Sborník soutěžních prací České a Slovenské národní finále Imagine Cup 2007, kategorie Software Design

Transkript

1 Sborník soutěžních prací České a Slovenské národní finále Imagine Cup 2007, kategorie Software Design Budova Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky, Karmelitská 8, Praha 1 Organizováno pod záštitou ministryně školství, mládeže a tělovýchovy České republiky, paní Dany Kuchtové. Sponzoři IMAGINE CUP 2007

2 IMAGINE CUP 2007

3 Jsem ráda, že můžu na půdě Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy přivítat studenty, kteří se rozhodli aktivně přistoupit ke svému vzdělání a svému osobnímu rozvoji a zapojili se do soutěže Imagine Cup. Velmi oceňuji podobné soutěže a projekty, které vedou studenty k samostatnosti, k přemýšlení nad praktickou aplikací toho, co se během svého studia naučí, které pomáhají studentům rozvíjet jejich potenciál. Takoví studenti jsou mnohem lépe připraveni pro praxi a jsou zárukou toho, že Česká republika směřuje ke společnosti založené na znalostech. Doufám, že svým příkladem motivují do budoucna více svých spolužáků a že jejich budoucí úspěch motivuje i další firmy působící v České republice, aby se aktivně zapojili do spolupráce se vzdělávacím sektorem a pomohly nám vychovat více talentovaných odborníků, kteří pomůžou rozvoji celé České republiky. Mgr. Dana Kuchtová Ministryně školství, mládeže a tělovýchovy České republiky IMAGINE CUP 2007

4 Microsoft Imagine Cup hledá způsob, jak zpřístupnit kvalitní vzdělání všem Microsoft pomáhá studentům po celém světě uskutečnit sny z oblasti využití moderních informačních technologií ve skutečném životě Tento rok již po čtvrté byl v České republice a na Slovensku vyhlášen nový ročníku studentské soutěže Imagine Cup, která podněcuje studenty k hledání netradičních postupů a technologií s cílem zlepšit kvalitu lidského života. Ročník 2007 nese téma: Představte si svět, v němž technologie zpřístupňují vzdělávání všem. Registrovaní účastníci se s mezinárodní konkurencí utkají prostřednictvím internetu. Soutěžní projekty bude v několika stupních hodnotit odborná komise. Její členové nejprve vyberou nejlepší projekty podle jednotlivých regionů. Tyto návrhy potom bude porota porovnávat na mezinárodní úrovni a vybere z nich finalisty, kteří se osobně zúčastní celosvětového finále v jihokorejském Soulu. Výjimku tvoří kategorie Softwarový návrh, která probíhá za osobní účasti řešitelů a vítězové lokálních kol postoupí přímo do Soulu. Nejlepší softwarový návrh bude také oceněn vyšší částkou než ostatní disciplíny, vítěze čeká odměna dolarů. Vítězové ostatních kategorií obdrží finanční ocenění ve výši amerických dolarů. Odměnou všem účastníkům jsou cenné zkušenosti z vývoje nových řešení a zvýšení jejich hodnoty a možnosti uplatnění na trhu práce, které s sebou úspěšná účast v soutěží Imagine Cup nese. Soutěž Imagine Cup Microsoft poprvé vyhlásil před čtyřmi lety. Počet doposud registrovaných účastníků, kteří pocházejí z více než 100 zemí světa, přesahuje hranici Loňský ročník byl úspěšný i pro české studenty, kteří zaujali svým navigačním systémem pro nevidomé a zrakově postižené. Jejich řešení využívalo technologii RFID a kapesního počítače s operačním systémem Windows Mobile pro usnadnění orientace nevidomých v neznámém prostředí. Soutěž Imagine Cup probíhá v následujících kategoriích, z nichž některé probíhají až do finále on-line způsobem: Technologické řešení Softwarový návrh vyžaduje od studentů technické znalosti a kreativitu při návrhu softwarového řešení aktuálního problému. Studenti musejí přijít s nápadem, na jeho základě vytvořit projekt a realizovat celý vývojový proces. Soutěžní návrhy hodnotí odborná porota podle stupně inovace, dopadu na cílovou skupinu a celkové efektivity. Této kategorie se soutěžící účastní osobně a z regionálního kola postupují přímo do celosvětového finále v Soulu. Embedded vývoj účastníci v této kategorii mají vyvinout funkční prototyp integrovaného zařízení s operačním systémem Windows CE, které bude možné využít k naplnění tématu letošního ročníku soutěže Imagine Cup. Webový vývoj úkolem pro studenty je vytvořit pomocí technologie ASP.NET inovativní vzdělávací web, který umožní přístup ke vzdělávání každému zájemci s připojením k internetu. Znalostní soutěže Projekt Hoshimi programátorský souboj, ve kterém se soutěžící snaží co nejrychleji naprogramovat chování a strategii předem specifikovaných postav v počítačové hře. Informační technologie kategorie, která ověřuje znalosti studentů v oblasti síťových, serverových a databázových technologií a schopnosti reálné analýzy a strategického rozhodování v IT prostředí. Algoritmy v této kategorii studenti soutěží v řešení logických problémů, algoritmických hlavolamů a programování. IMAGINE CUP 2007

5 Digitální umění Fotografie Prostřednictvím digitální fotografie jako jediného komunikačního prostředku mají účastníci soutěže vyprávět příběh z oblast školství a vzdělávání s cílem vyprovokovat dialog s publikem. Krátký film účastníci soutěže mají za úkol napsat scénář, natočit jej a sestříhat natočený materiál do podoby krátkometrážního filmu věnovaného aktuálnímu tématu soutěže Imagine Cup. Interface dizajnér úkolem této kategorie je motivovat studenty k vytvoření novátorského uživatelského rozhraní, které bude splňovat ergonomické požadavky a zároveň bude efektivní a vizuálně atraktivní. Dalibor Kačmář Academic Developer Evangelist, Microsoft Česká republika IMAGINE CUP

6 České a Slovenské národní finále Imagine Cup 2007, kategorie Software Design Soutěžní práce VUT Brno (Silent Books) 10 CommuniVision (CommuniVision) 14 Caffeine2Code (S.M.I.L.E) 19 IGraCzech (IGraCzech) 26 Tabule (COMBO) 31 Planetary team (Program o sluneční soustavě) 35 Resharpers (Omega) 39 QuestionOf42 (Universal Learning Studio) 45 IMAGINE CUP

7 Odborná komise soutěže Prof. Ing. Stojan Russev Ph.D., Ekonomická universita Bratislava Doc. RNDr. Petr Šaloun Ph.D., Ostravská univerzita Roman Russev, Microsoft Slovakia Pavel Matocha, Týdeník Euro Filip Gottwald, ATLAS.CZ, a.s. Tomáš Bobek, CÍGLER SOFTWARE, a.s. Monika Gáliková, Deník SME IMAGINE CUP

8 IMAGINE CUP

9 Silent Books Silent Books Tým Škola Mentor Řešitelé VUT Brno Vysoké učení technické v Brně, Fakulta informačních technologií Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D. Aleš Šturala Projekt Silent Books má za cíl neslyšícím osobám poskytnout informace ve znakové řeči. Proč? Znaková řeč je nativím jazykem takto postižených lidí. První jazyk, který se naučí je právě znaková řeč. Námi používaný jazyk jako například čeština je pro ně jazyk umělý, tito lidé nemůžou kvůli svému postižení tímto jazykem komunikovat, slova jsou pro ně pouze posloupnost znaků, jejichž zvukovou podobu narozdíl od zdravých lidí neznají což to je dosti podstatný problém, pokud se neslyšící lidé učí český nebo jiný mluvený jazyk. Projekt Silent Books si klade za cíl poskytnout neslyšícím lidem informace v pro ně nativním formátu což je velice důležité. Ve školách, kde neslyšící děti nedokážou přijímat informace ve formátu jiném než je právě znaková řeč, může tento projekt velice pomoci žákům při výuce. Problém je, že pokud tito lidé můžou komunikovat pouze v podobě gest, nemůžou si dané informace zaznamenat, odnést a studovat například doma. Řešení všech výše nastíněných problémů si klade za cíl projekt Silent Books. Silent Books využívá moderní počítačové technologie, pomocí kterých se snaží poskytnout informace ve znakové řeči graficky, v podobě gest. Výsledkem celého projektu je postava, renderovaný 3D model, který za použití skeletální animace ovládá znakovou řeč. Jak to funguje? Silent Books je projekt skládající se ze 3 propojených aplikací. Silent Book Player (PPC) Silent Book Creator Sign Creator IMAGINE CUP

10 Silent Books Silent Book Player (PPC) Cílem celého projektu je aplikace přehrávající informace ve znakové řeči na Pocket PC s Windows Mobile 5. Sluchově postižená osoba dostane Pocket PC s nainstalovanou aplikací Silent Book Player. Tuto aplikaci můžeme přirovnat k elektronické knize, kam si uživatel nejdříve nahraje data knihy (prakticky se jedná o data popisující jednotlivé animace), kterou si může následně přečíst ve znakové řeči. Jako v každé knize jsou i zde informace rozděleny do kapitol, takže uživatel si může nechat přehrát jen vybranou část, animaci může volně posunovat, pouštět nebo naopak zastavit. K dispozici má také znakovaný text. Jak se vytvářejí knihy? Silent Book Creator Pro vytváření knih ve znakové řeči slouží aplikace Silent Book Creator. Jedná se o jednoduchou aplikaci, kde se skládají jednotlivé znaky (znak = animace reprezentující slovo) za sebe tvořící ucelenou animaci znakovou řeč. Znak je pohyb rukou, který reprezentuje slovo nebo slovní spojení, jedná se o jednu animaci modelu a v tomto programu Silent Book Creator tyto animace skládáme za sebe... kde ale animace reprezentující jednotlivá slova získáme? Sign Creator V této aplikaci můžeme animovat model a ukládat tyto animace do XML formátu nebo exportovat do databáze. V této aplikaci se tedy vytváří animace jednotlivých znaků, se kterými se pracuje ve výše uvedených aplikacích. Celá aplikace je přizpůsobená pro vytváření slov ve znakové řeči aby doba vytvoření znaku byla co nejkratší. Použité technologie Renderování celé postavy zajišťuje Direct3D, jedná se o profesionální pokročilou technologii používanou zejména ve hrách. Pohyb modelu je řešen skeletální animací, která zajišťuje hladký a bezproblémový pohyb. Windows aplikace jsou napsané ve Windows Presentation Foundation a pro práci s databází byla použita technologie Linq. Znaky vytvořené v aplikaci Sign Creator exportuje data do databáze SQL Server 2005 nebo do XML formátu. K této databázi je připojena také aplikace Silent Book Creator, která z této databáze jednotlivé znaky načítá a zpracovává do jedné velké animace. IMAGINE CUP

11 Silent Books Silent Book Creator, Sign Creator.NET Framework 3.0 (Windows Presentation Foundation, C#) Managed DirectX 9.0 Web service SQL Server 2005 Linq Silent Book (Pocket PC).NET Compact Framework Managed Direct3D Mobile IMAGINE CUP

12 Communivision Communivision Tým Škola Mentor Řešitelé Communivision Hradec Králové Mgr. Čeněk Kodejška Tomáš Slavíček, Csaba Botoš Shrnutí: Na světě je mnoho vyspělých zemí s rozvinutou společností a dobrým sociálním zázemím. Přesto se odhaduje, že téměř miliarda lidí žije na pokraji chudoby, hodně dětí má špatný přístup ke vzdělání. Rozmach internetu v posledních letech umožnil mnoha zemím připojení do celosvětové sítě. Není ale pravidlem, že by jeho možností využívala každá škola pro efektivní výuku všech dětí. Náš projekt si klade za cíl být globálním systémem umožňujícím moderní vyučování dětí za pomoci počítačů. Styl práce s programem připomíná spíše hru. Přehledně navržená aplikace, příjemné barvy prostředí a jednoznačné ovládací prvky. Každé dítě má svoji virtuální osobnost, s vlastní fotografií, zálibami. Cílem je zahrnutí systému do školní výuky. Zaměřuje se na výuku na základní škole, hlavně na prvním stupni. Snaha je, aby každé dítě mělo několikrát týdně přístup k vlastnímu počítači v počítačové učebně. Aplikace využívá možnosti vzájemné komunikace, spolupráce při řešení problému. Děti mohou být rozděleny do dvou týmů, čehož lze využít k motivaci při řešení úloh a hraní logických her. Programy na klientských počítačích přehledně zobrazují všechny kamarády a jejich pozice na malých Zeměkoulích. Umožňují textovou komunikaci nebo zvukový konferenční hovor. Hlavní síla spočívá v dodatečných modulech stahovaných z učitelského serveru. Rozdělené do několika kategorií umožňují spustit týmové deskové hry, logické hry nebo speciální miniaplikace jako například kreslící tabuli, sdílený poznámkový blok nebo mapový software. Díky dokumentovanému rozhraní není problém přidat další moduly, například pro výuku konkrétních předmětů. S využitím navržené sítě serverových počítačů lze komunikovat nejen s přáteli z dané třídy, ale s lidmi z celého světa. Vyhledávat lze zadáním klíčových slov nebo procházením stromové struktury zemí, škol a tříd. Studentské aplikace jsou vždy lokalizované do jazyka dané země, je také umožněna textová komunikace s automatickým překladem. Systém dokumentovaných protokolů umožňuje vytvoření vlastní nadstavby. Popis klientské aplikace: S klientskou aplikací přicházejí do styku žáci, proto bylo jejímu návrhu věnováno hodně času. Grafika byla nakreslena a rozřezána v grafickém softwaru Adobe Photoshop. V programu se využívá průhlednosti formátu png24 při vykreslování pomocí GDI+. S využitím double bufferingu je obnovování svižné i na starších počítačích. Technologie byla takto zvolena právě s přihlédnutím na výkonnost aplikace na pomalejších strojích. Naprogramována je, stejně jako zbytek systému, v jazyce C# s využitím.net Frameworku 2.0. Vytvořili jsme několik nových ovládacích prvků, specifických pro tento projekt. Po startu nás uvítá obrazovka s možností nastavení profilu. Umožňuje grafickou úpravu kartičky uživatele, jako nastavení fotografie, barvy okraje atd. Vyplníme si naše jméno, zobrazovanou přezdívku, věk, pohlaví a případně záliby. Napíšeme světové jazyky, které ovládáme. Z nabízených možností si vybereme zemi, kde právě jsme, v ukázaném okně upřesníme naši pozici GPS. Do stejného dialogu se také můžeme dostat kliknutím na souřadnice naší polohy. Jako poslední si zvolíme, ve kterém chceme být týmu, vidíme, jak se dole změnila barva celého panelu. Při příštím spuštění už nebudeme muset nic vybírat, nastavení se ukládá do XML souboru a na server. Můžeme také tlačítkem Já jsem někdo jiný zvolit načtení profilu jiného uživatele. Rozdělení žáků do týmů může udělat i učitel na dálku. IMAGINE CUP

13 Communivision Přepnutím horní záložky se dostaneme k nastavení aplikace. Několika zaškrtávacími tlačítky si můžeme zapnout nebo vypnout zvuky aplikace, efekty stmívání oken nebo nastavit, co všechno se bude zobrazovat po startu (úvodní dialog, panel komunikace a informace od učitele). Program můžeme zobrazit na celou obrazovku, stejně jako pod heslem zakázat přepnutí se do Windows či nechtěné vypnutí aplikace. Jako hlavní ovládací prvek pro zobrazování dialogů slouží levý panel s několika ikonami. Od spodu první dvě slouží právě k editaci profilu a nastavení počítače. Kliknutí na třetí vyvolá okno pro hledání a přidání dalších uživatelů. Jeho dominantou je textové pole pro vyhledání lidí podle klíčových slov a velká plocha zobrazující stromovou strukturu dostupných škol a tříd v jednotlivých zemích. Tyto informace načítá aplikace z učitelského serveru, který si udržuje seznam ostatních dostupných škol. Malými ikonami je znázorněn typ uzlu, v závorce je u každého zobrazen počet žáků v dané zemi, městě, škole, třídě. Vybráním konkrétní skupiny vidíme seznam žáků, o každém si můžeme kliknutím zobrazit jeho informace. Několika tlačítky lze přidávat jednotlivé lidi do týmů, nebo si načíst celou skupinu. Druhá ikona od shora nabídne přidání další funkční komponenty do programu. V levém sloupci zobrazeného okna lze vybrat z několika kategorií her, kvízů a ostatních miniaplikací. Přesné rozdělení, stejně jako podrobný rozbor jejich funkce, bude ještě popsán. Po kliknutí na skupinu se v pravé části okna zobrazí nabídka dostupných modulů, vybráním je můžeme načíst do aplikace a ihned používat. Poslední ikona zobrazí okno s několika záložkami, s aktuálními informacemi od učitele, hlavní nápovědou k ovládání programu a údajem o autorech. Texty jsou ve formátu rich text file, takže obsahují barevně odlišené nadpisy atd. Nápověda je obdobou souboru readme.rtf pro klientskou aplikaci. Klientská aplikace krátce po spuštění, zobrazen dialog editace profilu: Pevně zahrnuté komponenty: Každá aplikace se skládá z několika nezávislých funkčních částí. Některé moduly jsou napevno zahrnuty v programu a nelze je odstranit. Při práci se potom využívá jejich možností. Nejvýraznějším prvkem jsou dva modely zeměkoulí. Aktivně zobrazují umístění kamarádů z týmu, s kolečkem jejich barvy na pozici jejich země, nebo jiného jimi nastaveného místa. Uživatel si může se Zemí libovolně otáčet, po najetí myši na bod se zobrazí informace o člověku. Po přidání nové osoby se Země automaticky natočí na její pozici, případně vycentruje, aby zobrazila všechny dosavadní body. Zahnutými linkami po povrchu koule zobrazí animaci aktuální komunikace mezi lidmi. Další podstatnou součástí je panel komunikace na pravé straně obrazovky. Dole si můžeme přepínat mezi několika druhy dorozumívání. Základní textové umožňuje odeslat až 500znakové zprávy konkrétním lidem, učiteli, zvolenému týmu, nebo úplně všem. Ukazatel zobrazí, kolik zbývá znaků. Po odeslání kliknutím na tlačítko nebo klávesovou zkratkou se zpráva zobrazí ve sloupečku spolu se jménem, časem IMAGINE CUP

14 Communivision a fotografií. Najetím myší získáme další informace o člověku, který ji odeslal. Pravým tlačítkem můžeme zkopírovat text příspěvku. V případě více záznamů se zobrazí šipky umožňující posuv zpráv. Po změně velikosti okna se pořadí efektivně přeuspořádá. Celý panel můžeme skrýt kliknutím na malou šipku na straně. Druhá spodní záložka umožní textovou komunikaci s automatickým překladem. Využívá podobnosti psaných slov a frází s přiloženým překladovým souborem. V základu je implementován jednoduchý česko-anglický převod a přiložen návod, jak můžou další státy přidat svůj jazyk. Samotný náš text se odesílá stejně, překládají se příchozí zprávy přijaté z jiných jazyků. Jako posouzení se bere lokalizace programu. Poslední volba nabídne zvukovou komunikaci formou konferenčního hovoru. Několika tlačítky si můžeme přidávat a odebírat jednotlivce, se kterými chceme hovořit, nebo jen ztlumit zvuk u konkrétních lidí. Program přehledně zobrazuje časy všech hovorů. Lze nastavit hodnotu maximální hlasitosti, aby se zabránilo poškození sluchu. Pro spojení se využívá již hotových knihoven pro přenos zvuku, optimalizuje se datový tok. Zbývajícími prvky charakterizujícími aplikaci jsou samotné karty uživatelů s fotografií a přezdívkou. Po najetí myší se zvětší a zobrazí bublinu s podrobnými informacemi, jeho zálibami atd. Vidíme zde například, ze které je země spolu s vlajkou a základním popisem (rozloha, počet obyvatel atd.). Karty jsou seřazené na dvou panelech podle týmu, můžeme je navzájem přetahovat. Pokud je lidí více, zobrazí se šipka umožňující jejich posuv pro možnost postupného zobrazení všech. Na horním panelu je ještě několik tlačítek ovládajících aplikaci pro zobrazení nápovědy, roztažení okna na celou obrazovku a uzavření aplikace. Dodatečné moduly: Do aplikace můžeme přidávat další komponenty poskytující nové funkce a využívající týmové spolupráce. Po zobrazení dialogu vidíme, že mohou být rozdělené do několika kategorií: Týmové deskové hry umožní hraní her s předem danými pravidly dvou týmů proti sobě, například šachy, dámu, piškvorky a další. Logické interaktivní hry rozvíjejí spolupráci, každý z týmu má jen některé dílky, na společné ploše se snaží vyřešit úkol dříve než druhá skupina. Počítá se čas a mohou vidět náhled řešení druhého týmu. Úkolem může být stavba věže, logický hlavolam nebo například skládanka puzzle. Další kategorií jsou logické kvízy připravené učitelem. Předposlední dvě jsou obecné získávání a sdílení informací. Pod získávání patří například naučný modul o zemích světa nebo miniaplikace zobrazující mapu. Sdílené informace vidí všichni, proto se sem řadí kreslící tabule, společný poznámkový blok nebo náladoměr. Poslední složka je nejobecnější zahrnuje ostatní komponenty. Je jen na tvůrci každého pluginu, do které kategorie ho zahrne. Hlavním pilířem systému je komunikace, nejen mezi studenty, ale i mezi jednotlivými komponentami. Proto bylo nutné navrhnout dorozumívání vesměs univerzální a maximálně flexibilní. Především po větším rozšíření aplikace bude mít libovolný vývojář možnost vylepšit ji o vlastní moduly napsané v.net. Výsledkem je knihovna Communivision.NetLib, která obsahuje kompletní třídy a metody pro práci se síťovým spojením. Je v ní mimo jiné obsažená také abstraktní třída protocol, od které jsou odvozené všechny protokoly komponent. V případě vývoje pluginu, který bude používat síťovou komunikaci, se vyžaduje při použití vlastního protokolu podědit ho od této bázové třídy. Pro vývojáře bude uvolněna programátorská dokumentace, ve které bude popsané rozhraní pro vytvoření vlastního pluginu, jednoduchý příklad hotového rozšíření a návod jak implementovat vlastní protokol. Síťová koncepce Centrální server: Celá síťová architektura komunikace by se dala rozdělit na 3 skupiny klienti (studentské počítače), učitelské servery a hlavní server, který udržuje Communivision v centralizované podobě. Zastává hned IMAGINE CUP

15 Communivision několik funkcí, které většinou obstarává pomocí webových služeb jmenovitě skladiště ověřených pluginů aplikace, jazykové lokalizace, seznam nových aktualizací a SQL databázi dostupných klientů. V neposlední řadě také poskytuje možnost propojení mezi klienty, kteří se vzájemně nevidí (tzn. pokud ani jeden z nich nemá veřejnou IP adresu). Může běžet několik záložních serverů. Běžné školy jejich instalaci nedostávají. Učitelský server: Kantorská aplikace neboli vlastně serverová část, na kterou se připojují studenti, obsahuje vlastní grafické rozhraní, které je podobné jako mají žáci. Má rovněž podporu pro přidávání pluginů. Vyučující zde zastává roli správce, má možnost vzdáleně nainstalovat studentům rozšíření, které si za pomoci webové služby vyhledá a popřípadě automaticky stáhne z centrálního serveru. Zrovna tak má právo některé moduly zakázat (například při zkoušení textovou komunikaci). Z technického hlediska na pozadí běží síťový server, který přijímá a řídí komunikaci klientů. Informuje hlavní server o změně stavu třídy resp. jednotlivých žáků. Dále pokud si ověří, že sám má veřejnou IP adresu, tak mu ji také sdělí pro případné usnadnění komunikace i mezi geograficky vzdálenými třídami. Dalo by se říci, že zastává funkci routeru na aplikační vrstvě, protože předává spojení jak mezi svými klienty v rámci lokální sítě, tak i v případě komunikace s kamarády například z jiného města. Aktivně zjišťuje dostupnost připojení. Samotné určování je poměrně jednoduchý proces, zahájí komunikaci s centrálním serverem, pomocí webové služby zjistí která ze 2 stran má v jeho hlavní SQL databázi uloženou dostupnou veřejnou IP adresu. Pokud ji má alespoň jeden, zahájí se přímá komunikace mezi těmito dvěma servery. Ty už si zajistí doručení paketu k cílové stanici (na schématu červená cesta). Jinak se zahájí prakticky identický proces, ale veškerá data budou hierarchicky doručena přes hlavní server. (klient1 učitelský server1 hlavní server učitelský server2 klient2) na schématu delší modrá cesta. Studentská aplikace: Posledním, ale nejrozšířenějším členem celé architektury jsou studenti. Jejich aplikace umožňuje dva způsoby jak si nastavit připojení k serveru. Jednak klasicky ručně zadat IP adresu v nastavení nebo dalším tlačítkem automaticky najít učitele na síti pomocí broadcastu. O to se při prvním spuštění pokusí automaticky. Po navázání spojení se klient přihlásí pomocí uživatelského jména a hesla, pokud přihlašovací údaje nemá, tak je získá u vyučujícího. Ten ve své aplikaci provede přidání žáka do své virtuální třídy a vygeneruje jednorázové heslo, které si student při prvním přihlášení změní. Proces přihlašování nebo změna hesla je zabezpečený šifrovanou komunikací pomocí SSL zabraňující možnost odposlechnutí. Jelikož klient komunikuje pouze s učitelským serverem, tak veškerá nastavení nebo změny profilu posílá právě jemu a ten se stará o další zpracování jako uložení na hlavní server, či zajištění spojení s jiným spolužákem. IMAGINE CUP

16 Communivision Napojení do systému: Kompletně dokumentované jsou i síťové protokoly mezi klienty a učitelským serverem. Je možné si naprogramovat vlastní aplikaci zapojenou do systému, která bude využívat všech možností standardního klientského programu nebo přidávat nové funkce. Jako jeden z možných návrhů je využití mobilních telefonů například ke kontrole nových úkolů. Prezentována bude aplikace pro kapesní počítače, přes bezdrátovou sít WiFi umožní kontrolu zpráv od učitele, zobrazení dostupných kamarádů, odesílání textových zpráv. Technologie: Aplikace byla napsána celá v jazyce C# 2005, využívá běhového prostředí.net Framework 2.0. Je rozdělená na spouštěcí soubor a několik samostatných komponent.dll. Jednotlivé moduly byly napsány v angličtině, s popisem a komentáři. Všechny rozhraní jsou dokumentovaná. Grafické, zvukové a lokalizační soubory jsou striktně oddělené od programu, ten si je načítá z několika složek. Jednotlivé ikony a programové zvuky jsou z největší části vlastní tvorba, nebo bylo využito volně dostupných knihoven na internetu. Výsledná distribuce pro školy zahrnuje dva adresáře (klient a učitelský server) spolu se soubory readme a nápovědou k nastavení a ovládání programu. Nemusí se instalovat, stačí nakopírovat složku (obsahující i nastavení) na klientské počítače a vytvořit zástupce. Klientská aplikace zobrazená na celou obrazovku s ukázkou hlavních dialogů: IMAGINE CUP

17 S.M.I.L.E.: Smart Multipurpose Interactive Learning Environment S.M.I.L.E.: Smart Multipurpose Interactive Learning Environment Tým Škola Mentor Řešitelé Caffeine 2 Code Slovenská technická univerzita prof. Mária Bieliková Marko Divéky, Peter Jurnečka, Rudolf Kajan, Ľuboš Omelina Úvod Vzdelávanie nás sprevádza celý život. Avšak schopnosti jednotlivcov sú rôzne. Zároveň sú rôzne aj potreby a z toho vyplývajúce prístupy pre jednotlivé vekové skupiny. Našou cieľovou skupinou je snáď najproblémovejšia skupina študujúcich žiaci, študenti vo veku približne rokov. Problémová preto, že v tomto veku býva často náročné zapojiť deti do vzdelávania. Na druhej strane je to obdobie, kedy sa z detí stávajú dospelí a každá pomoc práve v tomto období je veľmi dôležitá. O to viac, že sa zameriavame na všetky deti, zdravé a aj tie so zdravotným postihnutím. Všetci potrebujú prístup k vzdelávaniu. Sme presvedčení, že umožnením spolupráce, aj zdravých so zdravotne postihnutými, dodávame vzdelaniu ďalšiu dimenziu tú ľudskú, ktorá má vplyv na ďalšie pôsobenie jednotlivcov a aj kolektívov. Mať vedomosti je dôležité, ale vedieť ich aj správne použiť, chápať a vnímať rozdielnosti ľudí okolo nás je nemenej dôležité ako samotné formálne vzdelávanie. V dnešnej dobe sú žiaci obklopení veľkým množstvom rôznych vzdelávacích materiálov, napr. multimediálnymi encyklopédiami alebo interaktívnymi návodmi. Väčšina z nich sa vo voľnom čase hrá počítačové hry. Na druhej strane veľa detí práve vo veku rokov sa nerady učí. Napriek tomu, že existujú výnimky, motivácia je v tomto veku veľmi dôležitá. Práve počítačové hry sú výborným motivačným prostriedkom 1. Avšak dnešné najpopulárnejšie počítačové hry majú ďaleko od toho, aby vzdelávali. Hrám priamo určeným na vzdelávanie chýba nielen vzrušenie z populárnych hier, ale aj neumožňujú učiteľom bez znalosti programovania meniť ich scenár. Navyše takéto hry nie sú prístupné vo väčšom rozsahu postihnutým žiakom. Navrhli sme systém S.M.I.L.E. (Smart Multipurpose Interactive Learning Environment), ktorý predstavuje unikátne riešenie pre vyššie uvedené problémy. Tento systém spája výhody interaktívnych vzdelávacích materiálov a populárnych počítačových hier tak, že umožňuje učiteľom jednoducho a efektívne transformovať študijné materiály do napínavých trojrozmerných vzdelávacích hier, ktoré môžu hrať všetci zdravé deti a aj tie so zdravotným postihnutím. Základná funkcionalita systému S.M.I.L.E. umožňuje učiteľom vytvoriť alebo importovať rôzne študijné materiály do zdieľanej bázy vedomostí (pozri obr. 1), ktorú zdieľajú viaceré školy. Systém umožňuje učiteľom samým vytvoriť 1 BBC News: Computer games motivate pupils. BBC, (2006). Feller, B.: Video games can reshape education. Associated Press, (2006). IMAGINE CUP

18 S.M.I.L.E.: Smart Multipurpose Interactive Learning Environment vzdelávacie hry, ktorými sa precvičujú či skúšajú vytvorené študijné materiály. Rozhrania sú navrhnuté tak, že poskytuje vzdelanie pre všetkých aj pre zdravotne postihnutých žiakov (napr. pre zrakovo alebo sluchovo postihnutých). Editor vedomostí. Vzdelávacie materiály sa vytvárajú alebo importujú pomocou editora vedomostí. Je to plnohodnotný WYSIWYG editor, ktorý sme špeciálne navrhli pre zjednodušenie a zefektívnenie tvorby multimediálnych materiálov pre vzdelávacie hry vytvorené systémom S.M.I.L.E.. Jednou z veľmi užitočných funkcií editora, ktorú ocenili v našom prieskume na základnej a strednej škole pre zdravotne postihnutých, kde sme konzultovali požiadavky, je možnosť automatického vyhľadávania multimediálnych materiálov (obrázkov, videí a zvukov) na Internete, ktoré súvisia s témou práve editovaného študijného materiálu. Zvolené elementy môžu byť jednoducho vložené (rešpektujúc autorské práva) do aktuálneho učiva metódou drag n drop. Editor hier. Učitelia môžu kolaboratívne editovať a zdieľať uložené študijné materiály pre vzdelávanie svojich žiakov. Čo je dôležitejšie, učitelia môžu sami vytvoriť vlastné vzdelávacie hry založené na týchto materiáloch pomocou editora hier. Vytvorené hry sú trojrozmerné, podporujú súčasné hranie viacerých hráčov, sú plne interaktívne a založené na dnes najpopulárnejšom žánri počítačových hier Role-playing Games 2. S.M.I.L.E. umožňuje učiteľom vytvárať vzdelávacie hry dvoma spôsobmi vizuálne, kedy učiteľ zadefinuje celý koncept hry a automaticky, kedy systém sám vytvorí hru na základe parametrov zadaných učiteľom. Herný server. Všetky hry vytvorené v S.M.I.L.E. prebiehajú na hernom serveri. Tento komponent zabezpečuje synchronizáciu a riadenie činnosti jednotlivých hráčov (t.j. synchronizáciu ich pohybu po mape keďže jednu hru môžu hrať aj viacerí hráči súčasne, dodržiavanie logiky hier podľa ich scenára uloženého v lokálnej báze Napriek tomu, že vizuálny prístup k tvorbe hier robí náš projekt inovatívnym, je to práve automatické generovanie hier na základe parametrov daných učiteľmi čo robí zo S.M.I.L.E. jedinečné a revolučné. dát, zhromažďovanie štatistických údajov z hrania hier a ich priebežné posielanie webovej službe so štatistikami, atď.). Herný server taktiež v sebe zahŕňa aj rozhranie, ktoré umožňuje navzájom rovnocenné spoločné hranie sa zdravých žiakov so zdravotne postihnutými. Obr. 1. Prehľad systému S.M.I.L.E. 2 Roleplay.org: Role-playing Game Introduction. IMAGINE CUP

19 S.M.I.L.E.: Smart Multipurpose Interactive Learning Environment Uloženie údajov. Vytvorené hry sú spolu s potrebnými mapami, textúrami, modelmi a zvukmi uložené na hernom serveri, pričom študijné materiály, úlohy a herné objekty sú, spolu s ich vzájomnými vzťahmi, sú uložené v lokálnej báze dát, kam sa skopírujú zo zdieľanej bázy vedomostí pomocou editora vedomostí. Tento mechanizmus nielen redukuje požiadavky na zdieľanú bázu vedomostí čo by sa eventuálne mohlo stať úzkym hrdlom systému pri zapojení veľkého počtu škôl a učiteľov, ale aj zaručuje, že potrebné študijné materiálny sú vždy dostupné aj v prípade straty alebo nedostupnosti spojenia so zdieľanou bázou vedomostí. Prehliadač vedomostí. Na podporu procesu učenia je k dispozícií prehliadač vedomostí, pomocou ktorého môžu prezerať všetok študijný materiál vo formáte, ktorý sa prispôsobuje individuálne každému žiakovi (čo je dôležité najmä pre použitie systému zdravotne postihnutými žiakmi, ale aj pre rozlíšenie rôznych preferencií jednotlivých používateľov). Prehliadač umožňuje žiakom vyhľadávať v študijných materiáloch pomocou kľúčových slov, fulltextovo, i prezeraním vzdelávacích materiálov určených pre kurzy, ktoré žiaci navštevujú. Prehliadač vedomostí je taktiež dostupný aj počas hry, čo znamená, že v prípade problémov so splnením úlohy má žiak možnosť prezrieť si relevantný študijný materiál bez nutnosti prerušenia hry. Štatistiky. Webová služba zhromažďujúca štatistické údaje nepretržite zbiera informácie o priebehu hrania hier pre každého žiaka (napr. ktoré úlohy žiak úspešne vyriešil a ktoré nie spolu s počtom chybných pokusov a množstvom času, za koľko danú úlohu dotyčný žiak vyriešil). Vďaka tomu, že S.M.I.L.E. eviduje väzby medzi študijnými materiálmi a úlohami, ktoré žiaci riešia a faktu, že jednotlivé vzdelávacie materiály sú zaradené do predmetov, umožňuje odhadnúť mieru zvládnutia jednotlivých predmetov pre každého žiaka. Štatistiky možno prezerať s využitím prehliadača štatistík (alebo ľubovoľného Internetového prehliadača). Sú prospešné nielen pre učiteľov, ale aj pre žiakov a ich rodičov. Čo je viac, systém S.M.I.L.E. pomáha zlepšovať úroveň vzdelania žiakov okrem iného aj takým spôsobom, že ich automaticky usmerňuje plniť úlohy založené na predmetoch, ktoré dotyčný žiak ovláda najmenej. Kľúčové koncepty Systém S.M.I.L.E. vychádza z viacerých konceptov, ktoré určujú poskytované funkcie. Najdôležitejšie a najzaujímavejšie z nich sú bližšie opísané nižšie. Uloženie, reprezentácia a formátovanie študijných materiálov Materiály určené na vzdelávanie vedomosti sa kopírujú zo zdieľanej bázy vedomostí a sú uložené v lokálnej báze dát. Obsahujú čokoľvek od formátovaného textu a odrážok po obrázky, videá, zvukové nahrávky a iné typy multimediálnych materiálov, napríklad Macromedia Flash elementy. Každý materiál je reprezentovaný v XML formáte, ktorý sme navrhli špeciálne pre tento účel. Ako dôsledok toho, že navrhnutý formát oddeľuje obsah materiálov od ich formátovania, umožňujeme každému používateľovi systému si individuálne nastaviť ako má vyzerať prezentácia vzdelávacích materiálov v prehliadači vedomostí (napr. žiaci s postihnutým zrakom si môžu zvoliť veľkosť písma v materiáloch a mať všetky multimediálne elementy zobrazené väčšie, nepočujúcim žiakom sa ukazujú titulky pri každom videu či audio nahrávke). Každý používateľ má svoj vlastný profil, ktorý obsahuje aj jeho preferencie, na základe ktorých formátuje prehliadané vzdelávacie materiály komponent prehliadač vedomostí, a tiež aj jeho upravená verzia fungujúca v rámci hier a to individuálne pre každého používateľa. Tieto preferencie obsahujú rôznorodé formátovacie parametre, ako napríklad typ písma použitého na zobrazovanie textu spolu s jeho veľkosťou i farbou, farba pozadia dokumentu a veľkosť zväčšenia zobrazovaných multimediálnych prvkov. Používatelia systému si môžu vybrať z už preddefinovaných profilov formátovacích parametrov, prípadne tieto profily ďalej upravovať. Mechanizmus formátovania študijných materiálov podľa preferencií používateľov je znázornený na obr.2. Nastavenia slúžia ako vstupné parametre pre príslušné XSL transformácie, t.j. pre transformáciu do formátu HTML (ktorý používa komponent prehliadač vedomostí) a pre transformáciu do formátu IMAGINE CUP

20 S.M.I.L.E.: Smart Multipurpose Interactive Learning Environment používaného v hernej verzií prehliadača vedomostí. Vďaka tomu, že aj študijné materiály aj formátovacie nastavenia prehliadačov vedomostí sú uložené vo formáte XML, možno ich nahradiť (s oboma XSL transformáciami) aj inou XML reprezentáciou v prípade, že požiadavky na systém rapídne vzrastú alebo skrz integráciu s inými už existujúcimi bázami vedomostí, vrátane štandardov pre e-vzdelávanie, ako sú LOM, SCORM a ďalšie. Obr. 2. Mechanizmus formátovania študijných materiálov. Model vzdelávacích hier V systéme S.M.I.L.E. sme ako model vzdelávacích hier použili žáner RPG (angl. Role-playing Games), ktorý v dnešnej dobre predstavuje najpopulárnejší žáner počítačových hier. RPG hry sú pútavé, blízke reálnemu svetu, jednoducho sa ovládajú (nevyhnutné pre zdravotne postihnutých žiakov) a umožňujú efektívnym a praktickým spôsobom vzdelávať. Rozhodli sme sa dať prednosť trojrozmernej forme hier, nakoľko dvojrozmerné hry už v súčasnosti boli vo všetkých smeroch prekonané a nahradené trojrozmernými hrami. Tie naviac podporujú rozvíjanie a trénovanie priestorovej pamäte, čo je dôležité pre všetkých, no najmä pre ľudí s postihnutím zraku. Návrh a vývoj trojrozmernej hry síce výrazne zvýšil nároky na vývoj systému a vyžaduje aj znalosti z oblasti počítačovej grafiky, ktoré bolo treba zvládnuť, ale na druhej strane umožnil naplnenie cieľov vo vzdelávaní, čo ocenili aj žiaci, ktorým sme hru predvádzali, a ktorí nám pomáhali s vyhodnotením koncepcie systému. Žiaci majú možnosť vzdelávať sa nielen hraním hier vytvorených ich učiteľmi (ktoré sa skladajú z úloh buď priamo zvolených učiteľmi, alebo z úloh vybraných systémom S.M.I.L.E. na základe parametrov určených učiteľmi), ale aj hraním sa a plnením úloh vo virtuálnom svete, ktorý pozostáva zo všetkých úloh uchovaných v systéme a ich autormi označených ako verejné. Jediný rozdiel medzi hrami vytvorenými učiteľmi a spomenutým virtuálnym svetom je ten, že hry môžu obsahovať úlohy označené ako privátne. Vychádzame z toho, že je dobré najskôr povzbudiť žiakov k trénovaniu a vzdelávaniu sa prostredníctvom 3 Fallon, C., Brown, S.: E-Learning Standards: A Guide to Purchasing, Developing, and Deploying Standards- Conformant E-Learning. CRC Press, (2002). 4 Kim, J.: Educational Uses of Role-Playing Games. 5 NewScientist.com: Video game may help detect depression. IMAGINE CUP