IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Математический тренажер "Умник"

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Молев Л.А. 1

---

1МБОУ Лицей №8

Борщева Л.В. 1

---

1МБОУ Лицей № 8

Работа в формате PDF

3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Паспорт проекта

Введение

Начиная со второго класса, мы начали учить таблицу умножения. Сначала мы учили ее по очереди на каждое число, потом всю целиком. Это оказалось непростой задачей – нужно тренировать память и устный счет, и делать все очень быстро, чтобы успевать решать примеры.

На дополнительных занятиях в школе я занимаюсь программированием на языке Scratch, и я подумал, что с его помощью я смогу написать программу, с помощью которой можно обучаться решению математических примеров в простой и наглядной форме. Так и появилась идея моего проекта.

Цель моего проекта – написать программу, с помощью которой можно обучаться решению математических примеров в простой и наглядной форме

Задачами моего проекта являются:

1. Подготовка к разработке программы.

2. Разработка алгоритма и написание программы-тренажера.

3. Тестирование программы и оформление проекта.

Подготовка к разработке программы

Прежде чем начать разработку программы я решил узнать, что должно быть в программе, которая поможет обучению математике. Для этого я составил список вопросов:

«На какую оценку вы знаете таблицу умножения?» (3, 4, 5)

«Вы хотите знать её ещё лучше?» (да/нет)

«Вы хотите уметь решать примеры на все математические действия?» (да/нет)

«Вы хотите учиться математике с помощью современных компьютерных технологий?» (да/нет)

Я провел опрос среди своих одноклассников (в тот день в школе было 33 человека), и вот какие результаты получились:

18 человек таблицу умножения знают на «5», 12 человек – на «4», 3 человека – на «3»;

почти весь класс хочет улучшить свои знания таблицы умножения, так ответили 29 человек (88% опрошенных);

почти все хотят знать не только таблицу умножения, но и уметь решать примеры на любые математические действия, так ответило 31 человек (94% опрошенных);

использовать компьютерные технологии для обучения хотят 23 человека, остальные 10 либо не знают, как именно можно обучаться с помощью компьютера, либо не используют его для обучения.

В виде диаграммы результаты опроса одноклассников показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Результаты опроса одноклассников
(1…4 – номера вопросов)

В результате проведенного опроса я понял, что почти все мои одноклассники оценивают свои знания по математике очень высоко (30 человек на «4» и «5»), но, несмотря на это, хотят улучшать свои знания. К тому же, очень многим будет интересно использовать компьютер для обучения математике. Из всего этого я сделал вывод, что если я сделаю компьютерный тренажер, то его будут использовать для обучения и тренировки своих знаний.

Структура компьютерного тренажера

Чтобы разработанный тренажер можно было использовать для обучения, в нем должны быть два режима – «Обучение» и «Контроль».

В режиме «Обучение» будут показываться вопросы и ответы на примеры, без учета времени на ответ, а режиме «Контроль» оцениваться время решения и количество правильных ответов.

Для удобства работы нужно сделать выбор математического действия (сложение, вычитание, умножение, деление) и числа, которое будет в это действие включено. Еще нужно сделать несколько уровней сложности, которые можно выбирать по желанию.

А чтобы проверять знания, в тренажере необходимо сделать выставление оценок за ответы.

Исходя из этого, получилась следующая структура компьютерного тренажера:

главное окно (рисунок 2);

окно режима обучения (рисунок 3);

окно контроля (рисунок 4).

На главном окне можно выбирать действие, число, включенное в действие, запускаются «Обучение» и «Контроль».

В окне «Обучение» показывается вопрос с примером, ответ на пример (через 5 секунд, если не было ответа), если ответ правильный – показывается весёлая картинка, если неправильный – грустная.

В окне «Контроль» показывается вопрос с примером, сколько примеров всего и сколько решено, количество ошибок, а также оценка за ответы. В программе есть 4 уровня сложности, отличающиеся количеством примеров и временем, заданным на контроль:

«Легкий» – 10 примеров;

«Нормальный» – 10 примеров, одна минута;

«Эксперт» – 25 примеров, две минуты;

«Когтевран» – 50 примеров, 4 минуты.

Рисунок 2 – Главное окно тренажера

Рисунок 3 – Окно режима «Обучение»

Рисунок 4 – Окно режима «Контроль»

Программы в языке Scratch состоят из графических объектов, которые называются «спрайты» [1, 2]. Каждый элемент тренажера представлен отдельным спрайтом. Все спрайты можно разделить на следующие группы:

запуск и остановка тренажера;

выбор параметров и режима работы;

отображение вопросов и проверка ответов.

В первую группу входят спрайты, приведенные на рисунке 5:

«Обучение», «Контроль», которые запускают тренажер в выбранном режиме и задают по очереди примеры;

«Таблица» – показывает таблицу умножения;

«Крестик» – останавливает тренажер и переходит на главный экран.

«Обучение», который запускает режим обучения и задает по очереди примеры.

Рисунок 5 – Спрайты запуска и остановки тренажера

Спрайты второй группы приведены на рисунке 6, они выполняют следующие действия:

«Число» – определяет, какое число будет использоваться в примерах: выбранное пользователем или случайным образом;

Рисунок 6 – Спрайты выбора параметров и режима работы тренажера

«Действие» – задает математическое действие (сложение, вычитание, умножение, деление), также заранее или случайным образом;

«Уровень» ­– выбор уровня сложности.

Отображение вопросов и проверка ответов производятся с помощью спрайтов, показанных на рисунке 7, включающих:

«Вопрос» – выбирает математическое действие (сложение, вычитание, умножение, деление), создает пример и показывает ответ (в режиме «Обучение»);

Рисунок 7 – Спрайты отображения вопросов и проверки ответов

«Правильно»/«Неправильно» – отображаются в режиме «Обучения» в зависимости от ответа;

«Wizard» – задает вопрос для выбора числа в действии;

«Учитель» – задает вопросы с примерами в режиме «Контроль»;

«Контроль данные» – показывает текущие результаты контроля: сколько примеров всего, сколько решено и сколько ошибок сделано, а также проверяет, сколько времени прошло с запуска режима «Контроль»;

«Оценки» – выставляет оценку после решения всех примеров:

если правильных ответов 90% и более – «5»,

если правильных ответов от 70 до 90% – «4»,

если правильных ответов от 40 до 70% – «3»,

в остальных случаях – «2»,

если время на ответы вышло, то оценка снижается на 1 балл.

Коды управления спрайтами, написанные в программе Scratch приведены в приложении 1.

Разработанную программу-тренажер я решил назвать «Умник», потому что можно стать умнее, если тренироваться решать примеры с ее помощью.

Алгоритм работы тренажера

Алгоритм работы тренажера в виде блок-схемы показан на рисунке 8.

Сначала выбирается режим «Обучение» или «Контроль».

В зависимости от выбранного режима выполняется разная последовательность действий.

Рисунок 8 – Блок-схема работы тренажера

В режиме «Контроль» – показывается вопрос и после ввода ответа проверяется его правильность, если сделана ошибка, то увеличивается счетчик ошибок. Если в выбранном уровне сложности (любой кроме «Легкого») учитывается время на решение, то когда оно закончилось, показывается сообщение «Время вышло!». После решения всех примеров, компьютер выставляет оценку. Для выхода на начальный экран из «Контроля» надо нажать пробел. Если на начальном экране показана строка с ответом – надо нажать в ней Enter для выхода.

Если выбрано «Обучение» – показывается вопрос и после ввода ответа показывается картинка, соответствующая ответу (веселая или грустная). Если в течение 5 секунд ответа не было – показывается подсказка с правильным ответом. Действия повторяются до тех пор, пока не нажат «Крестик».

Тестирование программы

После разработки, я провел тестирование программы. Я самостоятельно попробовал ответить на все вопросы в самом сложном режиме – «Когтевран». Сначала у меня получилось это сделать за 5 минут, а не за 4 как требуется, потом я немного потренировался и смог решить за 111 секунд на «5», это мой лучший результат.

На дополнительных курсах по программированию я рассказал о своей программе, показал, как в ней работать и попросил ответить на следующие вопросы:

Вам приходилось пользоваться ранее современными компьютерными технологиями для обучения? (да/нет)

На каких уровнях сложности Вы запускали режим «Контроль»?

Какую самую высокую оценку в режиме «Контроль» Вы получили?

Что бы Вы хотели улучшить в режиме «Контроль»? (количество уровней/примеров, время на решение)

До какого уровня сложности Вы бы хотели улучшить свои знания?

Насколько было удобно и понятно пользоваться тренажером? (1 – «Очень плохо», 2 – «Плохо», 3 – «Нормально», 4 – «Хорошо», 5 – «Отлично»)

Результаты опроса в виде диаграммы приведены на рисунке 9, опрошено было 4 человека.

В результате проведенного опроса я понял следующее:

три человека знают, как можно использовать для обучения компьютерные технологии, поэтому легко разобрались в моей программе;

Один человек решал на легком уровне сложности, двое на нормальном, один в эксперте, значит количество уровней достаточно для людей с разным уровнем знаний:

все четверо смогли получить «5» за свои ответы, это означает, что их возможно решить, при наличии знаний или после тренировки;

один человек предложил увеличить количество уровней, двое – количество примеров, один – время на решение, это было предложено, потому что не каждый смог решить на «5» с первого раза;

Рисунок 9 – Результаты тестирования программы
(1…6 – номера вопросов)

все четыре человека хотели бы улучшить свои знания до самого высокого уровня, чтобы знать математику на «5»;

по удобству использования тренажер оценили на «5» три человека, на «4» – один.

В результате тестирования я увидел, что моя программа понятна для использования, уровни сложности в ней разнообразные и может быть использована учениками с различным уровнем знаний.

Кроме тестирования на дополнительных курсах, свою программу я разместил на портале Scratch [3], где ее посмотрело больше 30 человек. Она находится в общем доступе, где любой может с ней поработать.

Разработанную программу я зарегистрировал в государственном реестре программ для электронных вычислительных машин и получил свидетельство о регистрации № 2020611253 [4], внешний вид можно посмотреть в приложении 2.

Выводы

Таким образом, по итогам разработки и тестирования программы можно сделать следующие выводы.

1. Почти все мои одноклассники хорошо знают математику и хотят улучшать свои знания, причем очень многим будет интересно использовать компьютерный тренажер для обучения и тренировки своих знаний.

2. Разработанная программа имеет: два режима - «Обучение» и «Контроль», можно выбирать математическое действие (сложение, вычитание, умножение, деление) и использовать 4 уровня сложности, отличающиеся количеством примеров и временем, заданным на контроль.

3. После тестирования я увидел, что моя программа понятна для использования, уровни сложности в ней разнообразные и может быть использована учениками с различным уровнем знаний.

Самоанализ

Когда делал свой проект «Математический тренажер «Умник», я узнал много нового, что мы пока еще не проходили на уроках.

В этом проекте я:

Научился составлять опросные листы и проводить опросы.

Научился анализу при получении данных и умению делать выводы.

Улучшил свои знания по программированию, познакомился с разработкой алгоритмов и блок-схем.

Узнал, как нужно оценивать знания.

Потренировался в представлении своих разработок.

Работа над проектом показала мне, что любой результат всегда можно улучшить, что у разных людей разные мнения и хороший результат можно получить, если показываешь то, что сделал разным людям. Закончив свой проект, я могу с уверенностью сказать, что узнал много нового и хочу продолжать развиваться.

Список использованной литературы

Вордерман К., Вудкок Дж. Программирование для детей. Иллюстрированное руководство по языкам Scratch и Python. Манн, Иванов и Фербер, 2018. 224 с.

Голиков Д.В. Scratch для юных программистов . СПб.: БХВ-Петербург, 2018. 192 с.

Математический тренажер «УМНИК» // Scratch.mit.edu URL: https://scratch.mit.edu/projects/357122331/ (дата обращения: 05.01.2020).

Молев Л.А. Математический тренажер «УМНИК». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020611253. Зарегистрировано 28.01.2020. Бюллетень № 2–2020, 21.01.2020-20.02.2020

Приложение 1. Коды управления спрайтами

Код управления спрайтом «Обучение»

Код управления спрайтом «Контроль»

Код управления спрайтом «Вопрос»

Код управления спрайтом «Крестик»

Код управления спрайтом «Wizard»

Код управления спрайтом «Учитель контроль»

Код управления спрайтом «Одно число»

Код управления спрайтом «Действие»

Код управления спрайтом «Уровень»

Код управления спрайтом «Оценки»

Код управления спрайтом «Таблица умножения»

Код управления спрайтом «Контроль время»

Код управления спрайтами «Правильно», «Неправильно»

Код управления сменой фонов сцены

Приложение 2. Сертификат о государственной регистрации программы для ЭВМ