Третье место конкурса «КОД науки» в номинации
«Инновационные образовательные технологии» (2024 г.)
Аннотация. В статье обоснована актуальность проблемы автоматизации процесса поддержки повышения физической активности студентов ГАОУ ВО МГПУ, а также представлены результаты анализа существующих процессов, связанных с деятельностью преподавателя физической культуры ИЕСТ в рамках внеаудиторной работы. Определены требования к разрабатываемому мобильному фитнес-приложению. Для их реализации проведено проектирование программного приложения для поддержки внеаудиторной работы преподавателя физической культуры, а именно разработаны модель его функционирования и модель базы данных. В заключении представлены элементы реализации прототипа голосового ассистента, полученные на языке программирования python в среде программирования visual studio code с использованием библиотек: json, pyaudio, pyttsx3.
Ключевые слова: физическая культура, студенты, мобильное фитнес- приложение, голосовой ассистент, распознавание голоса, синтез голоса, модель функционирования, модель базы данных, программный код.
При организации занятий студентов в МГПУ, особую значимость имеют вопросы их здоровья, физической активности и общего благополучия. Для этого в университете, в частности в Институте естествознания и спортивных технологий (далее – ИЕСТ) ГАОУ ВО МГПУ, в рамках дисциплины «Физическая культура» проводятся групповые внеаудиторные занятия спортом с преподавателем [5, с. 118]. Студенты должны присутствовать на определенном занятии в определенном месте и время, при этом индивидуальные потребности и предпочтения могут быть недостаточно учтены. Отслеживание физического прогресса обычно ложится на плечи студента, а мотивация и индивидуальная поддержка часто зависят от личных усилий [6, с. 157].
Также в настоящее время поддержка процесса повышения физической активности студентов в институте естествознания и спортивных технологий ИЕСТ не автоматизирована. Разработка мобильного фитнес-приложения «ПроТренировки» будет способствовать повышению физической активности студентов ИЕСТ вне дисциплины «Физическая культура» с сохранением функции консультирования [3, с. 670]. Голосовой ассистент не только поможет сделать управление мобильным приложением интуитивно понятным и голосовым, но и обеспечить пользователя алгоритмом действий и подсказками на протяжении всей тренировки.
Ввиду этого необходимо спроектировать и разработать голосовой ассистент для мобильного фитнес-приложения «ПроТренировки» (МФП).
Далее представлены основные результаты исследования в рамках проекта голосового ассистента для мобильного фитнес-приложения «ПроТренировки».
Фрагмент организационной структуры ИЕСТ МГПУ проиллюстрирован на рисунке 1.
Рис. 1. Организационная структура ИЕСТ МГПУ
Из представленной выше схемы видно, что планируется автоматизировать деятельность преподавателя по физической культуре (ФК) кафедры физического воспитания и безопасности жизнедеятельности ИЕСТ.
Схема информационных потоков, связанная с деятельностью преподавателя ФК по повышению физической активности студентов изображена на рисунке 2.
Рис. 2. Схема информационных потоков, связанная с деятельностью преподавателя ФК по повышению физической активности студентов
Ниже представлен анализ существующих процессов [2, с. 95], связанных с деятельностью преподавателя ФК по повышению физической активности студентов, выполненный с применением методов IDEF0 и IDEF1 в программной среде «CA ERWin Process Modeller». Изначально была составлена схема «А-0». Диаграмма представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Схема «А-0»
На рисунке 4 представлена контекстная диаграмма уровня «А0».
В рамках проводимого обследования были определены схемы осуществления деятельности преподавателя ФК. На рисунке 5 описана схема процесса «Разработать УМК для проведения занятий по ФК».
Результаты анализа существующих процессов позволили определить требования к фитнес-приложению:
- Автоматизация ведения базы данных (БД), предоставляющей сведения о физической активности студентов, их спортивных достижениях, планов тренировок.
- Автоматизация процесса поддержки проведения качественных тренировок без участия преподавателя с контролем показателей физической активности.
- Автоматизация процесса функционального тестирования студентов без участия преподавателя.
- Автоматизированное формирование отчетов о результатах тренировок студентов преподавателю.
- Реализация голосового интерфейса для достижения «эффекта присутствия».
Рис. 4. Схема «А0»
Рис. 5. Схема процесса «Разработать УМК для проведения занятий по ФК»
На основе изложенных требований к фитнес-приложению была разработана диаграмма вариантов использования (рисунок 6). На ней «человечки» отражают роли пользователей, эллипсы – выполняемые действия, а стрелки показывают отношения.
Основными действующими лицами являются: мобильное фитнес-приложение с голосовым ассистентом, администратор ПК, преподаватель по ФК и обучающийся.
Рис. 6. Диаграмма вариантов использования МФП
Для демонстрации логики выполняемых действий были разработаны их схемы по стандарту BPMN 2.0. Схема процесса администрирования программного комплекса (ПК) представлена на рисунке 7. Ключевые роли – Администратор ПК.
Рис. 7. Схема процесса «Администрирование программного комплекса»
Схема процесса ведения базы данных представлена на рисунке 8. Ключевые роли – мобильное фитнес-приложение «ПроТренировки» с голосовым ассистентом и администратор программного комплекса.
Рис. 8. Схема процесса «Ведение базы данных программного комплекса»
Кроме того, был описан процесс «Разработка УМК для проведения тренировок по ФК». Схема процесса «Разработка УМК для проведения тренировок по ФК» представлена на рисунке 9. Ключевые роли – Преподаватель по ФК.
Рис. 9. Схема процесса «Разработка УМК для проведения тренировок по ФК»
Также был детализирован процесс «Провести тренировку по ФК». На схеме видно, что при запросе пользователя о начале тренировки, голосовой помощник преобразует голосовой запрос в текстовый, и обрабатывает данный запрос с помощью встроенной экспертной системы [1, с. 143]. Таким образом сформированный алгоритм тренировки отправляется в голосовой модуль, и пользователь слышит синтезированный голос, который делает счет и определяет последующие действия обучающегося. Схема процесса «Провести тренировку по ФК» представлена на рисунке 10. Ключевые роли – мобильное фитнес-приложение «ПроТренировки» с голосовым интерфейсом, преподаватель и обучающийся.
Рис. 10. Схема процесса «Провести тренировку по ФК»
Схема процесса «Сформировать отчет по результатам тренировок по ФК» представлена на рисунке 11. Ключевые роли – мобильное фитнес-приложение «ПроТренировки» с голосовым помощником и обучающийся МГПУ.
Для моделирования структур данных использовался метод семантического моделирования данных по стандарту IDEF1X.
Сведения о сущностях модели данных отражены в таблице 1.
Рис. 11. Схема процесса «Сформировать отчет по результатам тренировок по ФК»
Таблица 1. Сведения о сущностях модели данных
|
Название сущности |
Смысл сущности |
|
Состав тренировки |
Данные о тренировке и её продолжительности |
|
Голосовая команда |
Данные о голосовой команде |
|
Операция |
Данные об операции |
|
Тренировка |
Данные о тренировке |
|
Студент |
Данные о студенте |
|
Группа |
Данные о группе обучающихся |
Описание атрибутов позволило разработать полную атрибутивную модель БД для голосового ассистента МФП. Она изображена на рисунке 12.
Рис. 12. Полная атрибутивная модель БД для голосового ассистента МФП
Основными сущностями здесь являются ТРЕНИРОВКИ, СОСТАВ ТРЕНИРОВКИ, ГОЛОСОВАЯ КОМАНДА, ОПЕРАЦИЯ, СТУДЕНТ и другие.
Реализация прототипа голосового ассистента производилась на языке программирования python в среде программирования visual studio code с использованием библиотек: json, pyaudio, pyttsx3. Фрагменты текста программы голосового ассистента представлены на рисунках 13, 14, 15 [4, c. 15].
На рисунке 13 представлен фрагмент текста программы голосового ассистента, осуществляющий импортирование библиотек python и установка начальных параметров распознавания голоса пользователя.
Рис. 13. Фрагменты текста программы для импортирования библиотек и установка начальных параметров
На рисунке 14 представлен фрагмент текста программы голосового ассистента, устанавливающий параметры синтеза голоса. Устанавливаются скорость произношения фраз и громкость голоса. Отдельно устанавливаются параметры самого голоса: пол, высота, тон, манера общения. А также запускается функция озвучивания текста посредством синтеза голоса.
Рис. 14. Фрагмент текста программы для установки параметров синтеза голоса и запуска функции озвучивания
На рисунке 15 представлен фрагмент текста программы голосового ассистента, реализующий функционирование распознавания голоса пользователя, определения голосовой команды, выполнение команды, синтез голосового сообщения, содержащий результат выполнения голосовой команды и вывод текстового комментария, а также прекращение функционирования посредством «прощания» пользователя с голосовым ассистентом.
Рис. 15. Фрагмент текста программы для функционирования голосового ассистента
В результате исследования были выполнены следующие задачи:
- изучена деятельность сотрудников ИЕСТ МГПУ, в частности, преподавателя по ФК;
- проанализированы существующие потоки и процессы, связанные с деятельностью преподавателя физической культуры по повышению физической активности студентов МГПУ всех направлений обучения;
- разработана модель функционирования голосового ассистента для мобильного фитнес-приложения «ПроТренировки»;
- разработана модель БД для голосового ассистента мобильного фитнес- приложения «ПроТренировки»;
- разработан прототип голосового ассистента для поддержки внеаудиторной работы преподавателя физической культуры.
Результаты исследования помогут усовершенствовать процесс проведения внеаудиторной работы преподавателями физической культуры в ИЕСТ МГПУ.
Список литературы:
- Баширов М.Г. Система поддержки принятия решений и экспертные системы. / Баширов М.Г., Кузьмина А.Ф., Усманов М.Ф., Вагапов И.Ф. // Наука. Технологии. Производство. 2023. С. 142-144.
- Корнилова Д.Н. Проект голосового помощника для мобильного фитнес-приложения «ПРОТРЕНИРОВКИ» // В сборнике: Лига исследователей МГПУ. сборник статей. В 3 Т. М.: 2023. С. 93-98.
- Красильников А.А., Федорова Е.Ю. Информационно-компьютерные технологии как определяющий фактор трансформации образовательного пространства организации // В книге: Приоритетные направления развития спорта, туризма, образования и науки. сборник материалов международной научно-практической конференции. Нижний Новгород, 2021. С. 665-674.
- Скочко П.С. Голосовой помощник для управления операционной системой / П.С. Скочко, В.Ф. Барабанов, Н.И. Гребенникова, С.Л. Кенин // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 18. 2022. №2. С. 13-16.
- Усманова Е.А. Научно-методическое обеспечение внеаудиторной деятельности как условие формирования физической культуры студентов // Казанский педагогический журнал. Казань: 2021. №3. С. 116-120.
- Федорова Е.Ю. Сущность индивидуализации физической подготовки студентов высших учебных заведений с применением технологий дистанционного обучения / Е.Ю. Федорова, М.А, Гиття, И.В. Цветкова // Культура физическая и здоровье. 2023. №1(85). С. 155-158.
A prototype of a voice assistant to support the extracurricular work of a physical education teacher
Kornilova D.N.,
undergraduate of 2 course of the Moscow City University, Moscow
Coauthor:
Garibyan V.V.,
undergraduate of 2 course of the Moscow City University, Moscow
Research supervisor:
Chiskidov Sergey Vasilyevich,
Associate Professor, Associate Professor of the Department of Informatization of Education at the Institute of Digital Education
Moscow City University, Candidate of Technical Sciences
Abstract. The article substantiates the relevance of the problem of automating the process of supporting the increase in physical activity of GAOU students at MGPU, and also presents the results of an analysis of existing processes related to the activities of a teacher of physical culture and sports within the framework of extracurricular work. The requirements for the mobile fitness application being developed have been defined. To implement them, a software application was designed to support the extracurricular work of a physical education teacher, namely, a model of its functioning and a database model were developed. In conclusion, the elements of the voice assistant prototype implementation are presented, obtained in the python programming language in the visual studio code programming environment using the libraries: json, pyaudio, pyttsx3.
Keywords: physical education, students, mobile fitness application, voice assistant, voice recognition, voice synthesis, functioning model, database model, program code.
References:
- Bashirov M.G. Decision support system and expert systems. / Bashirov M.G., Kuzmina A.F., Usmanov M.F., Vagapov I.F. // Nauka. Technologies. Production. 2023.: 142-144.
- Kornilova D.N. Project of a voice assistant for the mobile fitness application «TRAINING» // In the collection: The League of Researchers of the Moscow State Pedagogical University. collection of articles. Vol 3. Moscow: 2023.: 93-98.
- Krasilnikov A.A., Fedorova E.Y. Information and computer technologies as a determining factor in the transformation of the educational space of an organization // In the book: Priority directions for the development of sports, tourism, education and science. collection of materials of the international scientific and practical conference. Nizhny Novgorod: 2021.: 665-674.
- Skochko P.S. Voice assistant for operating system management / P.S. Skochko, V.F. Barabanov, N.I. Grebennikova, S.L. Kenin // Bulletin of the Voronezh State Technical University. Vol. 18. 2022. №2.: 13-16.
- Usmanova E.A. Scientific and methodological ensuring extracurricular activities as a condition for the formation of physical culture of students // Kazan Pedagogical Journal. Kazan: 2021. №3. 116-120.
- Fedorova E.Yu. The essence of individualization of physical training of students of higher educational institutions using distance learning technologies / E.Yu. Fedorova, M.A., Gittya, I.V. Tsvetkova // Physical culture and health. 2023. №1(85).: 155-158.