Розробка преспособлений игрового обучения

Такие вопросы затем могут  использоваться в разнообразных  тестах или играх, так как не привязаны  к конкретной методике тестирования. При выборе вопросов может учитываться  их сложность или наличие определенного  количества ответов. К примеру, если к вопросу не заданы ответы, то он будет использован только в качестве задания, на которое ученик должен сам  дать ответ. Если же с вопросом связаны  несколько ответов, они могут  использоваться в тестовых заданиях, где нужно выбрать один или  несколько правильных вариантов  ответов.

Так же, для каждого вопроса  может проставляться его уровень  сложности. Это позволит делать игры более гибкими, учитывая индивидуальные знания и уровень освоения предметной области каждого учащегося. При этом вопросы могут подбираться либо все определенного уровня, либо система должна автоматически выбирать уровень сложности следующего, основываясь на полученных ответах ученика на предыдущие вопросы.

Применение такого подхода  может быть расширено за счет использования  одних и тех же ответов в  сочетании с разнообразными вопросами.

1. Сценарии обучения

 

Для выбора необходимых сценариев  проведения игр, сначала нужно определить критерии, по которым эти сценарии будут выбираться. Таблица 1 иллюстрирует  классификации методов игрового обучения, описанные выше, а так  же критерии, по которым должны выбираться сценарии при разработке средств  игрового обучения.

 

Таблица 2. Классификация обучающих игр

Тип классификации	Характеристики	Критерии, используемые при выборе сценариев игрового обучения
По численности	Индивидуальные; Парные; Групповые;	Используются все из представленных характеристик
По виду деятельности	физические; интеллектуальные; трудовые; социальные; психологические;	Интеллектуальные и социальные
По характеру  педагогического процесса	обучающие, тренировочные, контролирующие; познавательные, воспитательные, развивающие; репродуктивные, продуктивные, творческие; коммуникативные, диагностические;	Обучающие, тренировочные, контролирующие, коммуникативные
Игровая среда	с предметами и без предметов; настольные; комнатные; уличные; компьютерные; с различными средствами передвижения	Компьютерные

По численности участвующих  игры могут быть как индивидуальные, так парные и групповые. Если индивидуальные игры направлены на обучение или проверку знаний одного ученика, то парные  и  групповые могут служить для  повышения соревновательного интереса при обучении, когда учащиеся соперничают друг с другом.

По виду деятельности игры должны быть интеллектуальные и социальные. Интеллектуальные направлены на умственную активность учеников, обучение, развитие мышления и т.д. В социальных играх учащиеся учатся взаимодействовать с социумом, работать в команде, решать проблемы коллективно.

По характеру педагогического  процесса игры должны быть обучающие, тренировочные, контролирующие, развивающие, коммуникационные.

И конечно, данные игры должны проводиться с использованием компьютеров  и других информационных технологий.

На основе описанных выше критериев, игры, используемые при обучении, могут быть следующие.

«Компьютерный бой»

Данная игра рассчитана на двух участников и может быть реализована  в нескольких вариациях.

Вариант 1. Два участника  садятся за компьютер с заранее  подготовленными вопросами или  заданиями. Когда игра начинается, один из участников задает второму вопрос, и тот должен дать на него ответ. Если второй участник дал правильный ответ, ему начисляются балы. Если он дал не верный ответ, или вообще не дал ответа, балы начисляются, тому кто задавал вопрос, если он сам знает правильный ответ.

Вариант 2. Вторая разновидность  игры может выглядеть немного  иначе. Игроки не готовят вопросы  сами, а выбирают из списка, предоставленного программой. К примеру, программа  предлагает пятьдесят вопросов на выбор. Каждый из участников выбирает по 10 вопросов, которые ему более знакомы  и на которые он сам мог бы дать ответ.

Затем участники по очереди  подкидывают эти вопросы друг другу. Если игрок отвечает на заданный вопрос правильно, ему засчитываются  балы. Если не правильно или вообще не отвечает, на этот вопрос должен ответить игрок, который его и задал. Тогда  уже ему буду начисляться балы, в случае правильного ответа. Балы не начисляются никому, если никто  из игроков не ответил правильно.

«Брейн Ринг»

Данная игра представляет собой реализацию одноименной телевизионной  передачи. Игроки разбиваются на несколько  команд. Учитель задает командам вопрос, и затем им дается одна минута на его решение. Если команда готова отвечать, она сигнализирует об этом. В случае правильного ответа, команде  зачисляются определенные балы. Если же команда не отвечает, возможность  ответа переходит другой команде, но они получают меньше баллов за правильный ответ. Если ни одна из команд не дала правильный ответ, балы никому не начисляются.

«Самый умный»

Эта игра также является частичной реализацией одноименной  телевизионной программы.

В ней принимают участие  несколько игроков. Каждый игрок  играет за себя. Игрокам показывается вопрос с несколькими вариантами ответов (как правило, четыре варианта, один из них правильный) и дается 10 секунд, что бы ответить на вопрос. Выигрывает игрок, набравший наибольшее количество баллов.

«Своя игра»

Эта игра также является реализацией телевизионной программы. В Америке она также известна как «Jeopardy».

В игре принимает участие  несколько игроков. Перед ними представляются несколько категорий вопросов. В  каждой категории находится по 5 вопросов, они упорядочены по уровню сложности. Соответственно балы за каждый вопрос пропорциональны его уровню сложности.

Игрок, который начинает игру, выбирает категорию вопросов. Затем каждый из игроков выбирает вопрос из выбранной категории. Если он отвечает на вопрос правильно, к  его очкам добавляется стоимость  вопроса, если не правильно – то снимается. Побеждает тот кто, наберет  большее количество очков по окончании  игры.

Конечно, этот список может  расширяться по мере необходимости  в улучшении как педагогических, так и технических возможностей разрабатываемых игр.

Таким образом, на основе общей  модели игрового обучения, разработана  модель игрового обучения с использованием онтологии предметной области. Ее реализация возможна за счет добавления в онтологию  дидактической части в виде вопросов и ответов к имеющимся в  ней понятиям.

Согласно разработанной  модели игрового обучения и определенным критериям предложены разнообразные  варианты игровых сценариев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Разработка программного обеспечения

1. Постановка задачи

 

В ходе анализа изложенной выше информации, был разработан ряд требований к средствам игрового обучения (СИО) с использованием Онтологий:

• Онтология, помимо предоставления знаний о предметной области, должна содержать вопросы и задачи для проверки знаний, умений и навыков.
• СИО должно поддерживать стандартные форматы описания онтологий, такие как OWL и RDF.
• Каждый преподаватель должен иметь возможность самостоятельно строить дидактический процесс и готовить индивидуальные образовательные планы.
• Система должна иметь возможность показать, какую часть предметной области освоил ученик,  какие получил и отработал навыки.
• Использование различных методик обучения, как прямых, так и игровых.
• Возможность интеграции со средствами дистанционного обучения.

Отличием системы игрового обучения является более сложная процедура начисления баллов, необходимость четкой временной синхронизации действий учеников, а также наличием большого количества разнообразных сценариев проведения игр.

 

2. Выбор инструментария

Так как несколько участников учебного процесса должны одновременного пользоваться разрабатываемой программой, в качестве архитектуры средства игрового обучения была выбрана клиент-серверная архитектура, с поддержкой СУБД. Для разработки приложения используется платформа .NET и язык программирования C# (Си-шарп). Он предоставляет широкий выбор классов и методов для выполнения различного рода задач, прост и удобен в использовании. Также, существует UNIX-реализация данной платформы – MONO, что обеспечивает кросс-платформенность приложений, разрабатываемых на языке C#.

Клиент-серверная архитектура  используется для того, что бы обеспечить взаимодействие учеников и преподавателя  на занятиях в компьютерных классах.

Сетевой обмен данными  реализован на основе сокетов (WindowsSockets), используется  TCPпротокол. Он гарантирует доставку пакетов информации, скорость обмена данными не критична для данного приложения.

Для работы с форматом данных OWL используется одна из немногих, свободно распространяемая библиотека OWLDotNetAPI, полностью совместимая со спецификацией W3COWL. Она разработана на основе RDFпарсераDrive, который, на данный момент, больше не поддерживается разработчиком.

В качестве хранилища данных используется СУБД MySQL. Данная СУБД является одной из самых популярных в мире, бесплатна, разрабатывается для множества современных платформ и операционных систем.

Разработчики заботятся  о совместимости MySQL с различными языками и платформами программирования. Ими выпущена библиотека Connector/NET, которая позволяет связать .Net-приложение с MySQL.

Недостатком выбора в качестве языка программирования C# является то, что разрабатываемая программа не является браузерной, как большинство современных систем дистанционного обучения. Позитивными качествами является возможность более широкого использования программных и аппаратных средств компьютера.

3. Описание механизма работы

 

Для того, что бы система  обеспечивала максимальную эффективность, как в обучении, так и в использовании, она должна работать согласно следующей схеме (рис. 5).

1. Система взаимодействует с онтологией предметной области. В ней хранятся знания, необходимые для освоения изучаемой дисциплины или темы, а также, присутствует раздел для контроля знаний. Он может быть выполнен в отдельном файле или являться частью онтологии предметной области;
2. На основе имеющихся заданий в онтологии составляются планы занятий, выбираются необходимые типы заданий и формы их проведения;
3. По составленным планам проводятся занятия, во время которых обучающиеся осваивают знания, хранящиеся в онтологии, развивают различные навыки и умения, а также генерируют новые знания или предлагают лучшую форму представления знаний;
4. После проведения занятий результаты всех учеников должны быть сохранены для последующего анализа. На этом этапе делаются выводы о том, насколько сложны или, наоборот, просты задания для учеников, кто из них быстрее  справляется с поставленными задачами, а кому они даются с трудом;
5. Делается вывод о том, насколько освоена предметная область тем или иным учеником, какими знаниями и навыками он уже обладает. Также, можно провести оценку соотношения ресурсов, затраченных на изучение материала, к качеству и количеству полученных знаний, и на основе этого делать выводы об эффективности выбранных форм и методик обучения.

Рис. 5: Схема работы разрабатываемой системы

На основе полученных, на предыдущих двух этапах, выводов  и результатов, в онтологию вносятся необходимые изменения по улучшению  ее образовательных качеств и  возможностей.

 

Затем все этапы повторяются  заново. Это дает возможность постоянно  развивать методы обучения, улучшать качество преподавания с помощью  данной системы. Участвовать в улучшении онтологии смогут не только разработчики, но и преподаватели, или просто пользователи, которые будут использовать эту программу.

4. Архитектура системы

 

Архитектура системы являет совокупность довольно простых элементов, которые, взаимодействуя вместе,  представляют собой мощную платформу для обучения и контроля знаний учащихся, отвечающую поставленным выше требованиям (рис. 6).

Рис. 6. Архитектура разрабатываемой системы

OWL

OWLDotNetAPI

Модуль импорта-экспорта OWL

Базы

Данных

Онтологии предметных областей

Учебные планы

Результаты  обучения

Знания учащихся на основе онтологий пр. о.

Веб-портал

Приложение  для обучения и тестирования

Компонент для импорта-экспорта онтологий, реализованный на основе библиотеки OWLDotNetAPI, позволяет сохранять содержимое файлов формата OWL в базу онтологий и, наоборот, из содержимого, которое хранится в базе данных, генерировать файлы онтологий.

Так же в базе хранятся учебные  планы, разрабатываемые преподавателями, результаты обучения и тестирования учащихся, показатели освоения предметной области учениками. Они доступны как для ознакомления самим учащимся, возможно, их родителям, так и для проведения разнообразных анализов.

Веб-портал выполняет две  задачи. Во-первых, он предоставляет  информацию об успеваемости учащихся, их разработки и достижения. Во-вторых, является общедоступным хранилищем онтологий предметных областей, которые используются в образовательных процессах.

Еще одним не маловажным компонентом системы является приложение для обучения и тестирования учащихся. С помощью этой программы преподаватели  могут планировать свои занятия, выбирая наиболее подходящие формы  их проведения в конкретных ситуациях, составлять расписания уроков, проводить  разнообразные игры. Источниками  знаний в данной программе являются онтологии предметных областей

Далее приводится более подробное  описание элементов данной системы.