}w!"#$%&'()+,-./012345<ya

Transcription

1 Masarykova univerzita Fakulta informatiky }w!"#$%&'()+,-./012345<ya Mobilná aplikácia na adaptabilné precvičovanie anglickej slovnej zásoby Diplomová práca Bc. Boris Valentovič Brno, 2016

2 Prehlásenie Prehlasujem, že táto diplomová práca je mojím pôvodným autorským dielom, ktoré som vypracoval samostatne. Všetky zdroje, pramene a literatúru, ktoré som pri vypracovaní používal alebo z nich čerpal, v práci riadne citujem s uvedením úplného odkazu na príslušný zdroj. Bc. Boris Valentovič Vedúci práce: doc. Mgr. Radek Pelánek, Ph.D. ii

3 Poďakovanie Chcel by som poďakovať najmä vedúcemu práce Radkovi Pelánkovi za jeho cenné rady a pripomienky, bez ktorých by som prácu nedotiahol do výslednej podoby. Ďalej by som chcel poďakovať všetkým, ktorí ma pri písaní tejto práce podporovali. iii

4 Zhrnutie Práca stručne popisuje platformu Android a existujúce aplikácie na učenie anglického jazyka. Rozoberá problematiku adaptabilných systémov a uvádza ich typy a príklady. Adaptabilný systém sa prispôsobuje každému používateľovi a upravuje postup podľa jeho schopností. V praktickej časti je cieľom vytvoriť mobilnú aplikáciu na operačný systém Android, v ktorej si používateľ zlepšuje a opakuje anglickú slovnú zásobu. Aplikácia adaptabilne vyberá slová na učenie a opakovanie naučených slov je spracované pomocou techniky spaced repetition. Zameral som sa na voľbu distraktorov - nesprávnych odpovedí pri otázkach s výberom z možností. Práca obsahuje viacero metód pre výber distraktorov. V práci je zahrnutá aj základná analýza dát zozbieraných od používateľov. iv

5 Kľúčové slová android, adaptabilné učenie, adaptabilné precvičovanie, opakovanie s oneskorením, spaced repetition, distraktory v

6 Obsah 1 Úvod Špecifikácia systému Funkčné požiadavky Nefunkčné požiadavky Adaptabilné systémy Počítačové adaptabilné testovanie Počítačové adaptabilné precvičovanie Opakovanie s oneskorením Aplikácie na výuku slovnej zásoby Adaptabilné aplikácie vyvinuté na FI MUNI Implementácia OS Android Popis aplikácie Algoritmy Učenie Opakovanie Voľba distraktorov Server Získavanie slovníkových dát Prvotná obtiažnosť Kategorizácia Analýza výsledkov Záver A Zoznam elektronických príloh B Odkazy na stiahnutie C Odkazy na stiahnutie spomínaných mobilných aplikácií. 58 vi

7 1 Úvod Rýchly rozvoj mobilných technológií dokázal ľuďom rozšíriť obzory a zjednodušiť život. Mobilný telefón nosí väčšina ľudí stále so sebou a dostupný mobilný internet napomáha rozvoju trhu s mobilnými aplikáciami. Všetko je dostupné okamžite a nie je potrebné nikam chodiť alebo si dohadovať stretnutie. Od osobného trénera, pobočky banky, infocentra či učiteľa cudzieho jazyka sme vzdialení iba jedno kliknutie. Spoločnosti sa predbiehajú, ktorá vyvinie lepšiu aplikáciu, pretože tak na svoju stranu prilákajú viacej zákazníkov. Niektoré aplikácie sa už stali štandardom vo svojej kategórií a sú používane každodenne miliónmi ľudí. Príkladom takejto aplikácie je Duolingo. Slúži na učenie cudzích jazykov a mnoho ľudí sa naučilo nejaký jazyk iba vďaka tejto aplikácii. Ide o komplexnú aplikáciu, ktorá sa zameriava na celú štruktúru jazyka, čiže slovnú zásobu, gramatiku, frázy atď. Hlavným cieľom tejto práce je vytvoriť mobilnú aplikáciu na adaptabilné precvičovanie anglickej slovnej zásoby. Aplikácia pobeží pod OS Android a bude dostupná v Google Play. Okrem prisbôsobovanej voľby otázok, bude obsahovať aj opakovanie už naučených slov pomocou techniky opakovanie s oneskorením. Dôraz bude kladený aj na vhodnú voľbu distraktorov - nesprávnych odpovedí v otázkach s výberom z možností. Používatelia budú odosielať svoje štatistiky používania na server a v rámci práce bude vykonaná jednoduchá analýza a vyhodnotenie týchto dát. Veľkou nevýhodou niektorých dostupných aplikácie je, že sú pre každého rovnaké. Často musí používateľ prejsť všetky časti od najľahších po najťažšie. Pre pokročilého používateľa to nie je prívetivé. Angličtinu sa učí čoraz viac ľudí. Každý má inú úroveň znalostí a pre niekoho neznáme slová môžu pre byť pre iného jednoduché. V iných je možné si vybrať obtiažnosť precvičovanej lekcie, avšak tá je nemenná. Používateľ teda musí poznať svoje schopnosti a často sa stáva, že sa precení alebo podcení. Tento problém riešia aplikácie založené na adaptabilnom precvičovaní. To znamená, že pri postupe používateľa sa aplikácia sama prispôsobuje a nie je potrebné si vyberať lekciu. Automaticky sa rozpozná či zvoliť jednoduchšiu alebo zložitejšiu. Obtiažnosť lekcií sa dynamicky zvyšuje a znižuje tak, aby 1

8 1. Úvod boli pre používateľa vždy prínosné. Práca je rozdelená na niekoľko kapitol. V prvej je popísaná ideálna špecifikácia systému. Sú tu uvedené funkčné a nefunkčné požiadavky na výslednú aplikáciu. Nie všetko z tejto kapitoly je implementované. Niektoré požiadavky boli z rozličných dôvodov vypustené a iné boli pozmenené. Druhá časť popisuje rôzne typy adaptabilných systémov a tiež princípy využívané pri ich tvorbe. Obsahuje aj stručný prehľad existujúcich mobilných aplikácií zameraných na učenie alebo opakovanie anglického jazyka a prehľad adaptabilných aplikácií vytvorených v rámci Fakulty Informatiky Masarykovej Univerzity, ktoré využívajú podobné postupy. Tieto systémy sú webové a preto bolo nutné vyriešiť problémy špecifické pre mobilnú aplikáciu ako synchronizáciu so serverom, obmedzenosť databázy alebo slabý výpočetný výkon niektorých zariadení. Ďalšia časť popisuje implementáciu a algoritmy použité na výber slov na učenie, opakovanie slovnej zásoby a generovanie distraktorov. Je tu rozobraná tvorba serverovej časti aplikácie a aj spôsob získania a inicializácie slovníkových dát. Obsahuje aj základný popis operačného systému Android a možnosti pri vývoji aplikácií na túto platformu. Problém distraktorov bol jeden z hlavných zámerov práce. Je teda rozsiahlejšie rozobraný a bolo vytvorených a porovnaných viacero riešení. Z nich vyšlo výsledné riešenie, ktoré je použité vo finálnej aplikácií a môže služiť ako inšpirácia pre ďalšie projekty. V poslednej časti je vypracovaná jednoduchá analýza dát zozbieraných od používateľov. Obsahuje štatistiky v podobe grafov a tabuliek. 2

9 2 Špecifikácia systému Táto kapitola popisuje požiadavky na funkčnosť a vlastnosti zamýšľanej aplikácie. Zameriava sa na hlavné idey a neobsahuje konkrétne implementačné riešenia. Je tu uvedená ideálna verzia systému, čiže tzv. must-have a aj nice-to-have vlastnosti. Implementovaná aplikácia sa v niektorých aspektoch od tejto verzie líši z rôznych dôvodov, uvedených v práci pri konkrétnych detailoch. Systém vyvíjaný v rámci tejto práce bude slúžiť ako mobilná aplikácia dostupná pre širokú verejnosť. Aplikácia má za cieľ učenie a precvičovanie anglickej slovnej zásoby. 2.1 Funkčné požiadavky Funkčné požiadavky systému popisujú služby, ktoré by mal poskytovať, ako by mal reagovať na konkrétne vstupy a ako by sa mal chovať v určitých situáciach. Must-have Otázky budú pre každého používateľa vyberané adaptabilne Správna odpoveď sa bude vyberať z možností Používateľovi sa bude priebežne zobrazovať štatistika jeho posledných odpovedí Používateľ si bude môcť zobraziť celkovú štatistiku jeho znalostí Používateľ si bude môcť opakovať naučené slová Nice-to-have Pri otázke sa bude zobrazovať kontextová nápoveda Smer prekladu otázok sa bude striedať Používateľ si bude môcť meniť preferovaný preklad slova 3

10 2. Špecifikácia systému Prvky jednoduchej gamifikácie Hlavným rozdielom oproti stávajúcim aplikáciam bude využitie počítačového adaptabilného precvičovania v kombinácií s opakovaním. Aplikácia by mala čo najviac rešpektovať individualitu a znalosti jednotlivých používateľov, ale v úvahu by mala brať dáta od všetkých. Aplikácia sa bude sústrediť iba na učenie slovnej zásoby a neobsahuje cvičenia na gramatiku, frázy alebo iné prvky jazyka. Prácu je možné v tomto smere rozšíriť, ale na generovanie otázok z gramatiky sú potrební jazykoví experti a rozsiahlejší výskum. Bolo by vhodné, aby si používateľ mohol precvičiť oba smery prekladu, cz en aj en cz. Ako distraktory sa budú zobrazovať vhodné slová tak, aby boli pre používateľa prínosné. Mali by sa vyberať slová, ktoré majú niečo spoločné s hľadaným slovom, aby sa na odpoveď nedalo prísť vylučovacou metódou. 2.2 Nefunkčné požiadavky Nefunkčné požiadavky systému sú obmedzenia ponúkaných služieb a vlastnosti systému ako celku. Must-have Načítanie novej otázky bude trvať maximálne 0,5 sekundy Aplikáciu bude môcť používať začiatočník aj pokročilý Aplikáciu bude možné využívať online aj offline Databáza sa bude synchronizovať so serverom minimálne 1x denne Jednoduché používateľské rozhranie Nice-to-have Aplikácia bude dostupná na OS Android v Obchode Play Na používanie nebude potrebná registrácia 4

11 2. Špecifikácia systému Na základe odpovedí používateľov sa bude aktualizovať centrálna databáza slov a taktiež používatelia si budú synchronizovať databázu, aby sa aplikácia dokázala lepšie prispôsobovať. Ak bude aplikácia použitá iba v offline režime, algoritmy budú fungovať obmedzene a ich výsledok nebude úplne presný. Ako model na hodnotenie otázok a používateľov bude použitý jeden z modelov používaných v podobných systémoch. Ako vhodný sa javí Elo systém, ktorý bude potrebné prispôsobiť pre tento typ aplikácie. Opakovanie naučených slov bude prebiehať pomocou techniky opakovanie s oneskorením. Do cieľovej skupiny aplikácie patrí každý, kto si chce zopakovať a vylepšiť anglickú slovnú zásobu a nechce alebo nepotrebuje cvičiť gramatiku. Aplikácia sa po pár odpovediach prispôsobí používateľovej úrovni znalostí a je teda vhodná ako pre začiatočníkov tak aj pre pokročilých. Očakávaný prípad využitia je nasledujúci. Po stiahnutí aplikácie používateľ pokračuje do režimu učenia prejde si úvodnú sadu otázok. Potom si každý deň prejde jednu (alebo viac) sadu spolu so slovami, ktoré má pripravené na opakovanie. Ak náhodou zabudne, bude existovať mechanizmus ako mu pripomenúť, aby si zopakoval slová, ktorých vypočítaný čas opakovania už nastal. Po prvých pár sadách sa aplikácia prispôsobí používateľovej úrovni a bude mu ponúkať slová, ktoré sú preňho vhodné na učenie. 5

12 3 Adaptabilné systémy Adaptabilný systém je aplikácia alebo nástroj, ktorý vyberá pre používateľa vždy najvhodnejšiu možnosť a prispôsobuje jeho priechod. Využíva tzv. adaptabilné učenie. Adaptabilné učenie je proces učenia, kde postupnosť učených častí je založená na predchádzajúcich odpovediach [1]. Najčastejšie sa využíva pri učení veľkého množstva jednoduchých faktov. Po odpovedi na konkrétnu otázku, je zhodnotená správnosť, vypočítané používateľove skóre a pomocou vhodného algoritmu vybraná nasledujúca otázka. Cieľom je vybrať otázku, ktorá bude najužitočnejšia pre používateľa, čiže prispôsobiť skladbu otázok používateľovým individuálnym znalostiam a schopnostiam. Príkladom môžu byť matematické úlohy - stredoškolský študent by nemal dostávať príklady na sčítanie alebo odčítanie a naopak, pre žiaka základnej školy nie sú vhodné úlohy z diskrétnej matematiky. Úlohy by vždy mali mať primeranú obtiažnosť - nie príliš ľahké, ani príliš ťažké. Vo výsledku by malo byť zaistené, že to pre používateľa bude výzva, ale nebude to zbytočne frustrujúce [2]. Na adaptabilný systém sa môžeme pozerať z odlišných uhlov pohľadu. Prvý, adaptabilné testovanie, ktorý popisujem v kapitole 3.1, má ako cieľ odhadnutie používateľovej úrovne schopností a prípadné porovnanie s ostatnými. V kapitole 3.2 je popísané adaptabilné precvičovanie. Pri tomto type systému je cieľom používateľovu úroveň nielen zistiť, ale aj ju postupne vylepšovať. Obidva predchádzajúce typy sú zamerané na učenie jednoduchých faktov. Ďalšou príbuznou oblasťou sú inteligentné učiace systémy [3]. Tieto systémy sa nezameriavajú na učenie jednoduchých faktov, ale na komplexnejšie úlohy. Viacero výskumov [4] [5] v oblasti týchto systémov je viac zameraných na získanie znalostí a menej na predchádzajúce znalosti a zabúdanie. V týchto systémoch je veľmi dôležité modelovanie učenia, často používaným modelom je Bayesian Knowledge Tracing [6]. Táto práca sa zameriava na učenie a precvičovanie jednoduchých faktov a tak tieto systémy sú nad rámec tejto práce a nie sú tu podrobnejšie rozobrané. Na to aby sa systém mohol prispôsobovať, je potrebné odhadnúť jeho úroveň znalostí. Existuje viacero používaných modelov. Medzi najpoužívanejšie patria: Bayesian Knowledge Tracing, Raschov mo- 6

13 del, Performance Factor Analysis a Elo systém [7]. 3. Adaptabilné systémy Bayesian Knowledge Tracing Používa sa ako model pri učení - menení používateľovej úrovne znalostí [7] [6]. Používateľova úroveň je aktualizovaná pomocou Bayesovho pravidla založeného na predchádzajúcich odpovediach. Raschov model Základný model [7], ktorého varianty sa často používajú v adaptabilných systémoch [8]. Ide o jednoparametrový model. Model predpokladá, že používateľova úroveň je konštantná, označená θ a obtiažnosť otázok je vyjadrená parametrom b. Pravdepodobnosť správnej odpovede je daná funkciou: P(correct b, θ) = Performance Factor Analysis e (θ b) (3.1) Ide o rozšírenie Raschovho modelu s meniacou sa úrovňou používateľa [7] [9]. Úroveň je daná lineárnou kombináciou obtiažnosti otázky a predchádzajúcimi odpoveďami používateľa: P(correct) = e m (3.2) m = β + γs + δ f (3.3) kde β je obtiažnosť otázky, s a f sú počty predchádzajúcich správnych a nesprávnych odpovedí, γ a δ sú parametre, ktoré určujú zmenu úrovne spojenú so správnou alebo nesprávnou odpoveďou. Elo Pôvodne bol Elo systém vyvinutý na hodnotenie šachistov. Odhaduje schopnosti hráča na základe predchádzajúcich zápasov a pravdepodobnosť výhry v nasledujúcom [7] [10]. Pre každého hráča i máme 7

14 3. Adaptabilné systémy odhad odhad jeho úrovne θ i založený na výsledku R (0 = prehra, 1 = výhra) zápasu s hráčom j. Úroveň je upravená nasledovne θ i := θ i + K(R P(R = 1)) (3.4) kde P(R = 1) je pravdepodobnosť výhry daná funkciou zohľadňujúcou rozdiel pôvodných odhadov: P(R = 1) = 1/(1 + e (θ i θ j ) ), kde K je konštanta určujúca citlivosť odhadu na posledný pokus. Jednoduché vylepšenie, často používané v rozšíreniach základného Elo, používa namiesto konštanty funkciu. Jedno z najznámejších je Glicko [11]. Základná verzia Elo (v kontexte výukových systémov) je veľmi podobná Raschovmu modelu. Hlavý rozdiel je, že Raschov model predpokladá konštantné parametre a Elo predpokladá ich zmenu. 3.1 Počítačové adaptabilné testovanie V adaptabilnom testovaní ide o odhadnutie používateľovej úrovne schopností pomocou testu. Počas testu by sa jeho znalosti nemali meniť a ako výstup slúži odhad jeho úrovne v danej oblasti. Zameranie testovania je teda na štatistickú presnosť. Komponenty adaptabilného testovania [12]: 1. model odpovedí 2. súbor otázok 3. počiatočná úroveň 4. pravidlo pre výber otázok 5. metóda hodnotenia 6. kritérium ukončenia Model odpovedí Záleží na kontexte. Je potrebné vybrať vhodný model pre konkrétne typy otázok a odpovedí. 8

15 3. Adaptabilné systémy Súbor otázok Základným prvkom každého adaptabilného systému je súbor otázok. Nie je daná žiadna odporúčaná veľkosť súboru, ale pre všetky by malo platiť, že obtiažnosť otázok je rovnomerne rozložená. Pri nesprávnej štruktúre súboru otázok môže nastať skreslenie výsledkov testu, pretože otázky sú prispôsobované pre testovaného a tak každý dostáva rôzne [13]. Môže sa stať, že pri skladbe otázok z rôznorodých oblastí, každý dostane otázky z iných oblastí a ich testovanie nepokryje celú doménu. Pri tejto situácií je zložité porovnať dvoch používateľov systému. Skreslenie zredukované tým, že rôzne oblasti obsahu budú rovnomerne reprezentované otázkami všetkých obtiažností v súbore otázok. Ďalší spôsob redukcie skreslenia je popísaný v odstavci Pravidlo pre výber otázok. Počiatočná úroveň Každý používateľ musí začať na určitej hodnote obtiažnosti otázok aby sa neskôr mohli prispôsobovať. Pri adaptabilnom učení je možné začať pre rôznych používateľov s rôznymi počiatočnými úrovňami ak vieme dopredu odhadnúť jeho úroveň. Aj keď začneme s odlišnými obtiažnosťami, chybné odhadnutie počiatočnej úrovne výrazne neovplyvní výsledky. Presnejšie odhadnutie zmenší počet potrebných otázok na dosiahnutie presných výsledkov. Pravidlo pre výber otázok Existujú 2 efektívne procedúry pre výber otázok - pravidlo maximálnej informácie [14] a Bayesovo pravidlo [15]. Obidve hľadajú v celom súbore otázok jedinú otázku. Pri pravidle maximálnej informácie je to tá, ktorá prinesie skúšanému maximálnu informáciu podľa jeho úrovne. Bayesovo vyberá tú, ktorá minimalizuje rozptyl používateľovej úrovne po odpovedi. Pretože tieto funkcie sú si príbuzné, často je vybraná totožná alebo aspoň podobná otázka [16]. Ak nastane problém skreslenia výsledkov testu vďaka rôznorodému obsahu, je možné zmeniť pravidlo pre výber otázok a zaistiť aby každý skúšaný dostal rovnaký diel otázok z každej oblasti obsahu. 9

16 3. Adaptabilné systémy Metóda hodnotenia Používateľova úroveň schopností môže byť odhadovaná dvoma metódami - Bayesovou [17] a metódou maximálnej podobnosti. Pri odhadovaní Bayesovou metódou sú odhady ovplyvnené hodnotou predchádzajúcich odhadov. Najväčší efekt má toto skreslenie pri relatívne krátkych testoch [18]. Naopak použitím metódy maximálnej podobnosti odhadneme úroveň asymptoticky neskreslenú. Výhodné je preto kombinovať oba prístupy a na začiatku, kde sú odhady najnepresnejšie, použiť Bayesovu a neskôr metódu maximálne podobnosti. Takto môžeme lepšie odhadnúť neskreslenú úroveň schopností pre testy akejkoľvek dĺžky. Kritérium ukončenia Ukončenie by malo nastať pokiaľ testovanie pre daného používateľa prestalo mať zmysel, čiže keď dosiahneme vopred danú úroveň presnosti odhadu. Kritérium nemusí byť pre každého skúšaného rovnaké. Princíp je v jednoduchosti takýto: na základe prvotného odhadu používateľovej úrovne schopností sa vyberie otázka. Pri správnej odpovedi sa položí ťažšia a pri nesprávnej ľahšia otázka. Výber otázky teda závisí od zvolených kritérií a od používateľových predchádzajúcich odpovedí. Pre každú položku existuje viacero možností na základe implementácie a účelu testovania. Takto sa postupuje pokiaľ sa používateľova úroveň znalostí neustáli v okolí určitej hodnoty [12]. 3.2 Počítačové adaptabilné precvičovanie Na rozdiel od testovania, pri precvičovaní nejde len o odhadnutie úrovne znalostí, ale hlavný cieľ je postupné vylepšovanie používateľovej úrovne [8]. Odhadovanie je sekundárne, ale pomáha pri učení. V protiklade s klasickým testom, je používateľovi po odpovedi vždy ukázaná správna odpoveď a prípadne aj vysvetlenie. Presné štatistické odhady tak nie sú také dôležité ako pri testovaní ale vyskytujú sa tu problémy učenia, zabúdania a motivácie. Často sa zameriavajú na oblasti, kde používatelia majú aspoň nejakú, ale kolísavú úroveň znalostí, napríklad geografia, anatómia alebo 10

17 3. Adaptabilné systémy slovná zásoba cudzích jazykov. Väčšinou ide o precvičovanie jednoduchých faktov, pre tie sa dá lepšie odhadnúť obtiažnosť a ľahšie sa odporúčajú jednotlivým používateľom. Učenie takýchto faktov je bežné pri štúdiu pamäte, zabúdania a opakovania s oneskorením [19]. Pri učení je dôležitou oblasťou aj opakovanie. Po tom, ako sa prvýkrát naučíme nejakú informáciu, je dôležité si ju neskôr zopakovať. Veľmi používanou technikou je opakovanie s oneskorením. Jej princíp je založený na výskumoch v oblasti dlhodobej pamäti a opakovanie s oneskorením je navrhované ako efektívna metóda psychológmi už od 30-tych rokov dvadsiateho storočia [20] Opakovanie s oneskorením Jedná sa o učiacu techniku, pri ktorej si naučené informácie opakujeme so zväčšujúcimi intervalmi. Je veľmi vhodná pre opakovanie jednoduchých faktov, s ktorými sa nestretávame bežne, ako napríklad slovná zásoba cudzieho jazyka, a ľahko sa stane, že ho rýchlo zabudneme. Princíp tejto techniky spočíva v tom, že jednotlivé informácie si opakujeme v rôznych intervaloch a to podľa toho, ako ľahko či ťažko sa nám zdajú zapamätateľné. Pri prvom stretnutí s novou informáciou si ju snažíme zapamätať. Tesne predtým ako ju zabudneme, by sme si ju mali oživiť v pamäti. To je zároveň cieľ opakovania s oneskorením - obnoviť si informáciu tesne predtým ako by sme ju zabudli [21]. Ak nastane situácia, že daný fakt si nedokážeme vybaviť z pamäti, tento si obnovíme a znížime interval opakovania [22]. Existuje viacero algoritmov ako počítať intervaly opakovanie. Nižšie je uvedený popis dvoch vybraných: SuperMemo a Leintnerov systém. Leitnerov systém Často používaná metóda pri flashcard softvéroch. Navrhnutá nemeckým vedcom Sebastianom Leitnerom v sedemdesiatych rokoch dvadsiateho storočia [23] [24]. Ide o jednoduchú implementáciu princípu opakovania s oneskorením. Princíp je nasledujúci: otázky sú roztriedené do skupín, podľa toho, ako dobre používateľ ovláda všetky v skupine. Počet skupín nie je daný a je možné ho meniť. Každá skupina má dlhší interval opakovania ako predchádzajúca. Konkrétne 11

18 3. Adaptabilné systémy hodnoty intervalov závisia na aplikácií a po určení sa nemenia. Napríklad program FlashcardDB 1 obsahuje 4 skupiny a jednotlivé intervaly majú hodnoty 1, 3, 7 respektíve 15 dní. V ich implementácií sa nepredpokladá žiadna predchádzajúca znalosť. Na začiatku sú všetky kartičky v špeciálnej skupine, z ktorej sa vyberajú nové kartičky podľa potreby, ale už sa nikdy nevracajú naspäť. Ak je možné odhadnúť znalosť jednotlivých kartičiek pred začiatkom učenia, mohli by sa rozdeliť všetky kartičky do skupín s intervalmi opakovania podľa prvotných odhadov a začať s prvou skupinou. V priebehu používania sa kartičky presúvajú medzi skupinami. Ak odpoveď na otázku bola správna, presunie sa do nasledujúcej skupiny. Ak bola nesprávna, presunie sa do prvej skupiny. V alternatívnej verzií sa pri nesprávnej odpovedi presúva otázka iba do predchádzajúcej skupiny. Obr. 3.1: Schéma Leitnerovho systému, prevzaté z 1. Dostupný na 12

19 3. Adaptabilné systémy SuperMemo Veľmi známy program, ktorý implementuje opakovanie s oneskorením je SuperMemo [25]. Ide o program, vytvorený Dr. Piotrom Woźniakom. Počiatky siahajú až do 80-tych rokov, kedy začal vznikať rovnomenný algoritmus, vtedy ešte bez počítača, pomocou učiacich kartičiek. Odvtedy vzniklo viacero verzií programu, najnovšia je SuperMemo 16 z roku Stručne funguje program v nasledujúcich 4 opakujúcich sa krokoch: 1. Používateľ dostane otázku 2. Používateľ odpovie bez pomoci 3. Používateľ ohodnotí sám seba, podľa toho ako si vedel spomenúť 4. Algoritmus vypočíta optimálny interval opakovania pre danú otázku Pri prvom priechode otázkami sa prejdú všetky v poradí, v akom sú uložené v databáze. Ak ich je priveľa, a tak sa medzi ne prekladajú aj tie, ktoré by sa mali už opakovať podľa vypočítaného intervalu. Program obsahuje kolekcie dát z rôznych oblastí ako napríklad cudzie jazyky, fyzika, astronómia alebo umenie. Je však možné vytvoriť si vlastné otázky a učiť sa na vlastných dátach. SuperMemo poskytuje viac možností ako Leintnerov systém, keďže interval pre každú otázku sa prispôsobuje presnejšie. Výpočet intervalu funguje vo verzii SuperMemo 2 nasledovne [25]: 1 pre n = 1 I n = 6 pre n = 2 I n 1 EF pre n > 2 (3.5) kde výsledný interval I n je v dňoch. Ak používateľ odpovie na otázku nesprávne, n sa resetuje a počíta sa znova od 1, ako keby išlo o novú otázku. EF je koeficient obtiažnosti. Vypočítame ho podľa nasledujúceho vzorca: EF = EF + (0, 1 (5 q) (0, 08 + (5 q) 0, 02)) (3.6) 13

20 3. Adaptabilné systémy kde EF označuje predchádzajúcu hodnotu koeficientu a q označuje kvalitu odpovede. Po každej odpovedi používateľ hodnotí sám seba, ako obtiažna sa mu zdala otázka a ako rýchlo si dokázal vybaviť odpoveď. Používateľ hodnotí kvalitu svojej odpovede číslami 0 až 5 s nasledujúcim popisom [25]: 5 - perfektná odpoveď 4 - správna odpoveď s váhaním 3 - správna odpoveď s problémami 2 - nesprávna odpoveď, ale správna sa po odhalení vybavila rýchlo 1 - nesprávna odpoveď, ale na správnu si používateľ po odhalení spomenul 0 - kompletný výpadok Počiatočná hodnota koeficientu je 2,5. Vždy však musí platiť, že E 1, 3 a súčasne E 2, 5. Ak by to malo prestať platiť, hodnota sa nastaví na dolnú či hornú hranicu intervalu. Hodnota 2,5 znamená, že slovo je pre používateľa ľahko zapamätateľné. Naopak 1,3 označuje ťažko zapamätateľné slovo pre daného používateľa. Hodnoty 1,3 a 2,5 boli zvolené na základe prvotného testovania algoritmu. Toto obmedzenie pomáha tomu, aby sa používateľ nedostal do situácie, kde nejakú otázku opakuje až príliš často alebo naopak, interval bude taký veľký, že danú informáciu zabudne [25]. 3.3 Aplikácie na výuku slovnej zásoby V tejto kapitole uvádzam základný popis 2 podobných aplikácií na učenie anglického jazyka. Niektoré sú používané miliónmi ľudí po celom svete, iné sú zamerané iba na česko-slovenské publikum. Všetky, okrem jednej, sú mobilné aplikácie dostupné na OS Android. 2. Odkazy na stiahnutie jednotlivých aplikácií sú uvedené v prílohe C 14

21 3. Adaptabilné systémy Slovíčka 3 Aplikácia vyvinutá ako diplomová práca na FI MUNI. Jedná sa o online adaptabilnú webovú aplikáciu. Je kompletne zdarma. Obsahovo patrí medzi stredne veľké, dáta sú čerpané z rovnakých zdrojov ako v tejto práci. Rovnako ako Adaptabilní Angličtina slúži na učenie a opakovanie slovnej zásoby a používa podobné algoritmy a prístupy. Učenie je takisto adaptabilné a využíva Elo systém, na implementáciu opakovania s oneskorením využíva upravený SuperMemo algoritmus. Učenie a opakovanie sú 2 oddelené módy a používateľ si môže vybrať. Keďže je plne adaptabilná, je vhodná aj pre začiatočníkov aj pre pokročilých. Dokáže sa sama prispôsobiť na vhodnú úroveň. Odpovedanie je riešené klasickým výberom z 8 možností. Po nesprávnej odpovedi sa okamžite zobrazí správna. Neobsahuje detailnejšiu kategorizáciu dát a distraktory volí iba podľa obtiažnosti. Duolingo Najpoužívanejšia aplikácia (webová aj mobilná) na učenie cudzích jazykov. Je kompletne zdarma. Obsahuje kurzy na viacero jazykov a stále pribúdajú ďalšie. Kurzy sú rôzne dlhé, ale anglické sú veľmi rozsiahle a prepracované. Zameriava sa na kompletnú gramatiku, nie len na slovnú zásobu. Nie je možné sa učiť iba slovnú zásobu a jednotlivé lekcie obsahujú otázky zo slovnej zásoby, dopĺňanie viet alebo počúvanie. Funguje na adaptabilnom princípe, avšak nie je známe na akom. Prispôsobuje sa iba v rámci jednotlivých lekcií. Implementuje opakovanie s oneskorením. Opäť, ich konkrétny algoritmus nie je verejný. Pre výuku angličtiny je dostupná aj česká verzia, čo však neplatí u všetkých jazykov. Používateľ musí prejsť všetky lekcie od úvodných s možnosťou preskočenia k záchytným bodom po úspešnom teste z preskočených lekcií. Duolingo je viac zamerané na začiatočníkov, prípadne mierne pokročilých, pretože aj neskoršie lekcie sa zameriavajú iba na určité oblasti jazyka a neučia naozaj pokročilé prvky jazyka. Aplikácia neobsahuje klasické otázky s výberom z možností, väčšinou používa dopĺňanie textu, čiže po nesprávnom zadaní sa ukáže správna odpoveď. Keďže hlavnou je webové verzia, aj aplikáciu je možné využívať iba online. 3. Dostupné na 15

22 3. Adaptabilné systémy Memrise Mobilná aj webová aplikácia zdarma. Slúži nielen na jazyky. Používatelia si môžu vytvárať svoje kurzy, zamerané na čokoľvek, ale jazykových je najviac. Memrise používa adaptabilné učenie na prispôsobenie osobného výkonu a na opakovanie používajú vlastný algoritmus. Tieto algoritmy nie sú verejné. Aplikácia obsahuje aj česko-anglické kurzy a je tak vhodná aj pre úplných začiatočníkov. Pokročilí používatelia si tiež nájdu kurzy určené pre nich. Na nesprávnu odpoveď reaguje zobrazením správnej odpovede. Funguje podobne ako Duolingo, takže mobilná aplikácia nie je dostupná offline. Dril - English effectively Klasický dril anglickej slovnej zásoby v podobe bezplatnej mobilnej aplikácií. Obsahuje prednastavené slová a frázy, veľa lekcií je vytvorených samotnými používateľmi a každá je zameraná na konkrétnu časť jazyka s nejakou témou. Po nainštalovaní je dostupných iba pár lekcií, ale je možné stiahnuť si ďalšie podľa vlastných preferencií. Sú dostupné začiatočnícke aj pokročilejšie. Učenie nie je adaptabilné, vždy po lekcií si môžem zopakovať svoje chyby. Po odpovedi hodnotím, ako dobre som vedel či nevedel odpoveď a podľa toho sa prispôsobuje opakovanie jednotlivých otázok, čiže obsahuje jednoduchú formu opakovania s oneskorením. Aplikácia nezaznamenáva správnosť odpovede, je nahradená samohodnotením po každej otázke. Aplikáciu je možné využívať offline. Anglická slovíčka Mobilná aplikácia zameraná na deti. Jednoduchý systém, v ktorom prechádzam jednotlivé lekcie podľa tém. Väčšina obsahu je spoplatnená, iba prvých 6 lekcií je zdarma. Lekcia zadarmo obsahujú obmedzené množstvo slov, každá asi 20. Nie je adaptabilná ani neobsahuje opakovanie s oneskorením. Každá lekcia obsahuje 4 módy - Spoznávanie, Prehliadanie, Hovorenie a Pexeso. Keďže je zameraná na deti, neobsahuje pokročilé lekcie. V poznávacom móde vyberá používateľ z obrázkov správnu odpoveď. Ak odpovie nesprávne, aplikácia to označí, ale nechá ho hádať pokiaľ neodpovie správne. Po stiahnutí sú lekcie dostupné offline aj so zvukovými stopami. 16

23 3. Adaptabilné systémy Angličtina mobilní učitel Platená aplikácia, zdarma obsahuje iba pár lekcií. Jednotlivé lekcie nie sú rozsiahle, vždy zamerané na nejakú tému. Nie je to adaptabilná aplikácia. Okrem slovnej zásoby obsahuje aj učenie gramatiky a fráz. Po prvotnom prejdení lekcie je možné si ju precvičovať, kde odpovedám Vím alebo Nevím, prípadne vyberám z možností správny preklad. Nenaučené slová sa presunú do špeciálne lekcie Neznal, kde sa zoskupujú všetky slová, ktoré používateľ označil Nevím. Tu si ich môže precvičiť a vyradiť ich z tejto lekcie. Nie je implementovaná žiadna forma opakovacieho algoritmu, všetko sa opakuje postupne, tak ako je to definované. Aplikácia je vhodná pre začiatočníkov až mierne pokročilých. Pri otázkach nevyberáme z možností, dostupné je iba samohodnotenie. Aplikáciu je možné využívať offline. Slovíčka Platená mobilná aplikácia, ale existuje aj verzia zdarma. Tá je obmedzená funkcionalitou a zobrazovaním reklamy. Obsahuje veľké množstvo používateľmi vytvorených lekcií zameraných na konkrétne témy či učebnice angličtiny. Neadaptabilné, zameriava sa na opakovanie. Je možné vybrať si zo 4 módov: zobrazenie celej lekcie, učenie sa, precvičovanie a testovanie. Na otázky používateľ odpovedá samohodnotením či poznal preklad hádaného slova. Pri označení slova tlačidlom Nevím sa zaradí to opakovania. Nie je verejné, aký používa algoritmus na opakovanie. Úroveň používateľmi vytvorených lekcií sa líši a každý si môže nájsť vhodné preňho. Po stiahnutí sú lekcie dostupné offline. Naučte sa Anglicky 6000 Slov Aplikácia zdarma, kde si môžem dokúpiť rýchlejšie odomknutie ďalších úrovní. Na začiatku má odomknutých iba 1000 jednoduchších slov, postupným hraním si odomyká ďalšie. Používateľ má na výber z tém a podtém, ktoré kombinuje. Potom si vyberie hru - formu, ako bude odpovedať na otázky. Môže ísť o písanie, počúvanie, vyberanie obrázku, priraďovanie a podobne. V každej kategórií je iba pár slov, a používateľ vždy prechádza všetky, nie je implementované 17

24 3. Adaptabilné systémy adaptabilné učenie systému. Opakovanie je tiež riešené veľmi jednoducho a nevyužíva sa opakovanie s oneskorením. Raz denne sa používateľovi pripomenie, že by si mal zopakovať a naučiť sa nové slová. Ide o postupné učenie od jednoduchých slovíčok. Začína sa ako začiatočník a správnymi odpoveďami sú odomykané zložitejšie. Pri výbere odpovede z možností, je ihneď zobrazená správna. Angličtina slovíčka Mobilná aplikácia na výuku angličtiny. Obsahuje veľké množstvo slov (až 20000) rozdelených podľa obtiažnosti do 5 kategórií a tie sú ďalej delené na slovné druhy. Po určitom čase sa však niektoré funkcie obmedzia a používateľ je vyzývaný na zakúpenie platenej verzie. Obsahuje viacero foriem odpovedania: šibenica, písanie, otázky s možnosťami a iné. Je založená na určitej forme adaptabilného precvičovania a na opakovanie využíva vlastný algoritmus na opakovanie s oneskorením. Používateľ by si mal raz denne (je možné znížiť alebo zvýšiť tento interval) zapnúť aplikáciu a naučiť sa nové slová. Po nich nasleduje opakovanie z minulých lekcií. Na konci dennej lekcie si prejde súhrn dnešných slov a pokračovať lekciou môže okamžite alebo až keď ho na to aplikácia vyzve. Môžu ju používať začiatočníci aj pokročilý. Pri výbere z možností necháva používateľa nájsť správnu odpoveď. Dostupná offline. Learn English words Mobilná aplikácia určená na učenie slovnej zásoby a fráz. Podľa veľkosti obsahu ju môžeme zaradiť medzi stredne veľké aplikácie. Používateľ prechádza otázky zo skupiny, ktorú si vyberie. Najskôr sa naučí nové a tie si potom v rôznych kvízoch zopakuje a hodnotí, či a ako dobre si ich už pamätá. V nasledujúcich lekciách sa znova naučí nové slová ale zároveň si zopakuje nejaké zo starších lekcií v prispôsobených intervaloch podľa princípu opakovania s oneskorením. Presné znenie algoritmu nie je známe. Používateľ si sám vyberá obtiažnosť, prípadne tému, akú sa chce učiť. Po nesprávnej odpovedi necháva používateľa ďalej hádať. Jednotlivé lekcie je nutné stiahnuť, ale potom sú dostupné aj bez pripojenia. 18

25 3. Adaptabilné systémy Tabuľka 3.1: Prehľadová tabuľka aplikácií Názov Adap. a O.O. b Zadarmo Offline Gram. c S.Z. d Počet stiahnutí Vhodné pre e Slovíčka - f Z, P Duolingo > 50M Z Memrise > 5M Z, P Dril - English effectively > 100K Z Anglická slovíčka >10K Z Angličtina - mobilní učitel > 100K Z Slovíčka > 50K Z, P Naučte sa Anglicky 6000 slov > 5M Z Angličtina slovíčka > 1K Z, P Learn English words > 1M Z, P a. Adaptabilita b. Opakovanie s oneskorením c. Gramatika d. Slovná zásoba e. Z = začiatočník, P = pokročilý f. K mala 457 používateľov 19

26 3. Adaptabilné systémy V dobe písania tejto kapitoly (marec 2016) sa na trhu nenachádzala aplikácia, ktorá by ponúkala podobnú funkcionalitu ako Adaptabilní Angličtina. Aplikácie sú buď príliš komplexné s veľkými možnosťami alebo nie sú adaptabilné. Človek niekedy nepotrebuje skúšanie a testovanie z jazyka ako celku. Ak už väčšinu gramatických pravidiel ovláda, môže byť vhodné doučiť sa alebo zopakovať iba slovnú zásobu. Iba niektoré využívajú opakovanie s oneskorením. Medzi nájdenými neexistuje jednoduchá aplikácia zdarma, zameraná na slovnú zásobu, ktorá by využívala adaptabilné učenie, opakovanie s oneskorením a bolo ju možné využívať offline. 3.4 Adaptabilné aplikácie vyvinuté na FI MUNI Na Fakulte Informatiky Masarykovej Univerzity pôsobí už niekoľko rokov študijná výskumná skupina Adaptive Learning. Cieľom tejto skupiny je zefektívniť a sprístupniť učenie pomocou prispôsobených vzdelávacích systémov a umelej inteligencie. Zameriava sa tiež na adaptabilné systémy v rôznych oblastiach a na analýzu získaných dát. V rámci nej bolo vytvorených niekoľko adaptabilných systémov. Väčšina patrí do kategórie adaptabilného precvičovania a zameriava sa na precvičovanie jednoduchých faktov z oblasti geografie, matematiky či českého jazyka. Všetky používajú podobný systém adaptability a nejakú formu opakovania s oneskorením. Nižšie je uvedený prehľad najvýznamnejších aplikácií. Niektoré pri vývoji riešili podobné problémy ako pri tvorbe Adaptabilní Angličtiny. Slepé mapy 4 Systém zameraný na geografiu. Okrem precvičovania štátov sveta pomocou slepých máp, je možné si obmedziť výber na štáty podľa kontinentov alebo vybrať aj iný typ máp, ako napríklad: mestá, rieky, pohoria, ostrovy alebo jazerá. V systéme je registrovaných približne používateľov, ktorí odpovedali viac ako krát na 1500 rôznych geografických pojmov. Na ohodnotenie používateľov sa využíva systém Elo. Analógiou súboja šachistov je súboj používateľa s geografickým pojmom [7]. Používateľ dostane sadu desiatich otázok, 4. Dostupné na 20

27 3. Adaptabilné systémy kde sú kombinované nové a tie, ktoré si používateľ už opakuje. Aplikácia tak volí úlohy, ktoré by pre používateľa nemali byť neprimerane ťažké ani ľahké. Anatom 5 Systém na precvičovanie ľudskej anatómie, ktorý vznikal so spoluprácou doktorov a študentov medicíny. Cieľom aplikácie je uľahčiť študentom medicíny a ostatným so záujmom o anatómiu precvičovanie svojich znalostí. Dostupné je precvičovanie základnej anatómie rozdelenej podľa častí tela alebo orgánových sústav. Za dobu behu projektu sa zozbieralo viac ako odpovedí na viac ako 2300 rôznych otázok. Existuje aj systém určený pre štredoškolských študentov - Slepá anatomie 6. Ide o jednoduchšiu aplikáciu, ktorá má veľmi podobnú funkcionalitu, ale má menej obsahu a používa odlišnú vizualizáciu. MatMat 7 Inteligentné precvičovanie matematiky. Je zameraný na deti a základné oblasti na precvičovanie sú: počítanie, sčítavanie, odčítavanie, násobenie a delenie. Učenie prebieha hravou formou a deti získavajú odmeny za úspešné lekcie. Je dostupný aj učiteľský režim, ktorý dovoľuje učiteľom alebo rodičom spravovať viacero účtov svojich detí. Umíme česky 8 Online cvičebnica českého pravopisu. Obsahuje cvičenia na rôzne aspekty jazyka, diktáty ale aj interaktívne slovné hry ako zostrelovanie vybraných slov alebo tetris so zaraďovaním slov podľa pádov. Pre učiteľov je dostupný Učiteľský mód, v ktorom má prehľad o svojich žiakoch a ich štatistiky. Vidí tiež rebríček najčastejších chýb a môže tomu prispôsobiť výuku. 5. Dostupné na 6. Dostupné na 7. Dostupné na 8. Dostupné na 21

28 3. Adaptabilné systémy Poznávačka přírody 9 Precvičovanie a poznávanie organizmov (zvierat, stromov, vtákov, plazov, cicavcov... ), ktoré sa vyskytujú v Českej Republike. Systém obsahuje 766 organizmov. Otázky sú vo forme výberu z možností alebo poznanie organizmu podľa obrázku. Obrázky sú prevzaté z Encyclopedia of Life 10. Funkčne je implementovaný podobne, ako všetky zmienené vyššie, čiže adaptabilný výber otázok a opakovanie s oneskorením. Ďalšie aplikácie sú rozpracované alebo sú vo fáze testovania. Motiváciou pre vytváranie takýchto systémov je spersonalizovať vzdelávacie systémy, aby sa adaptovali na potreby každého študenta. Tabuľka 3.2: Typ zobrazenia správnej odpovedi všetkých spomenutých aplikácií Názov MCQ 11 Typ Slovíčka zobrazí správnu Duolingo zobrazí správnu Memrise zobrazí správnu Dril - English effectively - Anglická slovíčka nechá hádať Angličtina - mobilní učitel - Slovíčka - Naučte sa Anglicky 6000 slov zobrazí správnu Angličtina slovíčka nechá hádať Learn English words nechá hádať Slepé mapy zobrazí správnu Anatom zobrazí správnu MatMat zobrazí správnu Slepá anatomie zobrazí správnu Poznávačka přirody nechá hádať Umíme česky nechá hádať 9. Dostupné na Dostupné na Multiple Choice Questions - otázky s výberom z možností 22

29 4 Implementácia Výstupom tejto diplomovej práce je aplikácia Adaptabilní Angličtina, dostupná pre OS Android. Na základe podielu [26] používateľov jednotlivých verzií bola zvolená ako minimálna podporovaná verzia Android 4.1 Jelly Bean. Ďalším dôvodom bolo, že viacero použitých techník je dostupných až od tejto verzie. Graf na obrázku 4.1 ukazuje podiel jednotlivých verzií nainštalovanej aplikácie. Viac ako 50% používateľov používa jednu z verzií 4.x, takže tieto verzie je dôležité podporovať, novšie sú dostupné iba na málo zariadeniach. Naopak staršie už používa minimum používateľov a vývoj by sa musel obmedzovať. Aplikácia je dostupná na Obchode Play od 16. marca Bolo na ňu vydaných niekoľko aktualizácií, ktoré opravujú bugy, upravujú užívateľské rozhranie alebo pridávajú novú funkcionalitu. K dnešnému dňu ( ) si ju celkovo stiahlo 45 používateľov. Tí odpovedali celkovo na 4889 otázok z toho 2063 na nové slová pri učení a 2826 v rámci opakovania. Obr. 4.1: Podiel verzií Androidu u Adaptabilní Angličtiny k

30 4. Implementácia 4.1 OS Android Android je operačný systém primárne vyvíjaný pre mobilné zariadenia s dotykovou obrazovkou ako napríklad smartphony alebo tablety. Prvý smartphone s Androidom bol vydaný v roku Odvtedy sa celosvetovo predalo vyše miliarda zariadení s OS Android [27]. Po telefónoch a tabletoch sa v upravených verziách dostal Android aj na iné zariadenia - hodinky, televízory, fotoaparáty a iné. Po pár rokoch sa stal najrozšírenejším mobilným operačným systémom [28]. Veľký podiel na tomto úspechu zohral fakt, že je vydaný pod open-source licenciou. Výrobcovia zariadení si ho môžu prispôsobovať, pridávať funkcionalitu alebo meniť grafické rozhranie. Majú však na starosť aj aktualizáciu na nové verzie OS. Niektorí menší výrobcovia ale na to nemajú kapacity a vzniká veľká fragmentácia. Android je veľmi dynamický operačný systém a každá nová verzia priniesla nové funkcie a vlastnosti, ktoré staršie verzie už nepodporujú. Najnovšiu verziu OS má iba 4,6% zariadení [29]. Z tohoto dôvodu vzniká veľa bezpečnostných rizík a aj vývoj je zložitejší, kvôli nutnej podpore starších verzií. Android je postavený na linuxovom jadre ale vyššie vrstvy systému pracujú nad Dalvik Virtual Machine (DVM), prípadne novšom Android Runtime (ART), ktoré je dostupné od verzie 5.0. DVM je behové prostredie pre Android, ktoré je podobné Java Virtual Machine (JVM), ale je lepšie prispôsobené na obmedzenia mobilných zariadení a používa vlastný byte kód. Program je kompilovaný do byte kódu pre JVM a až potom do vlastného, ktorý je uložený v.dex a.odex súboroch. ART je jeho nasledovník, ktorý prináša viacero vylepšení a lepšiu optimalizáciu. Jazyk pre vývoj aplikácií je považovaný za totožný s Javou. V skutočnosti je to ale obmena Javy. Boli pridané knižnice, ktoré umožňujú lepšie využívať obmedzené mobilné zariadenia. Taktiež niektoré súčasti, ktoré vývojári nepovažovali za podstatné pre mobilné zariadenia, boli odstránené. Je možné písať niektoré časti aplikácií aj v jazyku C++, ale toto sa hodí iba pre aplikácie, ktoré potrebujú komunikovať priamo s hardvérom. Na toto slúži nástroj Android NDK 1. V minulosti sa na vývoj používalo vývojové prostredie Eclipse. 1. Native Development Kit 24

31 4. Implementácia Obr. 4.2: Graf podielu mobilných OS, Február 2016 [26] Od decembra 2014 je za oficiálne IDE považované Android Studio od Googlu [30]. To je založené na IntelliJ IDEA od firmy JetBrains a obsahuje mnoho doplnkov a pluginov, ktoré sú špeciálne navrhnuté pre vývoj mobilných aplikácií na Android. Napríklad ponúka podporu buildovacieho systému Gradle, refaktoring kódu špecifický pre Android, ProGuard na podpisovanie aplikácií pri ich publikácií, vzorové šablóny atď. Android Studio tiež obsahuje integráciu ďalších nástrojov na prácu s Androidom, napr.: adb 2 na jednoduchšie ladenie vyvíjaných aplikácií, AVD Manager na vytváranie a správu virtuálnych zariadení alebo Device Monitor na jednoduché prezeranie súborov a informácií o práve zapojenom zariadení. Google vytvoril platformu Google Play, ktorá slúži na distribúciu aplikácií pre Android. Každý, po zaplatení poplatku, sem môže nahrať svoju aplikáciu a okamžite bude dostupná miliónom používateľov. Nevýhodou pre vývojárov je až priveľký počet dostupných ap- 2. Android Debug Bridge 25

32 4. Implementácia likácií. Je ťažké dostať práve tú svoju na viditeľné miesto a hrozí, že mnoho, niekedy aj dobrých aplikácií, v tom množstve jednoducho zapadne. Obr. 4.3: Graf fragmentácie Androidu na rôzne verzie 3, Apríl 2016 [29] 4.2 Popis aplikácie Požívateľské rozhranie aplikácie je optimalizované na telefóny. Je možné používať ju aj na tabletoch, ale z dôvodu optimalizácie na telefóny nie sú vytvorené špeciálne layouty na tablety. Štandardné tak obsahujú viac voľného miesta. V budúcnosti toto miesto môže byť využité pre ďalšiu funkcionalitu. Po prvom spustení aplikácie a aktualizácií databázy sa používateľ dostane na domovskú stránku aplikácie. V hornej časti sa zobrazujú informácie o aktuálnych používateľových zna- 3. Verzie s podielom menším ako 0,1% nie sú zobrazené 26

33 4. Implementácia lostiach, celkový počet správnych a nesprávnych odpovedí a tiež tzv. streak, počet dní v rade, kedy prešiel aspoň jednu sadu otázok. Ide o pokus o základnú gamifikáciu aplikácie. Spodná časť obsahuje tlačítka pre štart učenia, nastavenia a odkaz na obrazovku s opakovaním už naučených slov. Z ľavého okraja obrazovky je možné zobraziť vysúvacie menu, ktoré obsahuje odkazy na najčastejšie používané funkcie aplikácie. Obr. 4.4: Screenshot domovskej obrazovky Po kliknutí na tlačítko Start sa spustí sada otázok. Predvolený počet otázok v sade je 10 ale je možné ho zmeniť v nastaveniach na hodnotu z intervalu Tento počet je tiež maximálny počet slov na opakovanie, ktoré sa môžu objaviť v rámci jednej sady. Sada tak môže obsahovať až 2x toľko slov. Slová, ktorých naplánované opakovanie sa vyskytne pred začatím sady alebo počas nej, sa zaradia medzi nové slová. Ak je pripravených viacero slov na opakovanie, zoradia sa zostupne podľa obtiažnosti a zobrazujú sa podľa tohto poradia. Spôsob zoradenia sa ukázal ako dôležitý, v prvých verziách aplikácie boli slová zoradené iba podľa ich času na opakovanie a viedlo 27

34 4. Implementácia to k situáciám, kde sa ľahšie slová opakovali a z dôvodu obmedzenia ich počtu v jednej sade sa často ťažie slová nedostali do poradia. Predlžoval sa im interval opakovania a pre používateľov bolo ťažšie si na ne spomenúť. Veľmi ľahké slová si tak používateľ zopakuje iba v prípade, že žiadne ťažšie nie sú na rade. Nie je potrebné si často opakovať ľahké slová, na ktoré používateľ odpovedal na začiatku používania aplikácie, keď systém ešte nebol dostatočne presne prispôsobený. Na otázky odpovedá používateľ výberom zo 4 slov a špeciálnej možnosti Nevím. Vždy je iba jedna správna odpoveď. Po označení správnej odpovede sa automaticky načíta ďalšia otázka. Po označení nesprávnej sa farebne odlíši označená odpoveď od ostatných nesprávnych a takisto aj od správnej. V tabuľke 3.2 sú uvedené typy, ako riešia už spomínané aplikácie pokračovanie po nesprávnej odpovedi používateľa. Väčšina sa vybrala cestou, že hneď po odpovedi zobrazí aj správnu a používateľ má možnosť okamžite vidieť, kde spravil chybu. Druhým typom je, že aplikácia nechá používateľa vyberať ďalšiu z možností, až pokiaľ neoznačí správnu. Obr. 4.5: Screenshoty zobrazenej otázky a otázky po nesprávnej odpovedi 28

35 4. Implementácia Adaptabilní Angličtina patrí do typu zobrazí správnu, kde má používateľ iba jeden pokus na odpoveď. Rozhodnutie bolo učinené na základe malého počtu možností a na fakte, že nie je žiadúce, aby používatelia tipovali odpovede. Cieľom je niečo naučiť, prípadne pomôcť zapamätať a nie prísť na odpoveď vylučovacou metódou. Tiež nie je jasné, ako by sa mali zachovať implementované algoritmy v prípade označenia správnej odpovede na druhý, prípadne tretí pokus. Ak sa pred alebo počas odpovedania v rámci jednej sady stane, že nejaké slovo by sa malo zopakovať práve v ten čas, je zaradené medzi nové slová. Po odpovedaní na nastavený počet nových slov sa zobrazí tabuľka s výsledkami. Farebne sú odlíšené správne a nesprávne odpovede a zobrazuje sa aj počet odpovedí na jednotlivé slová. To sa hodí najmä pri slovách, ktoré sa už po niekoľký krát opakujú. Po kliknutí na slovo sa zobrazí detail, v ktorom je možné si vypočuť výslovnosť daného slova pomocou vstavaného syntetizátoru. Nachádza sa tu aj tlačítko na zmenu preferovaného prekladu. Jedno slovo môže mať viacero nesúvisejúcich prekladov. Človek môže poznať iba niektorý a ostatné si chce opakovať. Po kliknutí sa zobrazí zoznam dostupných prekladov a používateľ si vyberie, ktorý mu najviac vyhovuje. Ten sa potom bude zobrazovať pri opakovaní daného slova. Zobrazené slová je možné filtrovať podľa kategórie. Ďalšou dostupnou funkciou je zobrazenie už naučených slovíčok. Je dostupná z vysúvacieho menu z domovskej obrazovky a zobrazenie funguje podobnom princípe ako zobrazenie výsledkov práve zodpovedanej sady. Z menu je tiež dostupná funkcia Mapa znalostí (na obrázku 4.7), ktorá zobrazuje celú slovnú zásobu rozdelenú na 20 častí podľa aktuálnej obtiažnosti. Z každej časti sa vyberie 5 náhodných slov a vypočíta sa odhadovaná šanca na správnu odpoveď používateľa na tieto slová. Časti sú aj farebne odlíšené - čím zelenšie pozadie, tým jednoduchšia pre používateľa. V nastaveniach je možné okrem počtu slovíčok do sady zapnúť/ vypnúť zobrazovanie notifikácií či automatické prehrávanie výslovnosti pri zobrazení nového slova alebo pri odpovedi, zobraziť základné informácie o aplikácií a odoslať spätnú väzbu. Aplikácia neobsahuje žiadnu možnosť nápovedy pre používateľa, ktorý si nie je istý odpoveďou. Jednou z možností ako implementovať 29

36 4. Implementácia Obr. 4.6: Screenshoty štatistiky po dokončení sady a celkový prehľad takúto nápovedu, by bolo zobraziť kontext, v akom sa slovo najčastejšie používa. Mohlo by ísť o príklad použitia vo vete alebo definíciu z výkladového slovníka. Takáto pomoc by však mohla byť pre používateľa až priveľká keďže vyberá iba zo 4 možností. V určitých situáciach by to bolo vhodné, ale pri snahe odhadnúť úroveň používateľovej znalosti to nie je žiadúce. Ďalšou otázkou by bolo, ako riešiť rôzne smery prekladu. Nie je potrebné zobrazovať českému používateľovi českú vetu pri otázke z češtiny do angličtiny. Existuje možnosť zobraziť kontext pre všetky distraktory, ale táto možnosť nie je výhodná z priestorového ani časového hľadiska. Je otázna aj dostupnosť takýchto dát. Ak by sme chceli zobrazovať aj české vety, ďalším problémom by bolo nájsť dvojjazyčnú databázu viet/definícií. API veľkých slovníkov ako Merriam- Webster 4 alebo Oxford English Dictionary 5 býva spoplatnené a menšie stránky sú obmedzené alebo môžu mať problém s veľkosťou obsahu. Tieto a ďalšie dôvody zapríčinili, že vo výslednej aplikácií po- 4. Dostupný na 5. Dostupný na 30

37 4. Implementácia Obr. 4.7: Screenshot mapy znalostí dobné riešenie nebude implementované. Ide však o dobrý smer, ktorým by sa mohla aplikácia rozširovať. 4.3 Algoritmy Algoritmy v aplikácie môžeme rozdeliť na 3 sekcie. V prvej sa nachádzajú algoritmy na odhadovanie a prispôsobovanie používateľovej úrovne schopností a obtiažnosť slov. Do druhej patria algoritmy implementujúce opakovanie s oneskorením. Je potrebné vypočítať, kedy by sa dané slovo malo zopakovať, aby ho používateľ poznal, ale bol tesne pred jeho zabudnutím. V tretej sekcií sa ku skúšanému slovu hľadajú distraktory. Táto sekcia obsahuje popis viacerých skúšaných algoritmov a ich výsledky. 31