности заданий для учеников, доступности
для организации самостоятельной работы и эффективности с точки зрения полученных умений
после того, как успешно завершена работа с тренажером.
Задачи исследования:
1) повысить заинтересованность учеников к изучению математики;
2) повысить интерес к достижению поставленных ребенком целей (победить в игре);
3) сформировать интерес ученика к достижению самого наилучшего результата, в
выполнении учебных задач (соревновательный момент если одновременно
занимаются несколько учеников);
4) обеспечить ребенка возможностью закрепить знания системы координат, получить
навыки в нахождении координат на плоскости;
5) обеспечить родителей инструментом контроля уровня знаний ребенка по заданной
теме;
6) полностью автоматизировать процесс проверки знаний по системе координат,
существенно сократив временные затраты учителя.
Для достижения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующее:
1) разработать концепцию тренажера;
2) проанализировать существующие средства разработки on-line приложений и
выбрать наиболее подходящую среду разработки для выполнения поставленных
2
задач;
3) разработать программное обеспечение;
4) разместить на web-ресурсе;
5) провести тестирование тренажера;
6) разработать и провести тесты для выявления его эффективности и степени
привлекательности тренажера для учеников;
7) проанализировать полученные результаты.
Разработка концепции тренажера по изучению системы координат
В качестве идеи тренажера была выбрана игра, в которой кот охотится на мышей, чье
положение задано координатами на игровом
поле.
На основании анализа предметной
области был разработан алгоритм работы
тренажера, логическая схема которого
приведена на рис. 1.
Суть игры заключается в следующем.
Пользователь перемещает по игровому полю
кота, задавая его координаты. Кот должен
«поймать» всех мышей на игровом поле.
Игровое поле - это координатная сетка, с
началом координат в центре поля. Игрок
определяет координаты какой-либо мыши,
вводит их в специальные текстовые поля и жмет
кнопку «съесть» или на клавишу клавиатуры
«Enter». После этого кот перемещается на
введенные игроком координаты, и если там
оказывается мышь, то кот ее съедает. В случае
ошибки, мыши «перебегают», т.е. меняют место
своего положения и на поле добавляется еще
одна дополнительная мышь. Это позволяет исключить случай угадывания или подбора учеником
координат. А дополнительная мышь позволит лучше запомнить правила работы с координатами
на заданной шкале.
Как только все мыши будут «съедены» начнется новый уровень с другой ценой деления.
Всего таких уровней 12. А цены деления осей на каждом из них были выбраны учителем: 1, 10,
20, 0.1, 5, 100, 2, 0.5, 0.2, 50, 0.01, 0.5. Благодаря различной цене деления, ученик отрабатывает
ещё и знание таблицы умножения, ведь чтобы найти координаты надо количество клеточек
умножить на цену деления.
На прохождения всех 12 уровней отведено следующее количество времени в зависимости
от выбранной степени сложности игры. Для степени «трудно» - 25 мин, для степени «средне» -
33 мин., и для степени «легко» - 40 мин. Таким образом, если время игры истечёт, и все уровни
Рис. 1. Логическая схема игры
«Ловушка для мышей»
3
не будут пройдены, ученику необходимо будет восстановить пробелы в знаниях и снова
вернуться за тренажер, чтоб пройти все уровни до конца. На схеме, представленной на рис. 2 нет
блока проверки истечения времени игры, поскольку время может закончиться в любой момент
на любом этапе после начала игры. Если время истекло, то игра закончится проигрышем, и на
экран будет выведено соответствующее сообщение.
В конце игры будет выведен результат её прохождения: 1) сообщение о выигрыше или
проигрыше; 2) сообщение о совершенном количестве ошибок. Таким образом, если два ученика
справились с игрой за одинаковое время можно будет сравнить количество их ошибок. Это
может способствовать поддержке духа соревнований среди учащихся.
Актуальность данной разработки состоит в том, что этот алгоритм предусматривает
качественный контроль знаний, поскольку исключает возможность списывания, а так же
угадывания или запоминания заданий. Подобные координатные тренажеры, например, у
Боссовой (для 6-го класса) с несколькими вариантами статических заданий, которые не
меняются с каждым новым прохождением игры, не могут подобное обеспечить. Разработанный
тренажер схож с известной игрой «тетрис», играть в которую можно бесконечно, потому что
расположение мышей в игре не повторяется, и является случайным.
Для того чтоб реализовать идею on-line тренажера «Ловушка для мышей» необходимо
найти такие средства разработки, которые обеспечили бы простую реализацию программы и
интеграцию её в веб-ресурс для повышения степени её доступности. Обоснование выбора
средств разработки будет представлено разделе 1.4.
Анализ существующих средств разработки on-line приложений
Проанализируем существующие на сегодняшний день инструменты для создания игр.
Популярные среды разработки прикладных программ, такие как Embarcadero RAD Studio,
Visual Studio или Adobe Flash, требуют от разработчиков углубленного знания объектно-
ориентированных языков программирования (С++, С#, Visual Basic, ActionScript) и
специализированных наборов библиотек. Их преимуществом является возможность
контролировать все аспекты разработки приложений, отсутствие каких-либо ограничений
функциональных возможностей игр. Вместе с этим, освоение этих технологий достаточно
трудоемко для преподавателей тсутствие полной документации на русском языке, избыточный
набор инструментов и функций). В связи с этим, процесс создания качественной игры отнимет у
разработчика слишком много временных и физических ресурсов. Поэтому использование
профессиональных систем программирования для разработки on-line игр представляется нам
малоэффективным.
Существует множество сервисов в сети интернет (umapalata.com, testmoz.com,
puzzlecup.com, blendspace.com, thinglink.com, LearningApps.org, qizlet.com и др.), которые
предлагают на выбор широкий спектр уже готовых игровых шаблонов, инструментов для
создания тестов, кроссвордов, интерактивных уроков. Среди их достоинств можно выделить
доступность и простоту создания и эксплуатации игр, поскольку для их использования не
требуется базовых знаний программирования. Так же, имеются следующие недостатки:
невозможно интегрировать игры в собственный веб-сайт (как правило, можно создать только
4
ссылку на сервис, где находится разработанная игра); ограниченное количество уже готовых
вариантов игровых ситуаций (нет возможности случайным образом генерировать большое
количество вариантов заданий); шаблон игры невозможно видоизменить или дополнить
самостоятельно, что мешает реализовать собственную концепцию игры. Например, комплекс
игр umapalata.com позволяет дополнять варианты заданий уже имеющихся игр, но нельзя
изменять цветовое решение, добавить новых персонажей, немного изменить правила игры. Что
позволило бы дополнительно заинтересовать учеников, а также развивать игру на основе учета
критики конечного пользователя. Подобные сервисы пригодны для разработки простых игр, по
структуре напоминающих тесты, однако, реализация собственной идеи игры их
функциональным набором не предусмотрена.
Учитывая вышесказанное, наиболее эффективной средой для разработки обучающих игр
могут служить конструкторы, которые позволяют создавать приложения за короткий
промежуток времени, например одна неделя, а также не требуют глубокого знания современных
технологий, таких как Flash, OpenGL, WebGL, DirectX, 3Ds Max, Blender. Для их освоения
достаточно знания языков программирования на базовом школьном уровне.
В настоящее время стали популярны игры, для работы которых необходим только
браузер. Это увеличивает доступность игр для детей, т. к. браузерами оснащают не только
компьютеры, но и планшеты, сотовые телефоны, телевизоры.
Описание среды разработки
Проведенный обзор платформ для создания браузерных игр показал, что поставленным
требованиям (простота и скорость разработки приложений, наличие бесплатных версий,
документация на русском языке) в большей степени соответствуют Construct2 и Unity 3D.
Unity 3D представляет собой профессиональную среду для разработки игр, обладающую
широким набором функций и подходит для создания сюжетных игр, с использованием
архитектуры клиент-сервер. В нашем случае, для создания простой обучающей игры не
требуется задействовать большую часть его функционального набора, поэтому в качестве
конструктора для разработки on-line тренажера был выбран Construct2 (рис. 2) как наиболее
простой для освоения.
Рис. 2 Интерфейс редактора кода Construct2
5
В этом конструкторе реализована визуальная среда разработки, где логика игры
представлена в виде блоков-событий, также имеется редактор игровых уровней. Каждое
действие сопровождается справкой, подсказкой и диалогом, помогающими задать логику игры
или создать персонаж. Здесь невозможно написать неправильно имя переменной или объекта.
Простоту данной платформы можно оценить по легкости создания персонажей игры. Все
персонажи - это некие спрайты или попросту картинки. Перед созданием игры, была
изготовлена картинка системы координат, найдены в интернете изображение мыши и кошки. Эти
объекты были загружены в игру с помощью диалогового окна. Это не требует изучения или
поиска документации, и не занимает много времени. Далее управление объектами игры
осуществляется посредством визуальной среды с помощью событий.
Каждый объект имеет список с ним связанных событий, и действий на возникновение
того или иного события. Событием может быть движение курсора мыши, нажатие клавиши
клавиатуры, истечение какого-то времени,
столкновение двух персонажей, вызов функции,
начало игры и т.п. Пример обработки события
приведен на рис. 3. Каждое событие представляет
собой блок из двух частей (см. рис. 2). Часть 1 это
условие возникновения события, в данном случае
«Если на манипуляторе типа мышь щелкнуть левой
клавишей». При этом это объект, с которым событие будет связано (манипулятор мышь), а
1b это, собственно, само событие. Часть 2 это список действий, которые будут выполняться
при наступлении именно этого события. Все связанные с объектами действия и условия событий
сгруппированы в списки, которые вызываются конструктором при построении блока события,
таким образом, пользователь избавляется от необходимости помнить их правильное написание.
Таким образом, для написания кода, разработчику необходимо владеть базовым набором
операторов, процедур и функций встроенного языка. Так же в игре есть возможность легко
настроить анимацию персонажей.
Разработанное приложение легко интегрировать в веб-сайт имеющимися функциями
Construct2. Для этого достаточно экспортировать проект в отдельную папку, нажав на кнопку
«Export project», перенести эту папку на хостинг, а затем в материале сайта, куда мы хотим
вставить игру прописать следующий код: <iframe src="[путь к папке с игрой на
хостинге]/index.html" scrolling="no" frameborder="0" width= "700" height="784"></iframe>.
Одним из наиболее значимых критериев научной разработки является ее инженерная
реализация и практическое применение.
Программа-тренажер «Ловушка для мышей» реализует алгоритм игры, описанный выше,
в соответствии с логической схемой (рис.3), используя стандартные методы программирования.
Ссылка на on-line тренажер: [http://vihrova.ru/portfolio/proektnaya-deyatelnost/204-
lovushka-dlya-myshej]
Показатели и критерии успешности выполнения применения тренажера
Показателем успешности данного проекта является уровень интереса детей к
Рис. 3. Пример построения события.
1a 1b 2
6
выполнению заданий. Поскольку такой эмоциональный тон как «интерес» позволяет очень
эффективно концентрировать внимание ребенка на предмете, это способствует лучшему
усвоению знаний.
Оценить интерес ребенка к работе с тренажером предлагается следующими способами:
1) Провести эксперимент и пронаблюдать реакцию детей во время эксперимента и по
прошествии времени. Проанализировать наблюдения, сделать выводы;
2) Провести анкетирование детей. Проанализировать данные анкетирования.
Были разработаны критерии оценки: яркий интерес детей при выполнении заданий,
старание справиться с как можно большим количеством заданий за урок, желание поработать с
тренажером ещё раз, результаты анкетирования.
Описание эксперимента
Был поставлен эксперимент, в котором приняло участие 5 человек из и 5 человек из
6Б класса, всего 10 учащихся. Ребятам было предложено в течение урока позаниматься на
тренажере. Результаты их работы представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты работы учеников на тренажере
участника
класс
Кол-во
пройденных
уровней
Цена деления шкал
1
11
1;10;20;0.1; 5; 100; 2; 0.5; 0.2; 50; 0.01
2
12
1;10;20;0.1; 5; 100; 2; 0.5; 0.2; 50; 0.01; 0.5
3
12
4
8
1;10;20;0.1; 5; 100; 2; 0.5
5
8
6
12
1;10;20;0.1; 5; 100; 2; 0.5; 0.2; 50; 0.01; 0.5
7
12
8
12
9
3
1;10;20
10
11
1;10;20;0.1; 5; 100; 2; 0.5; 0.2; 50; 0.01
Как видно из приведенной таблицы, почти все справились с заданиями, не справился с
заданиями 1 человек.
Этим же ребятам 1 неделю было предложено выполнить такие же задания, только
распечатанные на бумаге. Всего предложено выполнить 8 заданий каждом 10 точек на
координатной плоскости) за 40 минут, использованы шкалы с ценой деления: 1;10; 20; 0.1; 5;
100; 2; 0.5. результаты выполнения заданий показаны в таблице 2.
Проанализировав результаты представленные в таблице 2, можно сделать вывод, что
данный материал был освоен на хорошем уровне, неудовлетворительных результатов нет.
В процессе прохождения учениками игры наблюдалось следующее. Ученики стали
соревноваться между собой в скорости прохождения игры. Ребята были погружены в работу,
7
некоторые помогали тем, кто не справляется с заданиями. Они не отвлекались на посторонние
дела или разговоры.
Таблица 2
Результаты проверки знаний у учеников через 1 неделю
участника
класс
пол
Кол-во
пройденных
уровней
Количество
правильно
выполненных
заданий
Время, мин.
1
м
11
8
40
2
м
12
8
40
3
м
12
8
40
4
ж
8
6
40
5
ж
8
7
40
6
м
12
7
40
7
м
12
8
40
8
ж
12
6
40
9
ж
3
5
40
10
ж
11
6
40
Некоторые ученики продолжили играть в эту игру дома, через интернет, привлекая своих
родителей. По прошествии некоторого времени ребята продолжали проявлять интерес к игре. В
соответствии с критериями, приведенными выше, можно сделать вывод, что игра ребятам
понравилась, повысить мотивацию учащихся удалось.
Предложенная идея тренажера, а так же разработанное программное обеспечение
способствуют успешному и комфортному освоению материала. Программное обеспечение
апробировано в МБОУ «Средней общеобразовательной школе№7» и используется в учебном
проце