Разработка игрового обучающего мобильного приложения "Системы счисления" (стр. 2 )

Практическая значимость приложения заключается в прагматической помощи при изучении теоретического материала учениками, заинтересованными в таких предметах как математика и информатика.

Средства разработки Android

Создатель Android Энди Рубин следующим образом характеризует его [1]: Android — «Первая действительно открытая и всеобъемлющая платформа для мобильных устройств и любого программного обеспечения, предназначен­ного для работы на мобильном телефоне, при этом без патентных ограничений, которые сдерживали развитие портативных устройств».

Упрощенно Android можно представить, как взаимосвязь компонентов:

свободной операционной системы с открытыми исходными кодами; среды разработки с открытыми исходными кодами для создания мобиль­ных приложений; устройств, на которых установлена ОС Android.

Согласно документации Android включает следующие взаимозависимые элементы [2]:

референс-дизайн аппаратного обеспечения с перечнем требований к мо­бильным устройствам, чтобы гарантировать совместимость с ПО; ядро операционной системы Linux, которое предоставляет низкоуровневый интерфейс для управления аппаратным обеспечением, памятью и процес­сами, оптимизированными для работы на мобильных устройствах; библиотеки с открытыми исходными кодами, предназначенными для раз­работки приложений SQLite, WebKit, OpenGL и медиа-менеджер; среду исполнения для приложений, включающую виртуальную машину Dalvik и библиотеки ядра, а начиная с версии Android 4.4 есть альтерна­тива выбора другой виртуальной машины ART. Среда исполнения отли­чается небольшим размером, что позволяет эффективно использовать ее на мобильных устройствах; набор программных компонентов, обеспечивающих доступ к системным службам на уровне приложений; среди них менеджер окон и менеджер местоположения, контент - провай­деры, возможности работы с телефонией и сенсорным дисплеем; набор компонентов пользовательского интерфейса для размещения и за­пуска приложений; предустановленные приложения, поставляемые в общем программном на­боре; комплект программ для разработки приложений, включающий ин­струменты, плагины и справочную документацию

Android Studio

Для разработки приложения используется среда Android Studio. Дан­ная среда вышла относительно недавно, в 2013 году и базируется на платформе Intellij IDEA от компании JetBrains, интеллектуальный интерфейс которой яв­ляется очень удобным. Бинарные сборки существуют для Linux, Mac OS X и Windows. Среда дает возможность разрабатывать приложения не только для смартфонов и планшетов, но и для носимых устройств на базе Android Wear, очков Google Glass, автомобильных информационно-развлекательных систем (Android Auto) и телевизоров (Android TV). Для приложений изначально раз­рабатываемых с использованием Eclipse и ADT Plugin подготовлен инструмент для автоматического импорта существующего проекта в Android Studio. На рисунке 3.1 представлен интерфейс приложения.

Рисунок 3.1 – Интерфейс ­­приложения.

На рисунке 3.2 представлена возможность тестирования программ на совмести­мость с различными версиями платформы приложений, работающих на устрой­ствах с различными разрешениями экрана.

Помимо возможностей, присутствующих в Intellij IDEA, в Android Studio есть ряд дополнительных возможностей [4]:

унифицированная подсистема сборки, тестирования и развертывания при­ложения с помощью Gradle; интегрированная поддержка оптимизатора кода ProGuard с встроенными средствами генерации цифровой подписи; интерфейс для управления переводами на другие языки.

Рисунок 3.2 – Тестирование программ на различных устройствах.

Язык программирования Java

Основным языком разработки приложений под Android является Java. Java — объектно-ориентированный язык программирования разработанный ком­панией Sun. Главным плюсом данного языка является то, что приложение транс­лируется в байт-код, который можно запустить на любой Java-машине вне зави­симости от архитектуры железа. Так же преимущества языка Java заключается в привычном синтаксисе C/C++ и в прозрачности модели безопасности, что да­ет ориентацию на Internet задачи, сетевые приложения. Средством разработки приложений является jdk, которое не содержит никаких текстовых редакторов, а работает только с java-файлами. Для компиляции приложений есть утилита под названием Java compiler. В случае с Android все приложения запускаются на виртуальной машине Dalvik, а с версии Android 4.4 появилась возможность запуска приложений на виртуальной машине ART. Вся компиляция приложений использует инструмент SDK, который разработала компания Google.

Обзор существующих аналогов.

Рассмотрев существующие приложения, которые есть в онлайн-режиме, а так же локальные приложения на ПК, можно сделать предположение о недо­статочной их привлекательности с точки зрения современных обучающихся. Согласно вышеупомянутым идеям, изучение теоретических материалов доста­точно эффективно проводить в игровой форме.

В результате поиска подобных приложений для мобильных устройств было найдено только одно, работающее под операционной системой iOS. Оно называется 10101100 и на рисунке 4.1 показан интерфейс данного приложения[5]. Как можно заметить, в данном приложении есть только режим перевода чисел из десятичной системы в двоичную и нет ре­жима в котором можно было бы не торопясь закрепить навыки перевода чисел из одной системы в другую.

Рисунок 4.1 – Аналог приложения на iOS.

Аналогичных приложений работающих под ОС Android найти не удалось.

Проектирование и разработка приложения. Проектирование интерфейса

При подготовке к разработке приложения было установлено, что сам процесс разработки будет включать два этапа: создание интерфейса и программную реализацию функций, которые он должен выполнять при взаимодействии с пользователем.

В ходе проектирования приложения, акцент делался на простоту интерфейса и интуитивность пользователя при работе с приложением. При  выборе размерности основного поля заполняемого массивом, было рассмотрено некоторое количество вариантов:

Поле небольшого размера, 3х3 клетки. Решение задач на таком поле зачастую будет очевидным, слишком простым и не достигнет цели которую изначально ставит перед собой приложение – обучить и натренировать пользователя переводу чисел в другие системы счисления. Поле размерностью 8х8 клеток, будет являться излишне большим. В большинстве случаев основная часть поля будет не задействована, что зачастую может приводить к рассеяности внимания пользователя и будет отражаться на времени нахождения правильного ответа. Также следует отметить, что увеличенное поле будет приводить к излишним ресурсозатратам, которое косвенно отразится на  бюджетных устройствах и с небольшим размером экрана. Поле среднего размера, 5х5 клеток. Позволяет разместить на поле несколько вариантов решения в зависимости от представленной задачи, минимизировать рассеяности внимания пользователя для поиска оптимального решения, а так же отсутствие излишних трудозатрат устройства.

Из представленных трех вариантов  выбора размерности поля, с учетом универсальности разрабатываемого приложения, наиболее оптимально  для выбора решения задачи и при использовании самого мобильного устройства, выглядит поле среднего размера, 5х5 клеток. Такое поле имеет 25 клеток, что позволяет нам разместить несколько решений в зависимости от полученной задачи, что в свою очередь влияет на внимательность и развитие логического мышления пользователя. 

На основе функциональных требований были выделены необходимые страницы. Для каждой страницы были определены необходимые элементы интерфейса, кнопки и меню.

Описание интерфейса приложения:

После запуска приложения появляется меню выбора основания системы счисления (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Меню выбора системы счисления.

Меню выбора режима игры (рисунок 5.2): На время – режим с ограниченным временем на решение одного из примеров. На внимательность – режим с неограниченным количеством времени на решение одного из примеров.

Рисунок 5.2 – Меню выбора режима игры.

Основной экран игры – поле заполненное массивом знаков в выбранной системе счисления (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Основной экран игры.

Данное поле является основной составляющей тренажера, для получения необходимого результата (решения примера), необходимо отметить имеющиеся знаки в определенной последовательности. По мере выполнения примеров сложность постепенно повышается.

Реализация приложения

Визуально тренажер для перевода чисел из одной системы в другую пред­ставляет таблицу размерности 5х5, в каждой клетке которой расположена одна цифра. Участнику предлагается число в десятичной записи, а так же разряд­ность числа в новой системе счисления. Он должен быстро перевести заданное число в необходимую систему счисления с соблюдением указанной разрядности и выделить в этой таблице в нужном порядке соответствующую запись. При этом нужно учитывать, что запись может быть расположена в таблице в форме не самопересекающейся «змейки», в которой каждый следующий разряд распо­ложен рядом с предыдущим по горизонтали или по вертикали.

Перед началом игры участник может выбрать основание системы, в ко­торую будет переводить, а так же один из двух режимов: «на время» и «на внимательность». Для реализации выбора системы счисления были использова­ны MainActivity (активность) и открываемый из нее layout-файл.