Проекты

Разработка кроссплатформенной интеллектуальной обучающей игры «АБВГДейка» для привития учащимся начальной школы знаний, понятий и навыков в сфере правописания

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Информационные технологии, программирование, прикладная математика, социальный инжиниринг»

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ «Московская международная школа»
Предметы: Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Проект представляет собой законченный продукт, готовый к внедрению в рабочую среду через рыночные механизмы. Это не что иное, как компьютерная игра, написанная самостоятельно на языке программирования «С».

Одним словом, проект представляет собой стартап, готовый зажить самостоятельной жизнью. В основе проекта лежит идея, направленная на решение назревших проблем в сфере образования. Проблемы всех современных школ в России и особенно младших классов – это полное нежелание учиться по старым учебникам и неинтересным книгам. Стартап способен решить эту проблему, превратив скучноватый рутинный процесс обучения в увлекательную игру.

Цель

Разработка кроссплатформенной интеллектуальной обучающей игры для привития учащимся начальной школы интереса к учёбе, для их совершенствования в компьютерной грамотности, а также в правописании.

Задачи

  1. Изучение программ-заменителей.
  2. Изучение особенностей игрового восприятия у детей младшего школьного возраста и учащихся начальной школы.
  3. Разработка концепции и дизайн-проекта игры.
  4. Закладка игровой логики.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Персональный компьютер с установленным ПО (ОС Linux, GIMP)
  • GLUT – библиотеки утилит для приложений под OpenGL

Описание

Игровое поле представляет собой квадрат размером 7 на 7 клеток. В каждой клетке расположен фрагмент тропинки и иногда буква. По этим клеткам передвигаются игровые персонажи, выбранные игроками, накапливая «привязанные» к ячейкам буквы. Буквы – залог победы.

Но фрагменты тропинок в сопредельных ячейках не всегда стыкуются друг с другом. Для того чтобы игрок мог передвигать своего персонажа, ячейки должны быть состыкованы так, чтобы тропинки тоже стыковались, и по ним можно было продвинуться к нужной букве. Для этого в игре существует «свободная карта» в виде ячейки, которая способна замещать собой любую ячейку игрового поля. Свободная ячейка может перемещаться по периметру игрового поля и поворачиваться, принимая нужное положение по командам игрока.

При каждом ходе она «проталкивает» на одну ячейку нужную строку или столбец. При этих «сдвигах» расстановка букв и положение тропинок на площадке меняется. Меняется также свободная карта.

Цель игры – накопить такие буквы, из которых каждый игрок впоследствии составляет слово.

 

Подробнее: https://youtu.be/milbxAP1mYs

Игра имеет отрицательную селекцию, и выбывает тот, кто составит самое короткое слово или допустит ошибку в написании. В процессе игры во время «охоты» за буквами каждый участник постоянно перебирает в уме большое количество слов, вспоминая их правописание. При этом буквы постоянно «перехватываются» другими пользователями, заставляющими друг друга придумывать всё больше слов.

Игра воспринимается как развлечение, держит игрока в напряжении, но не вызывает усталости. Кроме этого игра мотивирует на успех, т. к. при проигрыше участник выбывает.

Этапы создания проекта, используемые методы, методики и др.

Всё начиналось с создания окна и управления им. Это было достигнуто с помощью GLUT – библиотеки утилит для приложений под OpenGL.

После создания рабочего окна проводилась работа с текстурами. Автор отмечает, что вся графика в проекте сделана с использованием текстур, которые загружаются из файлов изображений формата PNG с помощью библиотеки lodepng.c. Сами изображения были отрисованы автором в графическом редакторе GIMP.

В основе проекта лежит объектно ориентированный подход на базе структур, а также принцип разделения графического представления и модели. Работа программы представляется как взаимодействие многочисленных сущностей (доска, пользователи, карточки, …), которые моделируются объектами (соответственно, board, user, card, …). Объекты, имеющие графическое представление, содержат ссылку на соответствующий экранный объект. Каждый экранный объект задаётся экземпляром структуры shape, определяющей его способ отрисовки, текстуру, размеры и положение на экране.

Одной из главных особенностей игры является самописный контроллер анимации (модуль track.c). Создание его открыло возможности плавного отображения движения объектов на экране, но при этом потребовало кардинальной перестройки кода проекта.

Анимация экранных объектов осуществляется контроллером анимации с помощью задач трансформации (структура transform в одноимённом модуле). Каждая задача трансформации связана с набором экранных объектов (экземпляров структуры shape).

 

Для них она определяет правила, по которым будут изменяться параметры объекта в ходе анимации. У контроллера анимации есть два режима работы – последовательный и параллельный. В последовательном режиме реализуется очередь задач трансформации, а в параллельном – задачи трансформации начинают выполняться сразу с момента поступления. В проекте была реализована и активно используется структура данных list, предназначенная для организации списков объектов. Инструментарий для работы со списками на основе list располагается в одноимённом модуле.

Немало трудностей возникло с организацией словаря. Чтобы превратить морфологический словарь русского языка в словарь существительных, автору пришлось освоить возможности программы sed и с помощью регулярных выражений выполнить фильтрацию исходного файла. Далее необходимо было сделать программные инструменты для работы со словарем (модуль dict.c), что потребовало задействовать больший объём возможностей стандартной библиотеки (stdio.h, ctype.h, wchar.h, wctype.h, locale.h). Итогом работы стала возможность словарной проверки слов, составляемых игроками.

Результаты работы/выводы

Итогом всей работы над проектом явилось создание обучающей игры для учащихся начальной школы.

Специалистами был отмечен потенциал игровой практики в развитии когнитивных способностей мозга в целом. Дело в том, что процесс запоминания новых слов в игре построен на внутреннем противоречии. С одной стороны, рациональные центры мозга участника игры отвлечены на решение почти математической, шахматной задачи, а в это время творческие центры заняты постоянным подбором новых слов. При этом задействуются такие нейронные связи, которые оказываются спящими при традиционной зубрёжке.

Таким образом,

- мозг человека получает дополнительное развитие

- повышается пластичность мозга

- повышается способность к замещению функций одних центров мозга другими.

Поэтому игра имеет также большой реабилитационный потенциал:

- восстановление утраченных функций организма при повреждении мозга в результате ОНМК-катастрофы

- увеличение продолжительности жизни.

Возможно, мы нащупали ключ к росту когнитивных способностей человека.

Перспективы использования результатов работы

Игра будет постоянно развиваться. Со временем она получит новые модули, произойдёт дифференциация не только по уровням образования пользователей, но и по направлениям развития.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы» в направлении «Когнитивные исследования» – победитель.