Transcript Адаптивная обучающая игра для изучения языков

Адаптивная обучающая игра для изучения
языков программирования
Кафедра САПР и ПК
Волгоградский Государственный Технический Университет
Мы играем в серьезные игры!
Авторы
Воробкалов П.Н.
Ефанов П.А.
Катаев А.В.
Тарасенко А.В.
Шабалина О. А.
Цели и задачи
Цель:
 Повышение мотивации студентов в процессе обучения в
ВУЗе
Задачи:
 Разработка подхода к обучению в вузе, с применением
обучающих игр
 Разработка механизмов приобретения практических
навыков в изучаемых дисциплинах с использованием
игрового подхода
 Адаптация обучающих курсов для применения в игровом
процессе
 Разработка моделей, методов и механизмов адаптивного
обучения в игре
 Реализация игры
2
Актуальность разработки

Появление новых форм обучения, внедрение дистанционных
технологий основано на применении в процессе обучения
автоматизированных обучающих систем.

Российская игровая аудитория составляет 35% россиян 14-35 лет в городах с
населением свыше 100000

Средний возраст игроков
растет
(по исследованию медиакомпании Gameland)
3
Актуальность разработки обучающей
игры
Обучение с автоматизированных систем не всегда оказывается
эффективным, в том числе потому, что не вызывает особого
интереса.
Многие дисциплины образовательного стандарта
«Информатика и вычислительная техника» требуют
получения практических навыков
Предполагается разработка обучающих игровых систем по
ряду дисциплин:
 Алгоритмизация и программирование
 Искусственный интеллект
 Компьютерная и инженерная графика
 Теория управления
 Базы данных
и другие



4
Анализ существующих обучающих игр



Игры обучения детей
Деловые игры
Программирование

КуМир (Инфомир, 1990):
–
–
–

Специфический и устаревший язык
Слишком простые исполнители и задачи
Практически отсутствует игровая
составляющая
Colobot (Epsitec, 2005):
–
–
–
5
КуМир
Специфический процедурный язык
Программирование носит второстепенный
характер
Обучающий курс присутствует только в виде
справки
Colobot
Актуальность разработки обучающей игры для
обучения языку программирования C#
Потребность российских предприятий и организаций в
новых ИТ-специалистах в 2007 году составляет 175 тыс.
человек.
Сейчас в России около 1,1 млн. ИТ-специалистов.
около 300 тыс. из них занято непосредственно в ИТиндустрии.
750 тыс. человек работает в ИТ-отделах на предприятиях
различных отраслей экономики и государственных
структур.
Количество подготавливаемых российскими вузами ИТспециалистов не соответствует потребностям индустрии.
Язык программирования C# входит в семейство языков
.NET. Данная технология сейчас очень востребована.






Источник информации: HTTP://DTF.RU
6
Жанр игры
Для повышения привлекательности игры выбран жанр RPG
(ролевая игра).
Жанр RPG является одним из самых популярных (по данным
игрового ресурса Gamespy.com).
В ролевой игре игрок развивает свой персонаж.
Он часто ассоциирует с ним себя.
Это позволяет естественно обучать человека и
совершенствовать его навыки в процессе игры.
При улучшении навыков программирования и принятии
правильных решений персонаж в игре будет быстрее
развиваться, а это создаст дополнительную мотивацию.






7
Механизмы реализации компонентов обучения в игре
Изучение теоретической
информации
Информацию предоставляют
персонажи игры
Приобретение
практических навыков
Приобретаются при
программировании роботов
Оценка уровня знаний
Мини-игры
Адаптация процесса
обучения к обучаемому
Нелинейный сюжет,
определяемый текущим уровнем
знаний и целями обучения
8
Взаимосвязь концептов предметной области C#
и уровней игры
Базовые
элементы
Типы данных
Операторы
Уровень 1
Выражения и
операции
Уровень 2
Классы
Процедуры,
функции и
методы класса
Уровень 3
Типы
приложений
.Net
Уровень 5
Концепты
предметной области
Тема изучаемая на уровне
Сюжет игры
9
Уровень 4
Исключительные
ситуации
Структура уровней игры
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 4
Уровень 5
Quest 1/1
Quest 1/3
Quest 4/1
Quest 1/2
Quest 1/4
Quest 2/1
Quest 4/2
Quest 5/1
Quest 2/2
Quest 2/3
Quest 3/1
Quest 3/2
Quest 5/2
Quest 3/3
Quest 3/3
Номер задания
Номер уровня
10
Quest 3/4
Quest 5/3
Включение
Концепция игры

Главный герой – робот-трансформер,
существующий в виртуальном мире.

В процессе игры игрок может
использовать программирование для
преодоления препятствий
Игрок может программировать:




преобразования формы главного героя трансформера
поведение главного героя
других роботов, обладающих
уникальными способностями
11
Механизмы трансформации робота в игре
Part
Элемент робота
Head
Голова
LeftArm
RightArm
Левая рука
Правая рука
Part.Hide()
убрать элемент
RightForearm
LeftForearm
Правое предплечье
Левое предплечье
Part.Yaw(angle)
повернуть элемент
LeftHand
RightHand
Левая кисть
Правая кисть
Part.Pitch(angle)
наклонить элемент
LeftShoulder
RightShoulder
Левое плечо
Правое плечо
Part.Roll(angle)
вращать элемент
Torso
Торс
LeftThigh
RightThigh
Левое бедро
Правое бедро
Part.MoveToCenter()
переместить элемент
к центру блока
LeftShank
RightShank
Левая голень
Правая голень
LeftFoot
RightFoot
Левая стопа
Правая стопа
12
Метод класса
RobotElement
Описание метода
Пример программирования трансформации
робота
Пример
трансформации
void SampleTransform()
{
LeftArm.Roll(-Math.PI / 2);
RightArm.Roll(Math.PI / 2);
}
13
Пример программирования трансформации
робота
Трансформация
в змейку
void TransformToSnake()
{
LeftArm.Roll(Math.PI / 2);
RightArm.Roll(-Math.PI / 2);
Head.Hide();
LeftLeg.MoveToCenter();
RightLeg.MoveToCenter();
LeftArm.MoveToCenter();
RightArm.MoveToCenter();
}
14
Механизм движения робота-змейки
15
Перемещение робота в узком пространстве
с использованием алгоритма змейки
16
Концепция обучения программированию в
процессе игры






Игра состоит из ряда этапов возрастающей
сложности.
Каждый этап посвящен изучению одного раздела
учебного курса
Игрок получает информацию о разделах от персонажей
игры
Каждый этап может быть преодолен различными
способами
По результатам прохождения каждого этапа уровень
знаний игрока оценивается
Оценка зависит от способа преодоления этапа.
17
Этапы прохождения игры
(структура обучающего курса)









Базовые элементы
Типы данных
Операторы
Классы
Выражения и операции
Процедуры, функции и методы
класса
Исключительные ситуации;
Типы приложений;
Среда разработки Visual
Studio.Net. Каркас
Framework.NET
18
Макет экрана к заданию
«Создание персонажа»
19
Генерация класса «Player» по результатам
создания персонажа
/*
Definition of the class “Player”
*/
class Player
{
string Name; // data type – string
int[] Password; // data type – array of integers
// Gender «Male» is chosen
const bool IsMale = true;
// Age
byte Age; // data type – byte, default value equals to 0
// Constructor of a class “Player”
public Player()
{
Name = “<Character name>”; // data type string
Password = new int[] { 0, 1, 2, 9, … }; // data type – array of integers
Age = <User-defined value>;
}
}
20
Пример игрового задания
Квест: Исправить систему навигации
21
Концепция адаптации процесса обучения



Для каждого раздела обучающего курса
определено множество заданий разного уровня
сложности
Для определения уровня знаний по каждому
разделу используются Байесовский механизм
вывода
По результатам оценки уровня знаний
выбирается либо следующее задание либо
следующий раздел курса, т.е. для каждого игрока
генерируется свой сюжет, зависящий от его
текущего уровня знаний
22
Варианты сценариев игры
Вариант прохождения заданий игроком 1
Задание пройденное игроком 1
Вариант прохождения заданий игроком 2
Задание пройденное игроком 2
Разрешенные переходы между уровнями по сюжету игры
23
Интерпретация байесовской сети
применительно к задаче оценки текущих знаний
обучаемого




каждый узел сети предметной области представляет собой
переменную, определяющую уровень знания
соответствующего концепта предметной области;
переменная определена на шкале состояний;
для оценки знаний выбрана дискретная шкала с четырьмя
значениями, то есть значение переменной определяется
набором вероятностей состояний из набора:
KL={‘E’,’G’,’S’,’N’}, где
KL– уровень знаний обучаемого;
E – отличные знания;
G – хорошие знания;
S– удовлетворительные знания;
N– неудовлетворительные знания.
24
Байесова сеть для расчета уровня знаний игрока
Уровень
1
Уровень
2
E
G
S
N
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
Quest 1/1
Quest 1/2 Quest 1/3 Quest 1/4
Уровень
3
Уровень
4
Уровень
5
E
G
S
N
E
G
S
N
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
Quest 3/1 Quest 3/2 Quest 3/3 Quest 3/4
Quest 5/1 Quest 5/2 Quest 5/3
Quest 4/1 Quest 4/2
Quest 2/1 Quest 2/2 Quest 2/3
Причинно-следственная
связь
25
Таблица условных
вероятностей знания концепта
E
G
S
N
E
G
S
N
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25 0.25
0.25
Проект «Serious games»
Мы играем в серьезные игры!
План работы по созданию игры «Singularity»
 Разработка учебной программы и обучающего
курса по С#
 Разработка механизмов адаптации
Разработка прототипа игры
 Создание материалов обучающего курса
 Разработка демо-версии
 Разработка полной версии игры
 Разработка сетевой версии и игрового сервера
26
Заключение






Разработана концепция адаптивной обучающей игры
Создана дизайнерская документация
Разработан бизнес-план проекта
Сформирован устойчивый коллектив
Начата реализация обучающей системы
К идее применения компьютерных игр для обучения в
учебных заведениях проявили большой интерес
университеты:
27

Katholieke Hogeschool Kempen (Бельгия)

Glasgow Caledonian University (Шотландия)

Université Nice-Sophia Antipolis (Франция)
Участники проекта

Научный руководитель – к.т.н., доц. каф. САПРиПК Шабалина
О.А.






Участие в международных проектах:
TEMPUS-TACIS PROJECT TEMPUS N JEP - 25070_2004 Modernization
of Education in ICT at South Russian Universities
TEMPUS-4 Network for universities and enterprises cooperation
(NEUC)JEP_26108_2005
Воробкалов П.Н. – первое место на конференции
«Технологии Microsoft в теории и практике
программирования», Москва, 2006
Тарасенко А.В. – работа в игровой индустрии, опыт создания
коммерчески успешных игр
Катаев А.В. - участник полуфинала международного
чемпионата по программированию ACM-2006
28
Контакты





Шабалина Ольга Аркадьевна [email protected]
Воробкалов Павел Николаевич
[email protected]
Тарасенко Алексей Владимирович [email protected]
Катаев Александр Вадимович
[email protected]
Ефанов Павел Алексеевич
[email protected]
29