Gamification Features of Stream-Education Components with Education Robotics

Abstract

The article discusses the growth of staffing requirements for modern manufacturing companies, taking into account the emergence of the term Industry 4.0, which includes components: Cyber-Physical Systems, Internet of Things, Smart Factory, Internet of Services, Smart Product, Machine-to-Machine, Big Data, Cloud. The importance of introducing robotic tools, such as the electronic platform with an Arduino microcontroller, to educational directions such as STEM (stands for: “Science”, “Technology”, “Engineering” and “Mathematics”), STEAM (adding “Arts”) and STREAM (adding “Reading/Writing”), is noted. But today they do not take into account the way to strengthen motivational activity based on computer games, therefore the purpose of the article was to establish two-way communication between the computer game design process using a robotic system and Arduino microcontroller sensors for later solving the task of determining the gamification characteristics of a given sensor, as well as the task of determining robotic characteristics of a given stage of the computer game design process. To achieve this goal, a data analysis technique is proposed, which includes the following steps. The stage of analyzing the functions of fairy tales by Vladimir Propp (hereafter, metaphorization functions), which forms a table of functions as templates of text phrases for creating a computer game script that takes into account the Arduino microcontroller sensors. The stage of the analysis of computer game classes, which forms the table of classes of the market for the game and the table of classes of players' needs. It is assumed that the product sales market is closely related to the various disciplines of the school curriculum. The stage of analysis of the components of the Mechanics-Dynamics-Aesthetics within the MDA-model. The stage of analysis of the Arduino microcontroller sensors. The proposed methodology allowed creating a relational database including the following tables: a table describing 31 templates of text phrases to create a plot of computer game; table describing 15 classes of players' needs; table describing 10 classes of MDA-model; table of descriptions for 19 Arduino microcontroller sensors; a table of relations between 31 templates of text phrases, scenarios from the Vladimir Propp's morphological functions of fairy tales, and descriptions of 15 classes of players' needs and 10 classes of the MDA model; table of interconnections between the descriptions of the Arduino microcontroller sensors, classes of players' needs and classes of the MDA model. Testing of the proposed methodology took place during master classes with participation of I-III stages' students of secondary school No.10 (Izmail, Odessa region) in the process of creating five computer games using the Scratch software tool for managing graphic objects based on signals from the Arduino UNO microcontroller sensors. In the future, it is proposed to consider interactive models of the design of robotic computer games that can be used in the described method, providing graphic means of displaying the components of the structural model of the method. As a result, this will require the development of a software integration module for the contents of the developed relational database and the internal structures of the software tools supporting these interactive design models.

У статті обговорюється зростання вимог сучасних виробничих компаній до якості кадрового забезпечення з урахуванням появи терміна Industry 4.0, що включає компоненти: Cyber-Physical Systems, Internet of Things, Smart Factory, Internet of Services, Smart Product, Machine-to-Machine, Big Data, Cloud. Відзначається важливість впровадження в такі освітні напрямки для школярів як STEM (S - Science, T - Technology, E - Engineering і M - Mathematics), STEAM (додавання A - Arts) і STREAM (додавання R - Reading / Writing) з використанням робототехнічних інструментів , наприклад, на основі електронної платформи з мікро контролером Arduino. Але сьогодні вони не враховують способу мотиваційну діяльність на основі комп'ютерних ігор, тому метою статті стало встановлення двосторонніх зв'язків між процесом проектування комп'ютерної гри, що використовує робототехническую систему, і датчиками мікроконтролера Arduino для подальшого вирішення завдання визначення гейміфікаціонних характеристик заданого датчика, а також завдання визначення робототехнічних характеристик заданого етапу процесу проектування комп'ютерної гри. Для досягнення зазначеної мети запропонована методика аналізу даних, що включає наступні етапи. Етап аналізу функцій казкових сюжетів по В.Я. Проп-пу (надалі, функції метафоризації), який формує таблицю функцій як текстових фраз-шаблонів для створення сценарію комп'ютерної гри, яка враховує датчики мікроконтролера Arduino. Етап аналізу класів комп'ютерних ігор, який формує таблицю класів ринку збуту гри і таблицю класів потреб гравців. При цьому передбачається, що ринок збуту продукту тісно пов'язаний з різними дисциплінами шкільної програми. Етап аналізу компонент Механіка-Динаміка-Естетика MDA-моделі. Етап аналізу датчиків мікроконтролера Arduino. Запропонована в роботі методика дозволила створити реляційну базу даних, що включає таблиці: таблицю опису 31 текстових фраз-шаблонів для створення сценарію комп'ютерної гри; таблицю опису 15 класів потреб гравців; таблицю опису 10 класів MDA-моделі таблицю опису 19 датчиків мікроконтроле-ра Arduino; таблицю зв'язків між 31 текстовими фразами-шаблонами сценаріїв з морфологічних функцій чарівної казки В. Я. Проппа і описами 15 класів потреб ігроков¸ а також описами 10 класів MDA-моделі; таблицю зв'язків між описами да-тчиків мікроконтролера Arduino і описами класів потреб ігроков¸ а також описами класів MDA-моделі. Апробація запро-понованої методики пройшла під час проведення майстер-класів за участю школярів загальноосвітньої школи № 10 I-III ступенів м Ізмаїл Одеської області в процесі створення п'яти комп'ютерних ігор з використанням інструментальної про-грамної середовища Scratch з управління графічними об'єктами на основі сигналів від датчиків мікроконтролера Arduino UNO . В майбутньому пропонується розглянути інтерактивні моделі проектування робототехнічних комп'ютерних ігор, які можуть бути використані в запропонованій в даній роботі методикою, надаючи графічні засоби відображення компонент структурної моделі методики. І, як наслідок, це зажадає розробки програмного модуля інтеграції вмісту розробленої реляційної бази даних і внутрішніх структур програмних інструментів підтримки зазначених інтерактивних моделей про-ектування.

В статье обсуждается рост требований современных производственных компаний к качеству кадрового обеспечения с учетом появления термина Industry 4.0, включающий компоненты: Cyber-Physical Systems, Internet of Things, Smart Factory, Internet of Services, Smart Product, Machine-to-Machine, Big Data , Cloud. Отмечается важность внедрения в такие образовательные направления для школьников как STEM (S - Science, T - Technology, E - Engineering и M - Mathematics), STEAM (добавление A - Arts) и STREAM (добавление R - Reading/Writing) с использованием робототехнических инструментов , например, на основе электронной платформы с микроконтроллером Arduino. Но сегодня они не учитыва-ют способы мотивационной деятельности на основе компьютерных игр, поэтому целью статьи стало установление дву-сторонних связей между процессом проектирования компьютерной игры, использующей робототехническую систему, и датчиками микроконтроллера Arduino для дальнейшего решения задачи определения геймификационних характеристик заданного датчика, а также задачи определения робототехнических характеристик заданного этапа процесса проекти-рования компьютерной игры. Для достижения указанной цели предложена методика анализа данных, включающая следу-ющие этапы. Этап анализа функций сказочных сюжетов по В. Я. Проппу (в дальнейшем, функции метафоризации), кото-рый формирует таблицу функций как текстовых фраз-шаблонов для создания сценария компьютерной игры, учитываю-щий датчики микроконтроллера Arduino. Этап анализа классов компьютерных игр, который формирует таблицу классов рынка сбыта игры и таблицу классов потребностей игроков. При этом предполагается, что рынок сбыта продукта тесно связан с различными дисциплинами школьной программы. Этап анализа компонент Механика-Динамика-Эстетика MDA-модели. Этап анализа датчиков микроконтроллера Arduino. Предложенная в работе методика позволила создать реляци-онную базу данных, включая таблицы: таблицу описания 31 текстовых фраз-шаблонов для создания сценария компьютер-ной игры; таблицу описания 15 классов потребностей игроков; таблицу описания 10 классов MDA-модели, таблицу описа-ния 19 датчиков микроконтроллера Arduino, таблицу связей между 31 текстовыми фразами-шаблонами сценариев из морфологических функций волшебной сказки В. Я. Проппа и описаниями 15 классов потребностей игроков¸ а также описа-ниями 10 классов MDA-модели, таблицу связей между описаниями датчиков микроконтроллера Arduino и описаниями клас-сов потребностей игроков¸ а также описаниями классов MDA-модели. Апробация предложенной методики прошла во вре-мя проведения мастер-классов с участием школьников общеобразовательной школы № 10 I-III ступеней г. Измаил Одесс-кой области в процессе создания пяти компьютерных игр с использованием инструментальной программной среды Scratch по управлению графическими объектами на основе сигналов от датчиков микроконтроллера Arduino UNO. В будущем пре-длагается рассмотреть интерактивные модели проектирования робототехнических компьютерных игр, которые могут быть использованы в предложенной в данной работе методике, предоставляя графические средства отображения компо-нент структурной модели методики. И, как следствие, это потребует разработки программного модуля интеграции со-держания разработанной реляционной базы данных и внутренних структур программных инструментов поддержки ука-занных интерактивных моделей проектирования.