Разработка автоматизированной подсистемы решения учебных задач в условиях игровой ситуации / Раздаточный материал

Выпускная работа

по направлению подготовки бакалавра прикладной математики и

информатики

Тема:

«Разработка автоматизированной подсистемы решения учебных задач в условиях игровой ситуации»

Исполнитель: студент группы А-13-03 Ясенков Е.М.

Научный руководитель: к.т.н., доцент Меньшикова К.Г.

Раздаточный материал

Цель работы: разработка автоматизированной подсистемы решения учебных задач в условиях игровой ситуации и создание прототипа игровой программы, управляющей данной системой.

Решаемые задачи:

• Анализ существующих игровых программ;

• Разработка и исследование модели системы обучения на основе игровой ситуации;

• Разработка и исследование архитектуры автоматизированной системы на основе игровой ситуации;

• Реализация прототипа игровой программы, управляющей данной системой.

Структура работы:

В первой главе данной работы проводится исследование существующих игровых программ с целью применения игровой программной ситуации для обучения, идёт построение общей структуры игровых программ для обучения.

Во второй главе данной работы проводится исследование модели системы обучении на основе игровой ситуации, разработка сценария игрового обучения, моделирование информационной базы и построение основных алгоритмов разрешения игровой ситуации.

В третьей главе данной работы исследуется архитектура автоматизированной системы на основе игровой ситуации, разрабатывается общая архитектура такой системы, идет построение логической модели интерфейса системы и базы данных для нее, а так же разработка управляющей части данной системы.

В четвертой части данной работы разрабатывается программная реализация данной системы, идёт построение сценария работы пользователя с этой системой с ее тестированием на основе типичных ситуаций и вывод основных физических характеристик системы.

В заключении подводится итог о проделанной работе.

Общая структура игровых программ для обучения:

Для начала рассмотрим технологию разработки игр для современных персональных компьютеров.

Процесс создания таких игр состоит из следующих составляющих:

• написание сценария;

• разработка графики игры;

• разработка компьютерной программы, объединяющей вышеперечисленные компоненты в единое целое, называемое компьютерной игрой.

Построим общую структуру типичной компьютерной игры для обучения с точки зрения ее внутреннего устройства и функционирования во время игрового взаимодействия. На рисунке 1.1 представлена структура игровых программ для обучения.

Рисунок 1.1. Структура игровых программ для обучения

Разработка сценария игрового обучения:

На основе построенной структуры игровых программ для обучения разработан сценарий игры.

На рисунке 1.2 представлено игровое поле, на котором присутствуют следующие типы объектов:

• главный герой – объект, управляемый пользователем. Главный герой может перемещаться в ограниченном поле программы с помощью нажатий клавиш на клавиатуре;

• персонажи – объекты, которые напрямую связаны с процессом обучения – именно при встрече с этими объектами на игровом поле для продолжения игры главному герою требуется ответить на поставленный ими вопрос;

• вспомогательные объекты – объекты, которые не двигаются и нужны для построения разнообразного игрового поля, например – дерево.

Рисунок 1.2. Объекты игрового поля программы

Поле состоит из равносторонних клеток. Каждый объект занимает одну клетку. Главный герой может перемещаться только в соседние клетки, при условиях:

• это не конец поля

• соседняя клетка не занята вспомогательным объектом (главному герою запрещается движение в занятые клетки).

На рисунке 1.3 представлен сценарий игрового обучения в виде графа.

Рисунок 1.3. Сценарий игрового обучения

Основные алгоритмы разрешения игровой ситуации:

Для разработки системы обучения построим следующие основные алгоритмы:

• алгоритм движения героя (представлен в виде блок-схемы на рисунке 1.4);

• алгоритм управления героем посредством клавиатуры (рисунок 1.5);

• алгоритм тестирования знаний (представлен в виде блок-схемы на рисунке 1.6. Задаваемый вопрос выбирается из файла базы данных вопросов и ответов случайным образом);

Рисунок 1.4. Алгоритм движения героя

Рисунок 1.5. Алгоритм управления героем

Рисунок 1.6. Алгоритм тестирования знаний

Общая архитектура системы:

Архитектура системы обучения на основе игровой ситуации основана на связи с одной стороны – автора программы, с другой – конечного пользователя (обучаемого) через базу данных данной систем.

Автор программного продукта может управлять созданной программой, а также может просматривать и редактировать информацию базы данных (база сценариев, база вопросов и ответов, база исходных шаблонных ситуаций). То есть добавлять новые вопросы и ответы с пояснениями для тестирования, создавать и добавлять в базу новые сценарии и исходные шаблонные ситуации.

Обучаемый (он же – конечный пользователь) может управлять игровым процессом, выполняя различные действия согласно выбранному сценарию и загруженной из базы исходной шаблонной ситуации. Также играющему дается возможность отвечать на вопросы персонажей, получаемые из базы вопросов и ответов.

Общая архитектура данной системы представлена в виде схемы на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7. Общая архитектура системы

Разработка управляющей части:

Управляющая часть (так называемый монитор игровой системы) реагирует на действия пользователя просчитывая позиции объектов на игровом поле, управляет тестированием знаний пользователя, а так же ведет подсчет переменных, меняющихся в течение игрового процесса, и итоговой оценки знаний пользователя. Для этого используются рассмотренные выше основные алгоритмы.

Общая схема работы управляющей части представлена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8. Общая схема работы управляющей части

Сценарий работы пользователя с системой:

При запуске разработанной программы пользователь может:

• загружать доступную карту поля (файл исходной шаблонной ситуации);

• просматривать справочную информацию программы;

• начать играть;

• управлять главным героем;

• отвечать на вопросы персонажей;

• наблюдать статистику игрового монитора во время игры;

• получить итоговую оценку знаний в конце игры;

• завершить приложение.

Общий сценарий работы пользователя с системой отображен на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9. Сценарий работы пользователя с системой

Основные физические характеристики системы:

• программа состоит из нескольких динамических окон (главное окно, дополнительное окно для вывода вопроса и ввода ответа, диалоговое окно при открытии файла из базы шаблонных ситуаций);

• в программе реализовано динамическое создание объектов, а также их движение с прорисовкой объектов в виде картинок движения;

• реализована связь программы с информационной базой, содержащей базу вопросов и ответов, сценариев и шаблонных ситуаций;

• в программе созданы переменные для слежения за тестированием знаний пользователя (контроль ввода данных, подсчет очков и итоговой оценки знаний)

12