Аннотация
Данная работа содержит анализ исследований, изучающих использование игр в образовательных целях, и описание создания модуля планирования и разработки игры «IT-менеджер» для обучения студентов навыкам командной разработки. Построены диаграммы UML для описания бизнес-процессов и взаимодействия системы. Создание приложения производилось в Microsoft Visual Studio 2015 с использованием языка программирования C# и технологии WPF для построения клиентского приложения.
Работа включает: 66 страниц формата А4 основного текста (3 главы), 31 иллюстрацию, 3 таблицы, 6 формул и 9 приложений.
Библиографический список содержит 22 источника.
Оглавление
Введение
Современное образование в области IT_технологий предоставляет для студентов и школьников теоретические знания, которые они получают из различных учебников и накопленных знаний преподавателей, а также практические уроки, целью которых является разработка программ, реализующих различные задачи, поставленные преподавателями. Существуют научные доказательства, что лекционные материалы гораздо меньше усваиваются обучающимися, в отличии от выполнения практических заданий [1]. Однако изучаемый материал еще лучше усваивается, если проводить занятия по принципу игры, так как игровая форма обучения соединяет в себе сознательную и чувственную форму восприятия информации и активное взаимодействие между учениками [2].
Игровые формы обучения позволяют активизировать умственную деятельность на решение сложных задач, и в связи с этим необходимо как можно больше добавлять в процесс обучения игровую составляющую.
В данной работе рассматривается сфера обучения студентов навыкам программной инженерии, где они должны разбираться как правильно вести IT-проекты в командной разработке.
Существует проблема, что игровой процесс обучения достаточно сильно зависит от знаний преподавателя и способности привлечь аудиторию к взаимодействию друг с другом. К тому же для проведения обучающей игры для большой аудитории, как правило, требуется увеличение количества времени на игру, либо добавление новых ведущих и ресурсов на тот же промежуток времени.
Частично решить данную проблему может внедрение в процесс обучения программы, которая представляет собой игру, построенную на базе ряда тем учебных дисциплин программной инженерии. В этой игре будет представлена гибкая методология командной разработки программного обеспечения, где на этапах планирования и разработки в зависимости от навыков работников и случайно происходящих событий будут меняться условия.
Объект исследования - обучение студентов навыкам командной разработки при помощи деловой игры.
Предмет исследования - программное средство, используемое для обучения управления программными проектами на этапах планирования и разработки.
Целью данной работы является создание модуля планирования и разработки игры «IT_менеджер» для обучения студентов навыкам программной инженерии и разработки программного продукта в команде.
Исходя из указанной цели, можно выделить следующие задачи:
1. Выполнить анализ исследований современных средств обучения с помощью игр, определить требования к разрабатываемой системе и изучить существующие аналоги, отражающие процесс разработки программного продукта.
1.1. Выполнить анализ исследований, изучающих использование обучающих игр, определить преимущества и главные аспекты, которые влияют на качество игр такого типа при их создании.
1.2. С учетом выявленных ограничений определить требования к разрабатываемому модулю планирования и разработки и составить техническое задание на его разработку.
1.3. Проанализировать и сравнить наиболее значимые обучающие игровые симуляторы, связанные с разработкой программных продуктов, выявить их достоинства и недостатки.
1.4. Выполнить анализ наиболее значимых и популярных методологий разработки программного обеспечения, сравнить их по ключевым параметрам и выбрать наиболее подходящую для использования в игре.
2. Выполнить проектирование модуля планирования и разработки.
2.1. Разработать алгоритмы для расчета ожидаемого и реального количества строк кода для разработки модуля и затрачиваемой длительности разработки и тестирования в зависимости от персональных характеристик выбранных работников.
2.2. Описать логику взаимодействия пользователя с программой и статическую структуру системы на этапах планирования и разработки.
3. Создать модуль игры «IT_менеджер» с использованием графического интерфейса и выполнить его тестирование.
3.1. Создать программный модуль, отвечающий за этап планирования и разработки.
3.2. Построить несколько сценариев использования программы, и проверить работоспособность разработанного модуля.
Для решения поставленных задач необходимо применить различные методы исследования. Теоретический анализ литературных источников позволит определить проблемы, которые были обнаружены ранее другими исследователями по данной тематике, и выделить преимущества, которые могут быть достигнуты при реализации рассматриваемой системы. Сравнение существующих решений даст понятие об их достоинствах и недостатках для будущего разрабатываемого приложения. А с помощью объектно-ориентированного языка программирования будет создан модуль для игры «IT_менеджер».
Практическая значимость результатов заключается в том, что разработанный модуль планирования и разработки будет использоваться в игре «IT_менеджер», которая будет обучать пользователей навыкам командной разработки по гибкой методологии.
Глава 1. Анализ и формализация требований
к разрабатываемому модулю
Тема данной работы направлена на создание игры для обучения пользователей командной разработке программных продуктов. Существуют стандартные способы обучения, где на занятиях преподаватель в начале рассказывает лекционный материал учащимся, а затем на практике они отрабатывают эти знания. В конечном итоге происходит проверка знаний при помощи прохождения обучающимися определенного теста, составленного преподавателем. Правильность его выполнения затем проверяется преподавателем и выставляется оценка для каждого обучающегося соответственно.
Заменить эту длинную цепочку событий может позволить внедрение в процесс обучения специализированной программы, которая способствовала бы получению новых знаний людьми и в конце выполняла бы проверку, насколько хорошо усвоен материал.
1.1 Обзор исследований, изучающих использование игр в обучении
Для привлечения людей к изучению нового материала используются специальные техники, которые представляют обучение в игровой форме, чтобы им было легче потреблять большой объем новой информации. Также при помощи этой игры можно сразу показать, как новый материал может быть применен на практике.
В последнее время распространенным способом для получения практических навыков используются деловые игры. Они являются своеобразным моделированием процессов и механизмов принятия решений, используя математическую и организационную модели. Применение таких игр в обучении способствует развитию профессиональных навыков обучаемых. Они учат защищать свою точку зрения, используя обоснованные аргументы, перефразировать и применять получаемую информацию и работать сообща. Также деловая игра способствует развитию социальных навыков в людях и воспитанию правильной самооценки.
В своем рассуждении А. А. Вербицкий говорит о деловой игре, как о симуляторе, создающем социальное и предметное содержание имитируемой профессии. Такая игра позволяет человеку столкнуться с теми процессами деятельности, которые могут проявиться в реальности. И, обнаружив проблему один раз, не допустить ее появление во второй [3].
Исследование ряда иностранных деятелей (Chang, Liang, Chou, Lin) [4] на наборе нескольких групп студентов общей численностью 103 человека, где 50 учеников использовали учебные материалы, основанные на игре, а другие 53 ученика использовали стандартные учебники для изучения материала, показало, что обучающаяся с использованием игры группа значительно больше получила опыта в изучаемой профессиональной деятельности, чем другая группа, не связанная с игрой. Группа, обучающаяся на основе игры, была более заинтересована, сконцентрирована и способна контролировать свое обучение, чем не участвующая в игре группа. Использование игры может быть эффективно для помощи обучающимся и мотивировать их изучать новый материал.
Этот вывод согласуется с некоторыми результатами других исследований, изучающих обучение на основе игры и получения профессионального опыта. Admiraal, Huizenga, Akkerman и Dam [5] обнаружили, что обучение на основе игры может улучшить опыт в рассматриваемой деятельности и взаимодействие учащихся средних школ. Choi и Baek [6] обнаружили, что мультимедийная виртуальная учебная среда может улучшить такой опыт среди старшеклассников в начальных школах. Kiili, Freitas, Arnab и Lainema [7] указали на тоже самое только среди студентов колледжа, а Liu, Liao и Pratt [8] предположили, что применение такого метода обучения может повысить стремление студентов к дистанционному обучению. Однако ранее эти исследования не сравнивали между собой обучение на основе игры и стандартное обучение по книгам.
Основная идея предыдущих исследований в области образования была также подтверждена другими авторами: Sung, Hwang, Lin и Hong. В своем исследовании [9] они разработали и внедрили экспериментальную игру для детей в начальной школе. Затем они проанализировали разницу обучения с использованием игры и без, и полученные результаты показали, что игровые сценарии, встроенные в образование, могут стимулировать мотивацию для изучения новых и глубоких знаний. Достичь этого можно постоянно улучшая игру, где лучшим способом сделать это является учет предпочтений каждого ученика. Также с каждым новым проведенным занятием с использованием этой игры можно накапливать статистику игры и отзывы пользователей о ней для исправления недочетов и внесения новых желаемых функций в программу.
В другой работе [10] исследователи анализируют влияние использования игры в обучении для внедрения ее в математические курсы. Они выдвигают утверждение, что для положительного влияния программы на мотивацию учащихся к обучению необходимо использовать специальные стратегии и методы. Одним из таких инструментов является добавление игровых подсказок для пользователя, которые могут помочь ученику в трудной и непонятной ситуации. Их целью является направить ученика на правильный выбор, когда он не может справиться самостоятельно. Самое главное - не сообщать ответ напрямую, а только давать подсказку, как достичь желаемого результата. Таким образом, даже если студенты не могут решить проблему самостоятельно, у них все еще есть энтузиазм после намека на правильное действие и вероятность успешного решения возрастет.
Учителя также могут играть важную роль в игре. По словам Becker [11], в качестве экспертных руководителей, они могут помочь ориентироваться в аспектах игры, а также наполнять игровой контент учебными материалами. Сочетание увлекательного геймплея и образовательной информации делает учеников удовлетворенными и их удовольствие зависит от успеха решения возникающих проблем в игре. Поэтому игра должна иметь трудности, которые преднамеренно препятствуют прогрессу или ухудшают условия игры, однако они должны быть в меру решаемыми, чтобы игрок не застрял на одном месте. Таким образом, студент постоянно будет стремиться улучшить условия в игровой среде, и он будет все больше радоваться, выполняя эту задачу.
Игры предоставляют хорошую возможность для людей воплощать свои идеи и мысли. Используя симулятор, они могут делать то, что невозможно в реальной жизни, и получать ответы на ранее неисследованные вопросы. Это дает свободу экспериментировать над некоторыми вещами, которые в реальности могли бы иметь за собой последствия, а также предоставляет широкие возможности для исследований, где можно четко контролировать и записывать каждое выполняемое действие над объектом исследования, а также собирать статистику для дальнейшего сравнения результатов, получения выводов, подтверждения или опровержения выдвинутых ранее гипотез.