Настоящие номера 3 и 4 журнала «Электронные библиотеки» включают статьи, подготовленные сотрудниками и студентами кафедры программной инженерии Высшей школы информационных технологий и интеллектуальных систем Казанского (Приволжского) федерального университета (ВШ ИТИС КФУ).
Статьи, представленные в данном тематическом сборнике, охватывают несколько основных направлений деятельности кафедры: цифровое образование и использование программных инструментов в образовательном процессе, виртуальная реальность и компьютерные игры, мобильные технологии.
В контексте цифрового образования авторы нескольких статей обращают внимание на применение мобильных технологий в обучении для решения узкоспециализированных задач, рассматривают использование модели студента для задач образовательной аналитики и адаптивного обучения, а также приводят подход к реализации модели совместного обучения, основанной на стратегии STAD. Авторы предлагают также подходы к индивидуализации образования, касающиеся автоматизированной генерации индивидуальной траектории и расписания, а также формирования учебных групп и проектных команд с учетом компетенций и личностных качеств обучающихся. Кроме того, в этих работах раскрыта зависимость достоверности оценки знаний от визуального представления вопросов проверочного тестирования и приведена схема работы инструмента проектирования адаптивных тестов для microlearning-приложений, рассмотрены вопросы определения сложности курса и анализа связей расписания с успеваемостью студентов, описана концепция программного инструмента для обучения языку программирования Java с элементами игрофикации и особенности внедрения микросервисной архитектуры в проектную работу студенческой лаборатории.
В статьях, посвященных виртуальной реальности и разработке компьютерных игр, описаны концепции программного инструмента для генерации сценарного прототипа игры на основе текстового описания, предложен метод виртуализации запахов, а также представлены математические подходы для реализации методов синхронизации действий игрока и виртуального аватара.
В работах, описывающих новые решения в области мобильных разработок, рассмотрены методы модификации визуальных интерфейсов на основе индивидуальных характеристик пользователя, описан программный инструмент для автоматической генерации кода визуального интерфейса на основе данных графического редактора, приведен алгоритм синхронизации сессий дополненной реальности на мобильных устройствах.
Кроме того, в тематическом сборнике представлены статьи с описанием программных инструментов, использующих технологию распределенных реестров для решения специализированных задач, способов конфигурирования веб-приложений на основе UML-диаграмм, а также подходов к извлечению заголовков из научных документов.
И. С. Шахова, А. Ф. Хасьянов
Опубликован: 13.08.2018
Весь выпуск
Статьи
Генерация индивидуальных образовательных траекторий и расписания обучения в парадигме индивидуализации образования
Представлен подход к индивидуализации образования, основанный на автоматизированной генерации индивидуальной образовательной траектории и расписания, учитывающих особенности каждого обучающегося и его пожелания. Описан принцип действия разработанных инструментов генерации. Затронуты вопросы применения разработанных подходов и инструментов в высшем образовании.
Применение технологий мобильного обучения для формирования компетенций проектного менеджера
Синхронизация сессий дополненной реальности в нативных мобильных приложениях
Представлена реализация алгоритма синхронизации сессий дополненной реальности в мобильных iOS-приложениях, позволяющего создавать такие сессии с несколькими участниками для их совместного взаимодействия с одними и теми же виртуальными объектами.
Образовательная аналитика и адаптивное обучение с использованием модели студента в интеллектуальных обучающих системах
Для поддержки адаптивного обучения и образовательной аналитики в интеллектуальных обучающих системах необходимо собирать и обрабатывать данные об успеваемости студентов и их индивидуальных характеристиках. Это можно реализовать с помощью модели студента. Анализ подходов к моделированию студента показал оптимальным применение нескольких типов моделей, исходя из требований, составленных для разрабатываемой обучающей системы. Были выбраны и объединены в одну модель три подхода: оверлейный, сеть Байеса, моделирование ошибочных знаний. Использование оверлейной модели позволяет строить индивидуальные траектории обучения студентов. Сети Байеса реализуют компетентностный подход в обучении. Модель ошибок отслеживает ошибочные знания студентов и помогает им исправить их на ранних стадиях. Модель студента, объединяющая в себе данные подходы, является подходящей для реализации персонализированного обучения, позволяет преподавателю отслеживать успеваемость студентов по различным характеристикам, а также дает возможность легко представить в системе карту тем, знаний, компетентности студентов в различных областях в виде графа, что является удобным и понятным представлением.
Формирование академических групп и проектных команд на основе сбора данных об обучающихся
Инструменты поддержки ролевых заданий по стратегии STAD в обучающей системе
Представлена одна из возможных реализаций модели совместного обучения по ролям, основанной на стратегии STAD (Student Teams-achievement Divisions) кооперативного обучения в LMS (Learning Management System, Система управления обучением). Подходы, описанные в данной образовательной методике, развивают у обучающихся навыки командной работы, необходимые в профессиональной деятельности, а их внедрение в систему обучения позволит автоматизировать и оптимизировать некоторые процессы и открыть новые возможности для реализации новых инструментов.
Разработка игрового веб-приложения для обучения языку программирования Java с исполнением кода в реальном времени
Разработан прототип приложения, обучающего в игровой форме базовому синтаксису языка Java. Рассмотрены вопросы связи между реализацией игрового процесса и обучающими упражнениями, в которых должен исполняться программный код. Приведены геймплей и архитектура клиентской и серверной частей.
Концепт инструмента автоматического создания сценаpного прототипа компьютерной игры
На основе существующих решений описано представление об архитектуре инструмента генерации сценарного прототипа из текста. Сформированы требования к разрабатываемому инструменту. Разработан прототип инструмента, иллюстрирующий основной принцип работы пользователя с приложением.
Алгоритм генерации кода пользовательского интерфейса мобильных приложений на основе данных графического редактора
Работа посвящена разработке алгоритма генерации кода пользовательских интерфейсов нативных Android-приложений на основе данных графического редактора. Рассмотрена проблема негативного воздействия на время разработки продукта выполнения шаблонных действий и предложен программный инструмент для решения данной проблемы.
Цифровой паспорт карьерной траектории, основанный на технологии распределенных реестров
Рассмотрены проблемы, связанные с документальным сопровождением процесса трудоустройства и фиксации трудового стажа. Сегодня эти задачи решаются через бумажные контракты и, в Российской Федерации, посредством «трудовых книжек». Предлагается заменить существующий бумажный документооборот программным решением, основанным на технологии распределенных реестров (блокчейн) и смарт-контрактах.
Архитектура обучающих приложений с достоверной оценкой знаний и визуальным проектированием сценариев тестирования в концепции Microlearning
Представлен подход к проектированию обучающих приложений в концепции Microlearning. Обсуждена зависимость достоверности оценки знаний от визуального представления вопросов проверочного тестирования. Приведены архитектура системы и принцип работы разработанного авторами инструмента проектирования адаптивных тестов и сценариев тестирования для microlearning-приложений.
Программирование запахов для виртуального осмотра места происшествия
Проанализированы существующие программы виртуального осмотра места происшествия и выделены основные важные критерии, которые могут понадобиться для разработки обучающего приложения с использованием виртуальной реальности. Для повышения погружения в иммерсивную виртуальную среду, воссоздающую процесс осмотра места происшествия, изучены устройства, генерирующие запахи, и выбрано оптимальное. Разработан метод использования ароматов в виртуальном осмотре места происшествия. Этот метод может быть использован и в других сферах, требующих при вынесении решений знания о составе воздуха.
Конфигурирование веб-приложений на основе диаграмм состояний UML
Описан способ использования UML-диаграмм для конфигурирования поведения веб-приложений: при помощи конфигурации определяются поведение системы, переходы между экранами, а также логика обработки данных. Изучены и сравнены разного рода UML-диаграммы на предмет их возможностей. Разработан веб-фреймворк для ASP.NET Core, который использует UML-диаграмму для формирования конфигурации в формате файлов XML или JSON, на основе которых выстраивается поведение веб-приложения. Рассмотрены дальнейшие шаги в использовании и развитии полученного веб-фреймворка.
Синхронизация движений игрока и виртуального аватара
Представлены математические подходы для реализации методов по синхронизации действий человека и виртуального аватара, с использованием инверсной кинематики. Для создания полноценной системы синхронизации поведения игрока и VR-аватара описана реализация необходимого для этого функционала: позиционирование рук, калибровка их размера, сгибание рук в анатомически приемлемые стороны, анатомическое сгибание позвоночника, приседание и перемещение в пространстве. Реализация наклона и приседания значительно расширяет функционал синхронизации поведения игрока и его аватара, что позволяет создать полный набор визуальных самоощущений пользователя, находящегося в виртуальной среде, чего лишено большинство приложений виртуальной реальности на данный момент.
Медицинский цифровой паспорт, основанный на технологии распределенных реестров
Представлена реализация медицинского цифрового паспорта, использующая технологию распределенного реестра для хранения зашифрованных медицинских данных, цифровых сущностей пациентов и медицинских работников и доступов к данным. Описана система безопасного распределенного хранения высокочувствительных конфиденциальных медицинских данных.
Эффективная разработка приложений при микросервисной архитектуре
Рассмотрены особенности внедрения микросервисной архитектуры в процесс разработки. Проиллюстрированы преимущества данного подхода по сравнению с традиционным монолитным подходом. Показана связь использования микросервисной архитектуры с возможностью работы команды по гибким методологиям разработки.
Методы модификации визуальных интерфейсов Android-приложений на основе индивидуальных пользовательских характеристик
Проанализированы факторы, влияющие на модификацию визуальных интерфейсов. Предложены правила модификации рассмотренных факторов на основе индивидуальных пользовательских характеристик. Разработаны методы модификации визуальных интерфейсов Android-приложений.
О нескольких методах и инструментах анализа качества учебного процесса
Рассмотрены вопросы анализа связи учебного расписания с успеваемостью студентов, а также определения сложности учебного курса. Выделены факторы, которые стоит отслеживать при подобном анализе. Предложены идеи применения этих данных в системах управления образовательным процессом.
Извлечение заголовков из PDF-документов научной тематики
Актуальность представленного исследования обусловлена бедностью существующих подходов к извлечению заголовков из PDF-документов, предложенных в более ранних исследованиях, которые используют либо машинное обучение, либо простые эвристики. Цель настоящего исследования – предоставить более проработанные подходы к общей задаче извлечения заголовка документа и предложить лучший алгоритм выделения его из документов научной тематики. Основная методика, использованная нами при выборе решения, – рассмотреть, как можно большее количество различных ситуаций относительно форматирования заголовка, возникающих в разных документах, и предложить решение для каждой из них, а затем обобщить их в полноценный подход. Результаты выбранного подхода показали его эффективность по сравнению с методами других исследователей, если в нашем распоряжении находятся документы с различными вариациями оформления, структурной организации и форматирования. Данное исследование показало, что глубокое исследование задачи – перспективный путь для разработки лучших решений и инструментов. Статья будет полезна исследователям и разработчикам, которые часто встречаются с проблемой извлечения заголовков как одной из подзадач анализа документов.