«Разработка мобильного тренажера по предмету «математика» для учащихся начальных классов»

К сожалению, на сегодняшний день не существует каких-либо конкретных стандартных инструментов разработки мобильных приложений. Каждый производитель пытается сделать операционную систему на устройстве уникальной и запоминающейся пользователю, и как следствие возникают проблемы совместимости между различными приложениями на разных операционных системах.

Компьютеры становятся все более «личными» с возможностью доступа к ним в любое время и из любого места. На переднем крае этого процесса стоят мобильные устройства, которые трансформируются в вычислительные платформы. Мобильные телефоны уже давно используются не только для разговоров - они могут быть использованы в течение определенного периода времени для передачи данных и видео. Мобильные устройства стали выполнять широкий спектр вычислительных общих задач, эти устройства могут стать новым 

поколением персональных компьютеров (ПК). Кроме того, даже ожидалось, что некоторые производители традиционных моделей ПК - в частности, ASUS, HP и Dell - сделают устройства, многие конструктивные параметры которых будут базироваться на операционной системе Android.

В ближайшее будущее, развитие и поддержка приложений для мобильных устройств будет наиболее востребованным на рынке программного обеспечения. Одним из видов таких приложений являются игровые тренажеры. Игровые тренажеры - обучающие и развивающие игры, преследуют конкретную цель - научить играющего чему-либо полезному. Такие игры предполагают вдумчивое и целенаправленное использование их для обучения.

Актуальность темы обусловлена потребностью в повышении эффективности образовательного процесса и качества математического образования за счет внедрения программных тренажеров в учебный процесс. В сфере математического образования существуют проблемы, связанные, например, с низкой мотивацией учащихся к обучению, сложностью составления задач, со сложностью контроля и оценке знаний учащегося и т.д. Тренажеры, в том числе и мобильные, являются одним из наиболее эффективных решений в данном вопросе.

Научная новизна работы заключается в разработке технологии по созданию программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android.

Объект исследования - технология создания программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android с использованием игрового движка Unity, редактора трехмерной графики Blender и графического редактора Figma.

Предмет исследования - мобильный игровой тренажер устного счета “Абстракцион” по математике для учащихся начальных классов на платформе Android. 

Целью данной работы является разработка технологии по созданию программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android с использованием игрового движка Unity, редактора трехмерной графики Blender и графического редактора Figma. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить актуальную информацию о разработке мобильных игровых приложений и компьютерных тренажеров по математике;

2. Проанализировать существующие мобильные игровые тренажеры по математике и сформировать требования к разрабатываемой системе;

3. Разработать технологию по созданию программных тренажеров в среде игрового движка Unity;

4. Спроектировать и реализовать мобильный игровой тренажер устного счета “Абстракцион” по математике для учащихся начальных классов на платформе Android.

Такое деление было обусловлено сложностью аппаратных средств и ограниченной доступностью дистрибутивов. Чтобы написать хоть сколько-нибудь сложную игру (под сложностью подразумевается возможность одновременно выполнять на экране несколько действий), требовалась существенная вычислительная мощность, которой обладали только дорогие портативные игровые консоли. Поскольку производители консолей также владели каналами распространения игр и хотели контролировать все и вся, получение разрешения на создание игр для их мощного оборудования представляло определенную проблему.

Однако с течением времени оборудование стало дешевле и для разработчиков открылись новые возможности. В 2008 году компания Apple открыла свой iPhone для разработчиков, a Google в том же году выпустила свою платформу Android. Спустя годы iOS и Android превратились в очень мощные платформы, а мобильные игры стали безгранично популярными видеоиграми в мире. Аналитическая компания Newzoo утверждает, что рынок игр (компьютерных, мобильных и прочих) по итогам текущего года достигнет отметки в 137,8 млрд, долларов, и самым крупным сегментом являются именно 

мобильные игры. По итогам года ожидается, что этот рынок достигнет отметки в 70,3 млрд, долларов, то есть на мобильные игры будет приходиться более половины всего рынка.

В наши дни под мобильными играми подразумевается одно из трех:

1. Простая игра с тщательно подобранными взаимодействиями, графикой и ограниченной сложностью, потому что эти аспекты лучше всего соответствуют архитектуре игр;

2. Более сложные игры, доступные для широкого круга устройств, от специализированных игровых консолей до смартфонов;

3. Мобильные версии игр, первоначально создававшиеся для консолей или персональных компьютеров.

Для понимания особенностей предметной области следует ввести некоторые, специфичные для области, понятия. Игровой процесс в игре, в том числе и мобильной, называется геймплеем (англ, gameplay). Он определяет, как игроки могут воздействовать на игровой мир, и как игровой мир реагирует на действия, совершённые игроками.

Сейчас практически все игры создаются на основе готовых игровых движков. Игровой движок (англ. Game Engine) - программное ядро комплексной программной системы (игры), содержащее базовую функциональность игры, но, при этом, не включающее код, специфичный для геймплейной функциональности конкретной игры. Иногда игровой движок разделяется на графический движок, физический движок, звуковой движок и т.д. Каждый из таких компонентов, является частью игрового движка. Типично, игровые движки являются более неспециализированными, чем конкретная игра, что позволяет повторно использовать их в разных проектах. Тем не менее, некоторые разработчики игр называют движком весь исходный код игры.

Действия в игровых движках описываются при помощи скриптов. Скрипт (англ. Script) - это программа или программный файл-сценарий, который автоматизирует некоторую задачу, которую пользователь делал бы вручную, используя интерфейс программы.

Для разработки приложения в качестве игрового движка был выбран Unity, так как он ранее изучался мной в процессе учебной деятельности. Кроме того, полнофункциональная версия движка (для проектов с низким годовым доходом) абсолютно бесплатна. Большое количество документации и уроков, доступных, в том числе, и на русском языке, позволил сократить время освоения среды игрового движка.

Умения работы в Unity будут полезны в будущем, так как он позволяет разрабатывать игры не только под систему Android, но также и под другие мобильные платформы, персональные компьютеры, консоли и прочие устройства. Unity постоянно совершенствуется, а его популярность у разработчиков неуклонно растет.

Результатом разработки стал мобильный тренажер под названием «Абстракцией», который дает возможность потренироваться в решении математических задач в игровой форме. Данное приложение рассчитано на школьников 1-4 классов, владеющих знанием основных арифметических действий. 

В результате работы над проектом были получены навыки поиска и анализа информации, планирования, письменного изложения и структурирования результатов разработки приложения.

7. Рэф Костер. Разработка игр и теория развлечений. - М.: ДМК-Пресс, 2018.-288 с.

8. Джон Меннинг, Пэрис Батфилд-Эддисон. Unity для разработчика. Мобильные мультиплатформенные игры. - СПб.: Питер, 2018. - 304 с.

9. Гультяев, А.К. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. - СПб.: Корона-принт, 2010 г. - 349 с.

10. Иванов, В.П., Батраков, А.С. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.

11. Бочков, М. Д. Основы ЗВ-моделирования. - СПб.: Питер, 2003. - 106 с.

12. НОУ Интуит. Виды диаграмм UML [Электронный ресурс]. URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/1007/229/lecture/5954. 

13. Проектирование программного обеспечения / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.com/ru/post/74330.

14. Отношения классов - от UML к коду / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.сom/ru/post/l 50041.

15. Создание персонажей в Blender и Unity / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.com/ru/post/422255.

16. Руководство Unity [Электронный ресурс]. URL: https://docs.un**y3d.com/ru.