Створення програмного продукту на зразок чат-ботів для застосування у навчальному процесі Інституту інформаційних технологій в економіці КНЕУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний економічний університет імені Вадима Гетьмана

СТВОРЕННЯ ПРОГРАМНОГО ПРОДУКТУ НА ЗРАЗОК ЧАТ-БОТІВ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ У НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ ІНСТИТУТУ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В ЕКОНОМІЦІ КНЕУ

Андрій Грабарєв, кандидат економічних наук, доцент

Геннадій Македон, старший викладач

Наталія Головко, кандидат економічних наук, доцент

Сергій Гадзіна, здобувач, Вікторія Куліда, старший викладач

м. Київ

Анотація

бот telegram навчальний платформа

У статті досліджено процес створення програмного продукту на зразок чат-ботів для застосування у навчальному процесі Інституту інформаційних технологій в економіці КНЕУ. Розробка навчального чат-бота проваджена на платформі Telegram. У дослідженні використано інструментальні засоби, такі як середовище програмування PyCharm, TelegramAPI, операційна система Windows 11, текстовий редактор Microsoft Word 2019. Проаналізовано процес функціонування чат-бота на платформі Telegram для застосування у навчальному процесі Інституту інформаційних технологій в економіці КНЕУ. Визначено переваги і недоліки використання такого типу чат-бота на платформі Telegram. Доведено, що це складніший і в той же час більш орієнтований на користувача чат-бот, ніж бот, що запрограмований на виконання заздалегідь заданих завдань. Показано, що чатбот на платформі Telegram стає більш обізнаним у контексті та застосовує прогнозуючий інтелект для персоналізації взаємодії з користувачем. У статті досліджено існуючі програмні продукти та проведено аналіз їх переваг і недоліків як з позиції користувача, так і з позиції розробника. Для розробки чат-боту на платформі Telegram для використання у дистанційному навчанні було обрано каскадну модель розробки. Показано, що саме ця модель розробки передбачає послідовну організацію робіт. При цьому основною особливістю є розбиття всієї розробки на етапи, причому перехід з одного етапу на наступний відбувається тільки після того, як будуть повністю завершені всі роботи на попередньому етапі, що дуже зручно під час занять зі здобувачам онлайн.

Ключові слова: комп'ютерні технології, навчальний чат-бот, способи реалізації чат-ботів, чат-бот, заснований на штучному інтелекті, дистанційна освіта, месенджер, Telegram, Інститут інформаційних технологій в економіці КНЕУ.

Abstract

Andrii Hrabariev Ph.D. in Economics, Associate professor of the Kyiv, National Economic University named after Vadym Hetman, Department of Informatics and Systemology, Kyiv, Ukraine

Makedon Gennadiy Senior lecturer of the Kyiv National Economic University named after Vadym Hetman, Department of Informatics and Systemology, Kyiv, Ukraine

Nataliia Golovko Ph.D. in Economics, Associate professor of the Kyiv, National Economic University named after Vadym Hetman, Department of Informatics and Systemology, Kyiv, Ukraine

Serhii Hadzina PhD candidat of the Kyiv National Economic University named after Vadym Hetman, Department of Informatics and Systemology, Kyiv, Ukraine

Viktoria Kulida Senior lecturer of the Kyiv National Economic University named after Vadym Hetman, Department of Informatics and Systemology, Kyiv, Ukraine

CREATION OF THE SOFTWARE PRODUCT FOR SAMPLE CHAT-BOTS FOR APPLICATION IN THE EDUCATIONAL PROCESS OF THE INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN THE ECONOMY OF KNEU

The article examines the process of creating a software product like chatbots for use in the educational process of the Institute of Information Technologies in Economics of KNEU. The educational chatbot was developed on the Telegram platform. Tools such as PyCharm programming environment, TelegramAPI, Windows 11 operating system, Microsoft Word 2019 text editor were used in the research. The process of functioning of the chatbot on the Telegram platform was analyzed for use in the educational process of the Institute of Information Technologies in Economics of KNEU. The advantages and disadvantages of using this type of chatbot on the Telegram platform have been determined. It has been proven that this is a more complex and at the same time more user-oriented chatbot than a bot programmed to perform predetermined tasks. A chatbot on the Telegram platform is shown to become more context-aware and apply predictive intelligence to personalize user interactions. The article examines existing software products and analyzes their advantages and disadvantages from both the user's and developer's standpoints. A cascade development model was chosen to develop a chatbot on the Telegram platform for use in distance learning. It is shown that this model of development provides for the sequential organization of work. At the same time, the main feature is the division of the entire development into stages, and the transition from one stage to the next occurs only after all the work at the previous stage is fully completed, which is very convenient during classes with online recruiters.

Keywords: computer technologies, educational chatbot, methods of implementing chatbots, chatbot based on artificial intelligence, distance education, messenger, Telegram, Institute of Information Technologies in Economics of KNEU.

Постановка проблеми

У сучасному світі комп'ютерні технології набувають все більшого значення, особливо в галузі освіти. Багато навчальних закладів різного рівня починають використовувати інноваційні технічні засоби для полегшення навчального процесу і спілкування зі здобувачами освіти. Не становить винятку й Інститут інформаційних технологій в економіці Київського національного економічного університету імені Вадима Гетьмана.

В Україні, особливо під час воєнного стану, що є наслідком російсько-української війни, яка триває з 2014 р., багато коледжів та університетів використовують телеграм-боти для полегшення навчального процесу. Не становить винятку і Інститут інформаційних технологій Київського національного економічного університету імені Вадима Гетьмана [1]. Крім суто унаочнення навчального матеріалу під час дистанційного навчання, телеграм-бот використовують для сповіщення студентів про розклад занять, результати іспитів, зміни в розкладі та ін. Це ефективний спосіб телеграм-ботів для взаємодії зі здобувачами освіти, надання допомоги в розв'язанні завдань та відповідей на запитання [2].

Одним із таких засобів є телеграм-бот, який може бути використаний для різних цілей, наприклад, у наданні інформації про розклад занять, результати іспитів, сповіщення про важливі події в навчанні та ін. В наш час все більшим попитом користується можливість миттєвого отримання та обміну необхідною інформацією без задіяння сторонніх ресурсів через мережу Інтернет. Майже кожен день сучасна людина обмінюється повідомленнями, файлами; вирішує різноманітні важливі для неї питання і для цього використовуються месенджери. Месенджер - це програмний інструмент для взаємодії користувачів між собою з певної теми. Його використовують у різних сферах людського життя як у сфері обслуговування, так само і під час навчання. Існує безліч безкоштовних месенджерів для миттєвого обміну повідомленнями, однак одним із найбільш популярних є Telegram [3], популярний серед користувачів сервіс для обміну повідомленнями, що має відкритий вихідний код, також безкоштовний додаток, який не містить реклами. На платформі Telegram існує можливість створити навчальний чатбот.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Проблему проєктування, розробки і впровадження інформаційних систем розглядали такі вчені, як Кузьмінський А. І., Біда О. А., Чичук А. П., Кучай О. В., Дзямко В. Й. та інші. Проте питання зберігає актуальність і лишається недостатньо дослідженим.

Мета статті - розробка навчального чат-бота на платформі Telegram. Було використано у дослідженні інструментальні засоби: середовище програмування PyCharm, TelegramAPI, операційна система Windows 11, текстовий редактор Microsoft Word 2019.

Предметом дослідження виступає процес функціонування чат-бота на платформі Telegram для застосування у навчальному процесі Інституту інформаційних технологій в економіці КНЕУ. Практичне значення результатів дослідження полягає в опрацюванні створених програмних рішень, дослідження предметної області - Телеграм-бота.

Виклад основного матеріалу

На сьогодні існують два основні способи реалізації чат-ботів, а саме за допомогою машинного навчання або з попередньо встановленим набором правил. Алгоритм запрограмованих дій, що ґрунтується на конкретному наборі правил, забезпечує максимальний контроль і гнучкість у використанні чат-бота, оскільки можна заздалегідь вирішити, наприклад, яка правильна відповідь на запитання та розробити автоматизовані тести для перевірки якості системи. Проте при використанні такого виду ботів багато залежить від даних, які ввів користувач. Якщо вони відсутні в правилах - це може призвести до отримання неправильного результату або до завершення роботи чат-бота. Інший тип чат-бота, який заснований на штучному інтелекті, не має заздалегідь прописаних правил, тобто не має передбаченого чіткого шляху комунікації з користувачем. Цей тип чат-бота, як правило, складніший та в той же час більш орієнтований на користувача, ніж бот, що запрограмований на виконання заздалегідь зазначених правил. Через деякий час, працюючи з введеними користувачем даними, чат-бот стає більш обізнаним у контексті та застосовує прогнозуючий інтелект для персоналізації взаємодії з користувачем.

Для реалізації цілей навчання у виші економічного спрямування було обрано саме тип з описаним набором правил використання, оскільки попередні запитання та прогнозовані відповіді є заздалегідь прописаними, і користувач буде взаємодіяти з чат-ботом, натискаючи на необхідні йому питання, щоб отримати бажаний результат.

Перед початком роботи з продуктом необхідно розглянути існуючі чатботи, щоб виявити їх переваги або недоліки для урахування їх під час роботи над власною розробкою.

Для аналізу аналогів чат-ботів були виділені такі характеристики:

зберігання та перегляд інформації користувача після завершення діалогу;

структурований діалог, тобто спілкування між ботом і користувачем відбувається за допомогою команд;

зрозумілий та простий інтерфейс;

спілкування у неформальному стилі.

Під час дистанційного навчання ми найчастіше використовуємо чат-бот Pomodoro Bot на платформі Telegram. Чат-бот Pomodoro Bot (@pomodoro_timer_bot) - це бот для ефективного управління часом під час навчання. Створений для допомогти здобувачам освіти концентруватися на навчанні, щоб інші заняття не відволікали увагу. Бот має зрозумілий інтерфейс, детальну інструкцію користування та меню із мінімальним набором команд.

Приклад роботи з телеграм-ботом наведено на рис. 1

Рис. 1 Скріншот роботи з «Pomodoro Bot»

Для розробки чат-боту було обрано каскадну модель розробки. Ця модель розробки запозичена з системної інженерії у виробництві та будівництві, наприклад, для створення складних інженерних конструкцій (споруд, літаків, мостів і та ін.). Каскадна модель передбачає послідовну організацію робіт. При цьому основною особливістю є розбиття всієї розробки на етапи, причому перехід з одного етапу на наступний відбувається тільки після того, як будуть повністю завершені всі роботи на попередньому етапі. Кожен етап завершується випуском повного комплекту документації, достатньої для того, щоб розробка могла бути продовжена іншою командою розробників.

Також можна виділити ряд стійких етапів розробки, які практично не залежать від предметної області:

- планування;

- формування вимог;

- аналіз і проєктування;

- конструювання;

- інтеграція і тестування;

- підтримка та експлуатація.

На першому етапі формується первинний вигляд продукту, тобто вирішується, що саме це буде - вебсайт, програмний продукт, утиліта чи інше.

На другому етапі проводиться дослідження проблеми, яка повинна бути вирішена, чітко сформулюються всі вимоги замовника. Результатом, одержуваним на даному етапі, є технічне завдання (завдання на розробку), узгоджене з усіма зацікавленими сторонами.

На третьому етапі розробляються проєктні рішення, що задовольняють всі вимоги, сформульовані у технічному завданні. Результатом даного етапу є комплект проєктної документації, що містить всі необхідні дані для реалізації проєкту.

Четвертий етап - реалізація проєкту. Тут здійснюється розробка програмного забезпечення (кодування) відповідно до проєктних рішень, отриманих на попередньому етапі. Методи, які використовуються для реалізації, не мають принципового значення. Результатом виконання даного етапу є готовий програмний продукт.

На п'ятому етапі проводиться перевірка отриманого програмного забезпечення на предмет відповідності вимогам, заявленим в технічному завданні. Дослідна експлуатація дозволяє виявити різного роду приховані недоліки, які проявляються в реальних умовах роботи інформаційної системи.

Шостий етап - здача готового проєкту (ввід його в експлуатацію) та підтримка. Під підтримкою розуміють впровадження обновлення, підтримка інформаційних систем (наприклад бази даних), виправлення помилок що не були знайдені при тестуванні програмного продукту та були виявлені під час користування.

Водночас може виникати складність паралельного ведення робіт. Зазначені вище проблеми виникають внаслідок того, що робота над проектом будується у вигляді ланцюга послідовних кроків. Причому навіть у тому випадку, коли розробку деяких частин проєкту (підсистем) можна вести паралельно. У ході використання каскадної схеми робіт здійснити досить складно. Складності паралельного ведення робіт пов'язані з необхідністю постійного узгодження різних частин проєкту. Тому переваги паралельного ведення робіт просто губляться. Відсутність паралелізму негативно позначається і на організації роботи всього колективу розробників [3].

Проблема інформаційної перенасиченості виникає внаслідок сильної залежності між різними групами розробників. Ця проблема полягає в тому, що при внесенні змін в одну з частин проєкту необхідно оповіщати всіх розробників, які використовували або могли використовувати цю частину в своїй роботі. Коли система складається з великої кількості взаємопов'язаних підсистем, то синхронізація внутрішньої документації стає важливим самостійним завданням [4].

Складність управління проєктом при використанні каскадної схеми в основному обумовлена чіткою послідовністю стадій розробки та наявністю складних взаємозв'язків між різними частинами проєкту. Чим складніше проєкт, тим більше тривалість кожного з етапів розробки і тим складніший взаємозв'язок між окремими частинами проєкту, кількість яких також збільшується. Причому результати розробки можна реально побачити і оцінити лише на етапі тестування, тобто після завершення аналізу, проєктування і розробки - етапів, виконання яких вимагає значного часу та коштів.

Незважаючи на недоліки системи, дана модель була обрана через свою простоту, чітку послідовність дій, найменш затратну за часом реалізації.

Схему моделі подано на рис. 2.

Рис. 2 Каскадна модель розробки

За технологію було обрано об'єктно-орієнтоване програмування. Об'єктно-орієнтоване програмування (object-oriented programming) - це технологія реалізації програм, заснована на представленні програми у вигляді сукупності об'єктів, кожний з яких є екземпляром певного класу, а класи утворюють ієрархію спадкування.

Поняття об'єктно-орієнтованого програмування визначає три основні концепції, при дотриманні яких програма буде об'єктно-орієнтованою:

- об'єктно-орієнтоване програмування використовує як базових елементів класи, які породжують об'єкти;

- у процесі виконання програми може одночасно використовуватися кілька об'єктів, породжених від одного класу (примірників реалізації класу);

- класи організовано ієрархічно (ієрархія означає «бути частиною»).

Клас - об'єднуюча концепція набору об'єктів, що мають спільні характеристики. Клас також визначає інтерфейс із навколишнім світом, за допомогою якого здійснюється взаємодія з окремими об'єктами.

Об'єкт - це структурована змінна типу клас, що містить всю інформацію про деякий фізичний предмет або поняття, яке реалізується в програмі. Всі об'єкти - представники даного класу аналогічні один одному в тому сенсі, що вони мають один і той же набір операцій - методів.

Об'єкт, як логічна одиниця, має такі дані та операції (методи з кодом алгоритму) в окремій ділянці пам'яті:

- поля об'єкта (або атрибути вихідних даних), значення яких визначають поточний стан об'єкта;

- методи об'єкта, які реалізують дії (виконання алгоритмів) у відповідь на їх виклик у вигляді відданого повідомлення;

- властивості - частина методів, які визначать поведінку об'єкта, тобто його реакцію на зовнішні впливи.

Висновки

Було наведено повну характеристику предметної області, аналіз існуючих рішень, а також вибір підходів і технологій для створення чатботу для проєкту застосування у навчальному процесі.

Було ретельно оглянуто існуючі програмні продукти та проведений аналіз їх переваг і недоліків як з позиції користувача, так і з позиції розробника. Зваживши всі знайдені фактори, можна зробити висновок про майбутній напрям розробки і вибрати методологію та технології, які будуть використовуватись для досягнення кінцевого результату.

Література

1. Інститут інформаційних технологій в економіці КНЕУ. URL: https://fisit.kneu.edu.ua/ua/

2. Системи дистанційного навчання КНЕУ. URL: https://kneu.edu.ua/ua/depts6/ k_mizhnarodnyh_finansiv/meim_kmf_scient_and_method_work/web

3. Telegram: URL: https://web.telegram.org/a/

4. Рибалко А. П. Використання дистанційної форми навчання в процесі підготовки студентів-економістів. Вісник Житомирського державного університету імені Івана Франка. 2014. Вип. 5 (77). с. 106-111.

5. Кузьмінський А. І., Біда О. А., Чичук А. П., Кучай О. В., Дзямко В. Й. Розробка перспективних напрямів розвитку освіти України: цивілізаційні зміни. Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівців: методологія, теорія, досвід, проблеми. 2021. Вип. 57. С. 174-180.

References

1. Instytut informatsiinykh tekhnolohii v ekonomitsi KNEU. (2017). [Institute of Information Technologies in Economics KNEU] URL: https://fisit.kneu.edu.ua/ua/ [in Ukrainian].

2. Systemy dystantsiinoho navchannia KNEU. (2020). [KNEU distance learning systems] URL: https://kneu.edu.ua/ua/depts6/k_mizhnarodnyh_finansiv/meim_kmf_scient_and_method_ work/web [in Ukrainian].

3. Telegram: URL: https://web.telegram.org/a/ [in Ukrainian].

4. Rybalko A. P. Vykorystannia dystantsiinoi formy navchannia v protsesi pidhotovky studentiv-ekonomistiv. Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho universytetu imeni Ivana Franka. (2014). [Rybalko A.P. The use of distance education in the process of training economist students] [in Ukrainian].

5. Kuzminskyi A. I., Bida O. A., Chychuk A. P., Kuchai O. V., Dziamko V. Y. Rozrobka perspektyvnykh napriamiv rozvytku osvity Ukrainy: tsyvilizatsiini zminy. Suchasni informatsiini tekhnolohii ta innovatsiini metodyky navchannia v pidhotovtsi fakhivtsiv: metodolohiia, teoriia, dosvid, problemy. (2021). [Kuzminskyi A. I., Bida O. A., Chichuk A. P., Kuchai O. V., Dzyamko V. Y. Development of perspective directions for the development of education in Ukraine: civilizational changes] [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru