UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE PEDAGOGICKÁ FAKULTA
KATEDRA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ A TECHNICKÉ VÝCHOVY
Webová aplikace pro procvičování anglické slovní zásoby
Matouš Trča
Vedoucí práce: PhDr. Josef Procházka, Ph.D.
Studijní program: B7507 Specializace v pedagogice
Studijní obor: Informační technologie se zaměřením na vzdělávání
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Webová aplikace pro procvičování anglické slovní zásoby vypracoval pod vedením vedoucího bakalářské práce samostatně za použití v práci uvedených pramenů a literatury. Dále prohlašuji, že tato bakalářská práce nebyla využita k získání jiného nebo stejného titulu.
dne 10. 4. 2015
...
Rád bych touto cestou vyjádřil poděkování PhDr. Josefu Procházkovi, Ph.D. za jeho cenné rady a trpělivost při vedení mé bakalářské práce.
...
NÁZEV:
Webová aplikace pro procvičování anglické slovní zásoby AUTOR:
Matouš Trča KATEDRA:
Katedra informačních technologií a technické výchovy VEDOUCÍ PRÁCE:
PhDr. Josef Procházka, Ph.D.
ABSTRAKT:
Cílem bakalářské práce je vytvoření funkčního prototypu webové aplikace, jež bude sloužit k procvičování slovní zásoby anglického jazyka. Algoritmus aplikace bude založen na technice Spaced Repetition, tedy na efektivním rozložení opakování jednotlivých karet tázajících se na správnou odpověď (tzv. flashcards) v čase. Aplikace umožní uživatelům registraci, vytvoření vlastní kolekce karet a bude je volitelně upozorňovat o denních dávkách e-mailem. Vytváření vlastní kolekce bude částečně automatizováno – uživatel zadá slova, která si chce zapamatovat a systém vygeneruje karty pomocí volně dostupných slovníkových API.
V první, teoretické části se práce zaměřuje na obecné aspekty učení, paměti a zapomínání. Dále také srovnává stávající aplikace pro procvičování anglické slovní zásoby a jejich algoritmy. Praktická část se zabývá samotným vývojem aplikace od návrhu po její implementaci a výsledným uživatelským testováním.
KLÍČOVÁ SLOVA:
učení, webová aplikace, anglická slovní zásoba, spaced repetition, flashcards
TITLE:
A web application for learning English vocabulary AUTHOR:
Matouš Trča DEPARTMENT:
IT & Technical Education Department SUPERVISOR:
PhDr. Josef Procházka, Ph.D.
ABSTRACT:
The aim of this bachelor thesis is to create an operational prototype of a web application, which would help students to practice English vocabulary. The algorithm of the application will be based on Spaced Repetition technique, which incorporates increasing intervals of time between subsequent reviews of previously learned flashcards. The application will allow users to register, to create a new collection of flashcards, and it will optionally notify them by e-mail about their daily batch. The creation of flashcards will by semi-automated – users input the word, which they want to remember, and the system will generate flashcards using freely available dictionary APIs.
The first, theoretical part focuses on general aspects of learning, memory and forgetting.
It also compares the existing applications for learning vocabulary and their algorithms.
The practical part of this bachelor thesis is concerned with the development of the application, from the design to the implementation and final user testing.
KEYWORDS:
learning, web application, English vocabulary, spaced repetition, flashcards
Obsah
Úvod ... 9
1 Učení ... 10
1.1 Typy učení ... 10
2 Paměť ... 12
2.1 Princip fungování paměti ... 12
2.2 Typy paměti ... 13
2.2.1 Podle doby trvání ... 13
2.2.2 Podle typu informace ... 15
2.3 Faktory ovlivňující paměť ... 16
2.3.1 Opakování ... 17
2.3.2 Emoce ... 17
2.3.3 Organizace materiálu ... 17
2.3.4 Kontext ... 18
2.3.5 Soustředění ... 18
2.4 Problematické faktory paměti ... 19
2.4.1 Zapomínání ... 19
2.4.2 Zkreslení ... 21
2.4.3 Interference ... 22
3 Technika spaced repetition ... 23
4 Srovnání stávajících aplikací ... 27
4.1 Kritéria hodnocení ... 27
4.1.1 Zohlednění různých typů inteligence ... 27
4.1.2 Využití techniky Spaced Repetition ... 27
4.1.3 Dostatečné informace o slovech ... 28
4.1.4 Výběr vlastních slov ... 29
4.1.5 Možnosti použití ... 29
4.1.6 Použitelnost a design ... 30
4.2 Srovnávané aplikace ... 30
4.2.1 SuperMemo ... 30
4.2.2 Anki ... 31
4.2.3 EnglishMe! ... 32
4.2.4 Slovicka.org ... 33
4.3 Srovnání ... 33
5 Charakteristika aplikace (Analýza) ... 34
6 Návrh ... 36
6.1 Spaced Repetition algoritmus ... 36
6.2 Databáze (Datová vrstva) ... 38
6.3 Hlavní operace (Aplikační vrstva) ... 38
6.4 Grafický návrh (Prezentační vrstva) ... 38
7 Implementace ... 40
7.1 MVC architektura... 40
7.1.1 Nette framework ... 41
7.2 Datová vrstva (Model) ... 42
7.2.1 Změny databáze oproti návrhu ... 42
7.2.2 Získávání slovníkových dat ... 43
7.2.3 Cron ... 44
7.3 Prezentační vrstva (View) ... 44
7.3.1 Bootstrap ... 45
7.3.2 JavaScript ... 47
7.4 Aplikační vrstva (Controller) ... 48
7.5 Shrnutí ... 49
8 Testování a zhodnocení aplikace ... 51
9 Závěr ... 54
Seznam použitých informačních zdrojů ... 55
Seznam tabulek, obrázků a grafů ... 60
Přílohy ... 61
9
Úvod
Osvojení jazyka je pro člověka možná nejdůležitější proces. Právě jazyk jednoznačně odděluje lidstvo od zvířat, jelikož jsou díky němu lidé schopni předávat si informace a komunikovat na daleko vyšší úrovni. Související vývoj písma lidem dovolil jejich myšlenky trvale zaznamenat a přenos zkušeností už pak nezávisel pouze na přenosu genetické informace, ale i na záznamech, které si následující generace mohli přečíst.
V současnosti však zpravidla znalost jednoho jazyka nestačí (jazyková různorodost je jednou z priorit Evropské Unie), a tak se studiu cizího jazyka věnuje čím dál více lidí (41).
Pro většinu zemí, včetně České republiky, je lingvou frankou anglický jazyk, jakožto hlavní dorozumívací prostředek vědy, techniky, mezinárodního obchodu, diplomacie a internetu (29). Jelikož se Česká republika v rámci EU pohybuje na posledních příčkách znalosti angličtiny a cizích jazyků obecně, existuje zde poměrně velký prostor pro zlepšení jazykových schopností (30).
Studie prokazují, že právě slovní zásoba je pro studium cizího jazyka klíčová (28). Některé například tvrdí, že „nejtěžší úkol, který stojí před studenty cizího jazyka, je získání dostatečně velké slovní zásoby“ (28). Pod slovní zásobou se neskrývají jen slova samotná, ale především jejich význam, použití a výslovnost. Jak podotýká lingvista Paul Nation:
„Slovní zásoba není cíl sám o sobě. Bohatá slovní zásoba ulehčuje poslech, mluvení, čtení a psaní“ (31). Z tohoto pohledu je slovní zásoba důležitější než gramatika, která je ovšem také pro plné ovládnutí jazyka nezbytná.
Získání dostatečné anglické slovní zásoby však pro české studenty nemusí být ze dvou důvodů jednoduchý úkol. Ten první je, že angličtina má díky historickým vlivům možná nejširší slovní zásobu ze všech jazyků světa. Druhým důvodem je fakt, že jen málo českých slov má, na rozdíl od slovanských jazyků, podobný anglický ekvivalent.
Ze všech zde uvedených důvodů jsem se rozhodl, že vytvořím prototyp webové aplikace, který by českým uživatelům s procvičováním anglické slovní zásoby pomohl.
10
1 Učení
Učení je schopnost, která je pro všechny žijící organismy zásadní. Z hlediska paměťového procesu se jedná o prvotní fázi, kdy organismus ukládá novou informaci do paměti (4).
Jeho ovládnutí představuje často pro živočišné druhy evoluční výhodu. Jako ukázkový příklad u lidí může sloužit v úvodu zmiňovaný jazyk, který by bez významného ovládnutí schopnosti učení a paměti nikdy nemohl vzniknout. Z tohoto důvodu je učení fenomén, který je studován po celou dobu historie lidstva.
1.1 Typy učení
Existují různé typy učení. Například kognitivní psychologie rozděluje učení do osmi skupin, toto dělení však vychází ze silného vlivu podvědomí jedince (5). Rozšiřování slovní zásoby pomocí aplikace je ovšem bezesporu proces vědomý, a tudíž je kognitivní dělení z hlediska této práce irelevantní. Výchovná praxe rozděluje učení podle jeho obsahu následovně:
Učení intelektových činností
Učení poznatků
Sociální učení
Senzomotorické učení
Z tohoto pohledu je vědomé procvičování slovní zásoby jednoznačně učením poznatků, ve kterém jde především o získávání informací (5).
Pokud vezmeme v potaz požadované vlastnosti navrhované aplikace, je nejzajímavější dělení podle psychologa Howarda Gardnera, jež rozděluje jedince podle převažujícího typu inteligence. Právě inteligence je však se schopností učit se přímo spojena a ovlivňuje jí. Gardner ve své knize Frames of Mind: The Theory of Multiple Intelligences pojmenoval sedm základních typů inteligence (6):
Jazykově-verbální
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhá vidět látku napsanou nebo si ji předříkávat nahlas.
Logicko-matematická
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhá logika, odůvodňování a systém.
11
Zvukově-hudební
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhají zvuky a hudba, například vytváření rýmů a písní z učené látky.
Tělesně-pohybová
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhá pohyb těla a rukou a hmat.
Vizuálně-prostorová
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhají obrázky, barvy, prostorové rozložení a ostatní vizuální média.
Vnitřní (intrapersonální)
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhá být sám a upřednostňují samostudium.
Společenská (interpersonální)
Lidem s touto inteligencí při učení pomáhá spolupracovat s ostatními ve skupině. (7) Z předchozího seznamu vyplývá, že v zásadě jakýkoliv typ informace vnímaný subjektem (i jejich kombinace) může být ukládán do paměti (4). Dále lze také odvodit, že učení bude záviset na individuálních potřebách člověka a povaze materiálu, který si chce zapamatovat.
12
2 Paměť
Z hlediska učebního procesu souvisí paměť s jeho druhou a třetí fází (první je učení).
V druhé fázi dochází k tvorbě trvalého záznamu ukládané informace a v poslední jde o vybavení uložené informace a její použití (4). V podstatě se dá říci, že paměť určuje to, jací jsme (všechny naše zvyky, přesvědčení, naděje a obavy jsou ovlivněny tím, co jsme si v minulosti zapamatovali). Bez schopnosti pamatovat si, bychom nebyli schopni plnohodnotně žít. Definice pak říká, že paměť jsou „jakékoli více či méně trvalé změny v chování a prožívání způsobené vlivem zkušenosti“ (3).
Ačkoliv se dnes ozývají názory, že lidská paměť není v době elektronických zdrojů informací, až tak důležitá, opak je pravdou. Člověk je sice v dnešní době schopen pomocí internetu najít kýženou informaci v řádu několika sekund, jak ovšem podotýká Piotr Wozniak: „Dvě fakta uložená v lidské paměti se mohou v okamžiku přetavit v novou, originální, myšlenku. Stejná dvě fakta uložená v paměti počítače zůstanou neužitečné do doby, než se v lidské mysli spojí“ (2). Jinými slovy, i pro lidskou kreativitu je paměť nezbytná. Tato vlastnost lidské (asociativní) paměti představuje nejsilnější protiváhu oproti počítačové (lokací adresované) paměti (3).
2.1 Princip fungování paměti
To, že dochází k trvalému záznamu informace (ke konsolidaci) je zapříčiněno změnou spojení neuronů v našem mozku, přesněji změnou a synaptické plasticity, přičemž nedávné nálezy naznačují, že paměť „není lokalizována v jediné konkrétní struktuře“ (8) (4). Metaforicky lze říci, že stejně jako horniny, které zaznamenávají geologické éry, tak i lidský mozek fyzicky zaznamenává historii, ale člověka (8).
Vybavení informace se týká opětovného přístupu k takto uloženým informacím v mozku.
Během rozpomínání mozek přehrává obdobu nervové aktivity, kterou generoval při určité události a odráží její vnímání jedincem. Ono přehrávání nervové aktivity je nicméně odlišné od té původní, jinak by nebylo možné poznat rozdíl mezi pravou zkušeností a vzpomínkou. Jedním důsledkem toho je, že vzpomínky se v čase mohou měnit a mohou do nich být začleňovány nové informace (11). Síla zmiňované nervové cesty pak
13 předurčuje to, jak rychle jsme schopni si informaci vybavit a je mimo jiné závislá na faktorech uvedených v kapitole Faktory ovlivňující paměť.
S procesem vybavování souvisí i jev zvaný rekonsolidace. Vzpomínka (resp. její obraz) se při vybavení přenáší z dlouhodobé do krátkodobé paměti (viz Typy paměti), čímž se zpřístupní (11). Posléze je znovu uložena do dlouhodobé paměti, tedy je rekonsolidována.
Při rekonsolidaci může být vzpomínka jednak modifikována (4) a jednak dochází jejímu upevnění a zvyšuje se tak šance, že budeme schopni si vzpomínku znovu vybavit (13).
2.2 Typy paměti
V současnosti panuje v neurovědě názor, že „existuje více typů paměti, které se od sebe liší vzhledem k jejich psychologickým charakteristikám, zúčastněných částí nervové soustavy a nervových mechanismů jakou jsou kódování, uchovávání, konsolidace a vzpomínání“ (9). Paměť se dělí podle dvou základních kritérií, avšak některé zdroje uvádí i alternativní kritéria.
2.2.1 Podle doby trvání
První kritérium rozděluje paměť podle toho, jak dlouho vzpomínka trvá. Ty nejkratší mají životnost v řádu milisekund a nejdelší mohou trvat celý život. Každý typ je svázán s určitou funkcí mozku.
Okamžitá (percepční) paměť
Okamžitá paměť typicky trvá tak krátkou dobu (typicky v rozmezí 200 - 500 milisekund), že o ní ani nepřemýšlíme jako o paměti. V podstatě se dá říci, že percepční paměť slouží mozku jako dočasné úložiště pro podněty přijímané našimi smysly. Pokud se například v rychlosti rozhlédneme po krajině, tak se jednotlivé snímky ukládají do okamžité paměti a dohromady vytvoří plynulé panorama. (8)
Podněty, které naše smysly detekují, mohou být buď záměrně ignorovány a tak téměř okamžitě mizí, nebo vnímány a v takovém případě přechází do percepční paměti. Tento proces je obvykle nevědomý. Mozek si sám vybírá, jaké informace jsou v dané situaci užitečné a jaké jsou naprosto bezvýznamné. (14)
14 Experimenty z 60. let minulého století vedené Georgem Sperlingem ukázaly, že horní limit pro percepční paměť je přibližně 12 prvků (10) a je také prokázáno, že na rozdíl od ostatních typů paměti v této kategorii je percepční paměť jediná, která nemůže být prodloužena cvičením (14).
Krátkodobá (pracovní) paměť
Do krátkodobé paměti lze zahrnout informace nově přijaté, získané vzpomínáním z dlouhodobé paměti nebo také podvědomí o okolním prostředí – vědomí (10). Doba pracovní paměti je zhruba tak dlouhá, jak je udržování určité informace užitečné.
Například doba, po kterou si budeme pamatovat číslo stránky v časopise, by neměla být delší, než jakou by nám trvalo na příslušnou stranu otočit (8). V jednotkách času trvá krátkodobá paměť v řádu sekund až minut (4).
Stejně jako percepční paměť, je i paměť pracovní omezená kapacitou. Experimentálním výzkumem bylo zjištěno tzv. Millerovo magické číslo, které udává, že v průměru je možno do krátkodobé paměti uložit maximálně sedm položek, plus minus dvě (15). Jednotlivé položky, se do paměti neukládají jako kompletní pojmy, ale spíše odkazy na dříve získané znalosti (16). Například následující seznamy A a B by jedincovi měly při snaze si je zapamatovat činit obdobné potíže (pokud nepoužije mnemotechnické pomůcky anebo si jednotlivé položky nebude snažit zapamatovat ve skupinkách):
A: B 9 Q T 3 X A
B: PES BRÝLE KAFKA DISK MÝDLO DOMOV BĚH
Tabulka 1 – Ukázka dvou řad, které je stejně obtížné si zapamatovat
Dlouhodobá (referenční) paměť
Dlouhodobá paměť je pro většinu lidí právě ten typ paměti, se kterým jsou nejvíce obeznámeni. Slouží k dlouhodobému uchovávání faktů, postřehů a příběhů. Člověk si obecně není vědom úplné kapacity své dlouhodobé paměti, dokud se nesnaží na jednotlivé informace vzpomenout (10). Oproti krátkodobé paměti může trvat jak minuty, tak i celý život a svou kapacitou je zdánlivě neomezená (4).
Dalším podstatným rozdílem mezi krátkodobou a dlouhodobou pamětí je způsob uchovávání informace. Uchovávání v krátkodobé paměti z větší části závisí na akustickém
15 vjemu a z menší části na vjemu vizuálním. Nicméně dlouhodobá paměť využívá pro uchovávání převážně sémantické kódování a asociace (17). Z toho plyne fakt, že po přečtení věty nejsme zpravidla po několika minutách schopni větu slovo od slova převyprávět. Smysl věty nicméně v paměti přetrvá. V případech, kdy jen těžko mezi jednotlivými položkami nalézáme smysl, lze využít k uchování do dlouhodobé paměti využít mnemotechnické pomůcky. Jedna z nejstarších se jmenuje Paměťový palác a používá se od starého Řecka dodnes (18).
Již dříve zmíněnou konsolidaci můžeme díky novým faktům znovu definovat jako přechod informace z krátkodobé paměti do dlouhodobé. Jak fyziologicky k tomuto přechodu dochází, je dodnes zahaleno tajemstvím (16), jisté je však, že při upevňování paměťové stopy hraje významnou roli spánek (4).
Obrázek 1 – Schéma vztahu mezi jednotlivými typy paměti podle doby trvání
2.2.2 Podle typu informace
Dělení podle typu informace se týká čistě dlouhodobé paměti, a tak je deklarativní a nedeklarativní paměť v některých materiálech členěna pod ní. Pro přehlednost je však v této práci uvádím odděleně.
Jedním z hlavních důvodu, proč se vědci domnívají, že existují dvě rozdílné paměti z hlediska typu informace, je ten, že některé úrazy hlavy poškodí pouze explicitní paměť, zatímco implicitní zůstane nedotčená (10).
Nedeklarativní (implicitní) paměť
Implicitní paměť nám odpovídá na otázku „jak?“ Nedeklarativní vzpomínky nám umožňují vykonávat různé aktivity (například jezdit na kole), aniž bychom věděli, jak jsme se danou schopnost naučili (8). Obecně si této paměti ani nejsme vědomi, nicméně je velmi důležitá, protože bychom bez ní nebyli schopni mluvit ani chodit (10).
vnímání
stimul percepční pozornost
paměť krátkodobá konsolidace
paměť
dlouhodobá paměť
16 Jelikož je nedeklarativní paměť vyloženě spjata podvědomím jedince a tudíž i s kognitivním dělením učení (viz kapitola Typy učení), je tento typ paměti z hlediska této práce téměř nepodstatný.
Deklarativní (explicitní) paměť
Na druhou stranu, deklarativní paměť je pro tuto práci zásadní. V následující kapitole Faktory ovlivňující paměť, bude pod pamětí vždy myšlena paměť deklarativní, stejně jako v běžném životě.
Obsahy deklarativní paměti jsou většinou vědomě přístupné (člověk ví, že ví) a dokáže je i ústně popsat (8) (10). Explicitní paměť nám odpovídá na otázku „co?“ Obsahuje fakta a události, které je snadné vyjádřit ve formátu odlišném od toho, ve kterém byly získány (3). To, jestli obsahuje fakt nebo událost, ji dále dělí na sémantickou a epizodickou paměť.
Sémantická paměť
Sémantická paměť obsahuje veškeré vědomosti, které člověk má, od slovní zásoby, po matematické poučky. Díky sémantické paměti jsme například schopni odpovědět na otázku: „Jak se anglicky řekne vzpomínka?“ K tomu, abychom informaci uložili do sémantické paměti, je zpravidla potřeba více opakování, ale může stačit i jedna expozice.
(10)
Epizodická paměť
Epizodická paměť obsahuje naše vlastní zkušenosti. Díky epizodické paměti jsme například schopni odpovědět na otázku: „Co jsem měl dnes k snídani?“. Pokud máme například převyprávět celý náš den, jsme schopni, i bez většího úsilí, zajít do větších podrobností i po jediné expozici, což je hlavní rozdíl oproti sémantické paměti. Na druhou stranu vyprávění z minulého týdne bude už velmi obtížné. Epizodická paměť totiž, za předpokladu že se nejedná o zarážející, neobvyklou, emotivní, nebo důležitou událost, rychle mizí. (10)
2.3 Faktory ovlivňující paměť
Existuje celá řada faktorů, které dokáží urychlit konsolidaci (přechod z krátkodobé do dlouhodobé paměti), posílit paměťovou stopu stávajících vzpomínek (zpomalit
17 zapomínání) a pomoci při snaze si vzpomenout. Tato kapitola obsahuje seznam těch nejdůležitějších z nich.
Pokud budeme schopni efektivně využít učební strategie, které využívají silné stránky našeho mozku, můžeme se naučit více informací v daleko kratším čase.
2.3.1 Opakování
Opakování je nejzákladnější a všeobecně známá strategie učení (známé je přísloví
„Opakování je matka moudrosti“). To, že si pamatujeme význam slova dog, je dáno tím, že jsme ho mnohokrát slyšeli. Její princip je jednoduchý. Čím častěji budeme vystaveni nějakému faktu, tím větší bude šance, že si na tento fakt v budoucnu vzpomeneme.
Z toho vyplývá, že to, co jsme se v minulosti naučili, bude mít vliv na naše budoucí učení (8). Naopak, pokud informaci nebudeme upevňovat, budou šance na rozpomenutí postupem času nižší (viz Graf 1 – Původní Ebbinghausova křivka sestavená z experimentálních hodnot (22)).
Velký vliv má také způsob rozložení opakování v čase, o tom nicméně podrobně pojednává kapitola Technika spaced repetition.
2.3.2 Emoce
Druhým důležitým faktorem, který ovlivňuje učení a paměť, jsou emoce. Daleko snáze si budeme pamatovat fakta a události, které v nás vyvolávají silnou emocionální odezvu (3).
Většina lidí si bude například pamatovat den, kdy jim zemřel někdo blízký. Naopak všední okamžiky se z paměti rychle vytratí.
2.3.3 Organizace materiálu
Další metodou, jak zlepšit uchování informace v paměti, je organizování. Čím více je kódovaný materiál organizovaný, tím lepší jsou předpoklady pro uchování. Například hierarchicky uspořádané informace jsou daleko lépe a ve větším množství uchovávány než informace nahodile rozvržené nebo chaotické (12).
V praxi si tedy člověk lépe zapamatujete studijní materiál, když si v rychlosti projde jednotlivé kapitoly a získá tak přehled o jeho hlavních bodech ještě předtím, než ji začne
18 detailně číst. Obecně totiž platí, že člověk si mnohem lépe pamatuje ty informace, které si hierarchicky zorganizoval (3).
2.3.4 Kontext
Pro paměťový proces hraje poměrně velkou roli i kontext. Obecně platí, že člověk si mnohem lépe pamatuje ty informace, které jsou kódovány a vyvolávány ve stejném kontextu (3). Pokud se snažíme na něco vzpomenout, může naopak změna kontextu škodit. Toto potvrzuje experiment psychologa Allana Baddeleyho, jenž testoval potápěče, kteří si měli na souši a pod vodou zapamatovat seznam slov. Následně si měli v obou prostředích na seznam vzpomenout. Důležitým výsledkem bylo, že účastníci byli daleko úspěšnější, když obě prostředí při učení a testování byla stejná, než když byla rozdílná (10).
V běžném životě se můžeme například setkat se situací, kdy pro něco jdeme do vedlejší místnosti a náhle si nemůžeme vzpomenout pro co. Teprve návratem, do místa, kde potřeba přinést onu věc vznikla, tedy do stejné situace, se informace vybaví (tzv. návrat na „místo činu“ – na něm je založena i metoda policejních rekonstrukcí) (12).
Nejsnáze si proto zapamatujeme informace, které můžeme interpretovat v kontextu, který známe a rozumíme mu (8). Je daleko jednodušší si zapamatovat větnou konstrukci a použití předminulého času, pokud již o anglické gramatice máme dostatečné znalosti.
2.3.5 Soustředění
Poslední a pravděpodobně i nejdůležitější faktor ovlivňující paměť je soustředění. Aby se informace vůbec zaznamenala, musíme ji nejprve vnímat, což soustředění staví nad všechny ostatní vlivy. Jedná se o první přirozenou selekci, která zabraňuje přetížení mozku. O druhou se stará zapomínání.
Z tohoto důvodu je mnoho problémů označovaných jako problémy s pamětí vlastně jenom problémem s pozorností (12). Nedávná studie zkoumala závislost soustředění a paměti tím, že si účastníci experimentu museli v různých prostředích zapamatovat skupinu znaků. Skupina, která se při učení procházela po klidném parku, dosáhla daleko více bodů než skupina, která řídila auto po rušných ulicích (16).
19
2.4 Problematické faktory paměti
Ačkoliv je často spolehlivá, lidská paměť také chybuje. Vzpomínka nemusí pouze staticky
„sedět“ v mozku, ale může být transformována, zobecňována a zeslabována (4). Ve své knize The Seven Sins of Memory: How the Mind Forgets and Remembers profesor Daniel Schacter předkládá sedm problematických faktorů paměti, jenž mohou být pro jednoduchost rozděleny do dvou hlavních skupin (19). První zahrnuje různé formy zapomínání a druhá různé typy zkreslení. Poslední faktor, stojící mimo uvedené kategorie, se týká obtěžujících vzpomínek, kterých se naopak nemůžeme zbavit, ačkoliv bychom chtěli.
2.4.1 Zapomínání
Zapomínání je pravděpodobně nejproblematičtější faktor lidské paměti (19). Nicméně, schopnost zapomínat (především nepotřebné informace jako, co jsme měli před týdnem k snídani) je přirozená a důležitá vlastnost lidské paměti, jelikož pomáhá učení informací nových (8). Zapomínání je tedy psychohygienické (je obranou našeho mozku proti přetížení) (12). V závislosti na síle, má každá vzpomínka svou předpokládanou životnost (2).
Zapomínání můžeme podle Schactera rozdělit na tři základní typy. První je pomíjivost, neboli postupná, klesající dostupnost informací v průběhu času. Druhá, roztržitost bývá zapříčiněna nízkou pozorností při vštěpování i při vybavování informace (stav, kdy si nemůžeme vzpomenout, kde jsme nechali mobilní telefon) (20). Třetí je tzv. paměťový blok, který odkazuje na dočasnou nedostupnost informace uložené v paměti (stav, kdy něco „máme na jazyku“) (19).
Existují dva základní pohledy na to, co se děje s informacemi během zapomínání. Ten běžnější je, že zapomínání z dlouhodobé paměti je výsledkem ztráty přístupu k informaci, která může být vyvolána poskytnutím vhodných vodítek. Z toho vyplývá, že špatná paměť často odráží selhání procesu vybavování spíše než selhání procesu uchování (12). Druhý pohled připouští možnost, že informace se mozku postupem času vytratí úplně (tj. nelze k nim přistoupit ani hypnózou) (19). To, jestli je pravdivý první nebo druhý pohled (anebo dokonce oba najednou), je stále předmětem debaty (17).
20 Zapomínání můžeme také rozdělit podle toho, zda probíhá v krátkodobé nebo v dlouhodobé paměti. V případě krátkodobé paměti je zapomínání velmi rychlé (v řádu sekund) a jejím důvodem je nejčastěji překročení Millerova magického čísla (19) (12).
Fyziologickou příčinou je to, že nervový impuls přestane být v určité neuronové síti vysílán (16). Zapomínání dlouhodobé paměti probíhá v řádu hodin, dní nebo let a na rozdíl od krátkodobé je jejím důvodem oslabení dříve zesílených synaptických spojení mezi neurony v neuronové síti (17).
Ebbinghausova křivka zapomínání
Psychologové a neurologové se začali zabývat studiem zapomínání od té doby, co Hermann Ebbinghaus v roce 1885 uplatnil experimentální metody při výzkumu paměti a poskytl následujícím generacím kvantitativní odhady zapomínání (19). Ve svých výzkumech využil svou paměť a snažil si zapamatovat nesmyslné slabiky (21). Po různě dlouhých intervalech zaznamenával, kolik procent slabik si z původního počtu pamatuje.
Již relativně brzo zpozoroval rychlý pokles schopnosti vzpomenout si, který se s uplynulou dobou ještě prohluboval (19).
Graf 1 – Původní Ebbinghausova křivka sestavená z experimentálních hodnot (22)
Kognitivní psychologové ovšem pokračovali ve výzkumu křivky zapomínání. Současné výzkumy říkají, že křivku lze nejlépe popsat exponenciální funkcí, která má předpis (23):
𝑅 = 𝑒−𝑆𝑡
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 0,33 1 8,8 24 48 144 744
Šance na vybavení [%]
Uplynulý čas [hodiny]
21 kde 𝑅 je šance na vyvolání informace z paměti, e je Eulerovo číslo, t je čas a S je relativní síla paměti (někdy označovaná jako stabilita), která určuje, jak dlouho zůstane paměťová stopa v paměti a závisí na faktorech uvedených v kapitole Faktory ovlivňující paměť (24).
Z obou křivek lze vyčíst, že již po jednom dni je šance na vybavení přibližně jedna polovina.
Graf 2 – Exponenciální křivka zapomínání pro S=2
2.4.2 Zkreslení
Paměť je také charakteristická svou náchylností ke zkreslení, které vede k nepřesnosti.
Jedná se o situace, ve kterých je nějaká forma paměti sice přítomná, nicméně je přisuzována špatné osobě, místu nebo době (19).
Podle Schactera existují tři úzce související formy zkreslení. K záměně dochází, když nejsme schopni přiřadit vzpomínce skutečný zdroj (především starší lidé mají problém po několika dnech určit, zda informaci viděli v televizi nebo ji četli v novinách). Sugestibilita se týká vštípení neexistujících vzpomínek pomocí sugestivních otázek a komentářů během procesu vybavování (to může být problém především při vyslýchání očitých svědků).
Zkreslování má za následek, že i osobní stereotypy, hodnoty, znalosti a city naše vzpomínky ovlivňují (lidé se často podle své aktuální situace ohlížejí na minulost buď s nostalgií, nebo negativně) (19).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Šance na vybavení [%]
Uplynulý čas [dny]
22 2.4.3 Interference
Další faktor, který může výrazně rušit vštípení a vybavení informace je interference (12).
Může se stát, že nám po dlouhou dobu nedělá problém si správně vybavit informaci, dokud si nezapamatujeme novou, která činí vybavení té druhé daleko těžší, až téměř nemožné (25). Rozhodující roli hraje podobnost informací (10). Například si můžeme plést význam anglických slov economic a economical.
Interference se dělí na dva základní typy. Proaktivní interference je proces, prostřednictvím kterého stará informace může narušit nové učení. Retroaktivní interference je proces, prostřednictvím kterého nová informace může narušit učení staré (3).
23
3 Technika spaced repetition
Reakce na výzkum Hermanna Ebbinghause na sebe nechala čekat poměrně dlouhou dobu. Teprve v sedmdesátých letech minulého století se objevil Leitnerův systém, který částečně převedl Ebbinghausovy poznatky do praxe (1). Přibližně o deset let později začaly vznikat první softwarové řešení, které na tento systém navázaly a začaly využívat techniku spaced repetition (opakování s optimálními prodlevami), proto se zkráceně nazývají SRS (z angl. Spaced Repetition System).
Základem všech SRS jsou kartičky, které na jedné straně nesou otázku a na druhé odpověď (v angličtině je pro ně zažitý termín flashcards). V případě výuky cizího jazyka obsahuje jedna strana slovo, které se chceme naučit a druhá překlad, definici nebo synonyma. Pro jedno slovo se zpravidla vytvoří dvě kartičky, první se ptá na překlad (význam) slova a druhá naopak, čímž se zaručí, že student cizí slovo pozná a zároveň ho dokáže produkovat.
Přední strana Zadní strana První kartička Jak se anglicky řekne
paměť?
Memory
Druhá kartička Co znamená memory? Paměť
Tabulka 2 – Jednoduchá ukázka kartiček pro výuku cizího slova
Využití kartiček s sebou nese výhodu v podobě aktivního opakování (z angl. active recall testing), což v praxi znamená, že člověk je tázán a snaží vymyslet odpověď. Tento princip kontrastuje s pasivním přístupem, kdy pouze vstřebáváme informace čtením nebo poslechem, bez větší interakce mozku (13). Studie prokazují, že z dlouhodobého hlediska je výhodnější využívat aktivní opakování (27). Prvním důvodem je samotný akt vzpomínání, který posiluje paměťovou stopu (dochází k rekonsolidaci). Druhý důvod je zpětná vazba (zjistíme, které kartičky jsme zapomněli a měli bychom si je zopakovat).
Principem Leitnerova systému bylo rozdělení karet do krabiček, které byly číslované.
Pokud člověk na otázku odpověděl dobře, pak ji přesunul do krabičky s vyšším číslem.
V případě, že odpověděl špatně nebo odpověď vůbec neznal, tak kartičku přesunul do krabičky první. Čím nižší bylo číslo krabičky, tím vyšší měla být frekvence opakování
24 kartiček v ní obsažených. Výsledkem bylo, že člověk měl hrubý přehled o tom, které kartičky mu nedělají problém a které je potřeba opakovat častěji (1).
Obrázek 2 – Schéma fungování Leitnerova Systému (1)
Ačkoliv Leitnerův systém přinesl velkou výhodu oproti systému, kdy jsou všechny kartičky ve stejném balíčku, nedával informaci o tom, kdy je nejlepší čas si kartičku zopakovat (13).
Tento problém začaly řešit až softwarové adaptace, které díky zpětné vazbě uživatele dokáží přesně vypočítat optimální datum pro zopakování. Vůbec první software, který tento princip implementoval, byl SuperMemo polského vědce a programátora Piotra Woźniaka (38). Jelikož základní myšlenkou a hlavní výhodou SRS je naučit co nejvíce materiálu s co nejmenším možným úsilím, našel si software postupem času spoustu příznivců nejen z řad studentů cizího jazyka, ale i z jiných odvětví.
Procvičování probíhá tak, že program uživateli zobrazí přední stranu kartičky (otázku) a uživatel se snaží vybavit si odpověď. Poté si nechá zobrazit zadní stranu kartičky (odpověď) a oznámkuje svou schopnost informaci si vybavit – zda ji úplně zapomněl, udělal malou chybu, pamatoval si ji dobře atd. Jelikož se paměť s každým úspěšným vybavením upevňuje, prodlužuje se i doba mezi jednotlivými opakováními (viz Graf 3 – Znázornění výpočtu optimálního intervalu pro opakování). Kartička se tedy po úspěšném vybavení nejdříve zobrazí za 24 hodin, poté za tři dny, následují týdny, měsíce, roky a tak dále. Nové a neúspěšně zodpovězené kartičky se v daný den zobrazují do té doby, než je uživatel ohodnotí jako zapamatované. Cílem každého sezení je dosáhnout toho, že se informace přesune do dlouhodobé paměti.
Výpočet optimálního intervalu pro zopakování kartičky je postaven na dvou kritériích:
25 1. Interval by měl být co nejdelší, aby se zajistila co nejmenší frekvence opakování
a aby se využil tzv. spacing effect, který říká, že čím delší je prodleva mezi opakováními (až do jistého limitu), tím silnější bude paměťová stopa (26). Časté opakování je nejen ztrátou času, ale může také bránit upevňování nových informací v paměti (2).
2. Interval by měl být dostatečně krátký, aby se zajistilo, že uživatel si bude informaci stále pamatovat (26).
Díky matematickému modelu křivky zapomínání, dokáží SRS vypočítat optimální datum pro zopakování kartičky vyhovující zmíněným kritériím. Většinou jsou SRS nastaveny tak, aby kartičku zobrazily, když je šance na vybavení mezi 80 a 90 procenty (26), nikdy však dříve než za jeden den, jelikož konsolidace je silně ovlivněna spánkem.
Graf 3 – Znázornění výpočtu optimálního intervalu pro opakování
V závislosti na velikosti kolekce, která v případě slovní zásoby cizího jazyka může být v desítkách tisíc, připadne na každý den určitý počet kartiček k zopakování. V ideálním
26 případě by uživatel měl aplikaci spouštět každý den, čímž se zajistí, že kartičku uvidí opravdu v den, který je pro zopakování optimální. Zároveň se denní dávka udržuje na přijatelné úrovni.
Spaced Repetition systémy představují revoluci v tradičních studijních metodách. Díky algoritmům založených na vědeckém výzkumu paměti je možné buď výrazně snížit čas vynaložený na studium, nebo zvýšit množství studijního materiálu (13). Kromě toho dokáží SRS studenty i motivovat tím, že umožňují nastavit si měřitelný cíl (33).
27
4 Srovnání stávajících aplikací
V dnešní době, kdy se počítač stal věcí každodenního života, je patrný rozkvět e-learningových nástrojů pro výuku cizích jazyků. Cílem této kapitoly je poskytnout srovnání těch nejznámějších z nich s ohledem na procvičování anglické slovní zásoby, které pomůže definovat klíčové vlastnosti navrhované aplikace.
4.1 Kritéria hodnocení
Cílem této kapitoly je definice požadovaných vlastností, které budou sloužit k hodnocení a které by měly přímo vyplývat z poznatků uvedených v teoretické části.
4.1.1 Zohlednění různých typů inteligence
První hledisko, které lze pro definování vlastností uplatnit jsou různé druhy inteligence uživatelů, které přímo ovlivňují schopnost učit se. Aplikace by měla prakticky vyhovět třem skupinám s následujícími druhy inteligencí (viz kapitola Typy učení):
Uživatelé s logicko-matematickou inteligencí
Pro tyto uživatele by měla aplikace předkládat slovíčka systematicky. Uživatelé by také měli mít možnost určit, kolik nových slovíček za den se chtějí naučit.
Uživatelé se zvukově-hudební inteligencí
Aplikace by měla ke každému slovíčku připojit zvukovou nahrávku s výslovností.
Uživatelé by také měli mít možnost vytvořit ukázkovou větu s rýmem.
Uživatelé s vizuálně-prostorovou inteligencí
Uživatelé by měli mít možnost si ke slovíčkům přidat odpovídající obrázek, eventuálně upravit barevnost písma na kartičce.
Zbylým čtyřem druhům inteligence buď nelze v rámci aplikace implementovat (tělesně- pohybová a interpersonální inteligence), anebo jsou přímo s e-learningovými nástroji spjaté (intrapersonální a jazykově-verbální inteligence).
4.1.2 Využití techniky Spaced Repetition
Aby se student dokázal plynule dorozumět, je potřeba dlouhodobě znát a relativně rychle si umět vybavit mezi 10 000 a 20 000 slovy (32). I z tohoto důvodu je při rozšiřování cizojazyčné slovní zásoby důležité mít systém, který je zpravidla založen na opakování.
28 Klasický způsob, jenž je velmi rozšířený, spočívá v zapisování neznámých slov do sešitu, který slouží i k opakování. Časová náročnost tohoto řešení začne být zřetelná při dosažení přibližně tisíce položek. Pokud opakováním jednoho slovíčka člověk stráví čtyři sekundy, stráví každý den jen nad opakováním více než hodinu. Proto je žádoucí, aby aplikace využívala techniku Spaced Repetition, která dokáže časovou náročnost a zapomínání při správném použití řešit.
4.1.3 Dostatečné informace o slovech
Aplikace by měla respektovat specifika spojená s rozšiřováním slovní zásoby. Ve většině případů nestačí pro plnohodnotné porozumění cizího slova používat jen překlad do rodného jazyka, tak, jako je naznačeno v Tabulka 2 – Jednoduchá ukázka kartiček pro výuku cizího slova. McCarthy uvádí, že student by se u každého slova měl ideálně naučit (34):
Výslovnost
Výslovnost je první věc, kterou si ostatní lidé při komunikaci všimnou, a může vést k neporozumění. Informace o výslovnosti by měla být uživateli zprostředkována buď zvukovou nahrávkou, nebo fonetickým přepisem.
Význam
Nejlepším způsobem, jak poskytnout uživateli informaci o významu, by měla být definice z jednojazyčného slovníku eventuálně doplněná o překlad. Samotný překlad bez definice je nedostatečný, jelikož mnohdy nereflektuje konotace daného slova.
Použití
K zapamatování správného použití (syntaktického vzoru) a častých spojení daného slova nejlépe slouží příkladové věty, díky kterým si také uživatel zvyká na větnou skladbu anglických vět obecně a které ujišťují uživatele o správném pochopení významu (35). Z tohoto pohledu je příkladová věta stejně důležitá (ne-li důležitější), jako slovníková definice. Pokud navíc uživatel větu upraví a zakomponuje do ní i emotivní složku, bude si slovo pamatovat daleko snáze (25).
Synonyma
Informace o synonymech může být v SRS zvláště důležitá pro hodnocení kartiček,
29 jejichž přední strana obsahuje definici nebo překlad a ptá se na anglické slovo.
Pokud si uživatel místo požadovaného slova vybaví jeho synonymum, měl by mít možnost se oznámkovat dobrou známkou. Například:
Přední strana kartičky: Zadní strana kartičky:
Give a word with meaning:
„Extremely useful“ (nenahraditelný)
Invaluable ale také:
indispensable, crucial, critical, key, vital
Tabulka 3 – Příklad kartičky obsahující synonyma
4.1.4 Výběr vlastních slov
Studenti cizího jazyka by měli mít možnost vytvořit si v aplikaci kolekci vlastních slov. Tuto možnost sice ocení spíše pokročilí studenti, nicméně i pro začátečníky může být využívání předpřipravených kolekcí nedostatečné. Problém tkví hlavně v kvalitní selekci slov, která by měla vyhovovat několika kritériím: úrovni a potřebám studenta, frekvenci použití, kulturním faktorům a prospěšnosti (36). Navíc to, že si uživatel bude moci slovíčka vkládat sám, zajistí, že bude mít vždy přehled o kontextu, což vede k lepšímu porozumění.
Na druhou stranu nespornou výhodou hotových kolekcí jsou téměř nulové nároky na čas.
I přes to je ale lepším řešením využívat kolekcí vlastních. Tuto skutečnost by měli aplikace zohledňovat a poskytnout uživatelům nástroje, které by přidávání vlastních slov co nejvíce ulehčily. Nabízí se například automatické dohledávání výslovnosti, definice, překladů, ukázkových vět a synonym.
4.1.5 Možnosti použití
Další sledované kritérium se týká možnosti použití aplikace na různých zařízeních (počítač, telefon nebo tablet) a různých operačních systémech. Uživatel by měl možnost studovat kdykoliv a kdekoliv. Webové aplikace v tomto ohledu přináší nespornou výhodu, jelikož prohlížeč internetu je dostupný na všech moderních zařízeních a je nedílnou součástí téměř všech operačních systémů. Nevýhodou sice zůstává nutnost neustálého internetového připojení, dnešní doba ovšem přináší dostatečně velké pokrytí mobilním internetem za přijatelnou cenu. V ideálním případě by aplikace měla mít jak webovou verzi, tak i klientské verze, které by spolu byli navzájem synchronizované.
30 4.1.6 Použitelnost a design
Kromě zmiňovaných funkcionalit poskytne hodnocení i komentář na použitelnost jednotlivých aplikací, která souvisí s jednoduchostí, elegantností a efektivitou uživatelského rozhraní (37). Stejně jako další nefunkční požadavky nemůže být použitelnost měřena přímo a nikdy nebude zcela objektivní (37). Aplikace se pokusím hodnotit z pozice uživatelů s alespoň mírně pokročilou úrovní anglického jazyka a se zkušeností s e-learningovým softwarem.
4.2 Srovnávané aplikace
Při výběru aplikací byla uplatněna dvě hlediska. První bylo celosvětové rozšíření a renomé, a druhým bylo hledisko lokální, jelikož bude aplikace zaměřena převážně na české uživatele.
4.2.1 SuperMemo
Jak již bylo zmíněno, SuperMemo byla první aplikace, která využívala techniku Spaced Repetition. Vývoj začal v polovině osmdesátých let minulého století a poslední verze z roku 2013 má číslo 16 (38). V každé verzi se mimo jiného dočkal aktualizace i algoritmus pro výpočet optimálního intervalu.
SuperMemo je systém univerzální a není omezen pouze pro výuku slovní zásoby, proto umožňuje uživatelům si na strany kartičky vložit jakýkoliv obsah (kromě textu i obrázky, zvuk a dokonce i video). Umožňuje také importovat hotové kolekce. Uživatelům, kteří si chtějí slovíčka přidávat ručně, nenabízí žádný nástroj pro rychlé vytvoření kartiček s dodatečnými informacemi o slově.
SuperMemo existuje v desktopové verzi pro Windows, v mobilní verzi pro iOS a Android a také ve webové verzi. Synchronizace je však možná pouze mezi verzí mobilní a webovou, které jsou sice zdarma, ale těží z prodeje hotových kolekcí karet. Nejnovější desktopová verze stojí 60 dolarů a obsahuje velké množství funkcí, což může být na úkor použitelnosti (viz Obrázek 3 – Snímek obrazovky aplikace SuperMemo).
31
Obrázek 3 – Snímek obrazovky aplikace SuperMemo
Závěr: Software je vhodný pro pokročilé uživatele, kteří jej kromě studia angličtiny uplatní i v jiných oborech. Hlavní výhodou je využití nejpokročilejších algoritmů. Mezi nevýhody patří nedostatečná synchronizace, chybějící lokalizace, horší použitelnost a cena.
4.2.2 Anki
Anki funguje na podobném principu jako SuperMemo a je jeho hlavním konkurentem. Na rozdíl od SuperMemo ovšem používá starší algoritmus SM-2 a umožňuje využití řady rozšíření. Stejně jako SuperMemo samotná aplikace nepodporuje funkci automatického dohledání informací o anglických slovech. Kromě vlastního přidávání si uživatelé mohou stáhnout i hotové kolekce kartiček.
Anki existuje v desktopové, mobilní a webové verzi, která slouží pouze k procvičování.
Desktopová verze je spustitelná na operačních systémech Windows, Linux a MacOS.
Mobilní verze je připravená jak pro iOS, tak i pro Android. Důležitým rozdílem od SuperMemo je, že mezi všemi platformami probíhá plná synchronizace kolekcí, takže uživatel může studovat zároveň na telefonu i na stolním počítači. Anki podporuje šablony a tak mají uživatelé možnost přizpůsobit si vzhled kartiček podle svých potřeb.
32
Obrázek 4 – Snímek obrazovky aplikace Anki
Závěr: Anki lze doporučit i méně zkušeným uživatelům, přesto je pro plné pochopení žádoucí přečíst si manuál aplikace. Hlavní výhody jsou, že je software (kromě iOS verze) zdarma, plně se synchronizuje a je poměrně použitelný. Jedinou nevýhodou Anki je nepřipravenost pro ruční vytváření kolekce kartiček.
4.2.3 EnglishMe!
EnglishMe je první čistě webovou a českou aplikací pro procvičování anglické slovní zásoby. Na webových stránkách sice není uvedeno, zda a jaký Spaced Repetition algoritmus aplikace využívá, lze ovšem odhadnout, že se jedná pouze o jednoduchou adaptaci Leitnerova systému.
EnglishMe dává k dispozici uživatelům už hotové kolekce kartiček, které obsahují poměrně dostatečné informace o slovech, ale u spousty z nich chybí příkladové věty a synonyma, které uživatel nemá možnost přidat. Vytváření vlastních kolekcí je poměrně problematické, jelikož si do nich uživatel může přidat slovíčka, která už jsou v databázi aplikace. Pokud v databázi slovíčko není, může si jej sice přidat ručně, ale uloží se pouze informace o definici a překladu.
Závěr: Výhodou aplikace je schopnost přizpůsobit se šířce displeje různých zařízení a kromě slovíček nabízí i procvičování gramatiky. Systém je ovšem placený a není
33 připravený na vytváření vlastních kolekcí. Přesto jako hlavní nevýhodu spatřuji v nevyužití Spaced Repetition algoritmů.
4.2.4 Slovicka.org
Slovicka.org je druhým představitelem českých webových aplikací, která je ale na rozdíl od EnglishMe zdarma. Využitý algoritmus nevyužívá žádné zpětné vazby od uživatele a pouze ukazuje druhou stranu kartičky. Informace o slovech jsou nedostatečné, uživatel má k dispozici pouze slovo a překlad. Je možné vytvářet vlastní lekce s vlastními slovy, ale automatizace není k dispozici. Aplikace není responzivní, a tak ji lze pohodlně využívat pouze na zařízení s velkým displejem. Použitelnost aplikace také nijak neoslní.
Závěr: Aplikace je sice zdarma, ale pro studenty anglického jazyka je naprosto nevyhovující.
4.3 Srovnání
SuperMemo Anki EnglishMe! Slovicka.org
Zohlednění různých typů inteligence
Ano Ano Částečně Ne
Spaced
repetition Ano Ano Ne Ne
Informace
o slovech Záleží na uživateli Záleží na uživateli Většinou vyhovující Jen překlad Automatické
generování kartiček
Ne Ne Jen některá slova Ne
Možnosti použití
Win, iOS, Android, Web
Win, Linux, MacOS, iOS, Android, Web
Web (responzivní)
Web (neresponzivní) Použitelnost
a design 4 2 3 4
Dostupnost Placený Zdarma Placený Zdarma
Tabulka 4 – Srovnání aplikací pro procvičování anglické slovní zásoby
34
5 Charakteristika aplikace (Analýza)
Jak již bylo zmíněno v úvodu, aplikace bude zaměřena především na české studenty anglického jazyka. Hlavním důvodem je, že v současné době na českém internetu chybí aplikace, která by využívala techniku Spaced Repetition a dokázala by dohledávat informace o anglických slovech. Jaké další vlastnosti by měla aplikace mít, bylo naznačeno v kapitole Kritéria hodnocení. Tato kapitola popisuje, jaké dopady budou mít kritéria na návrh aplikace.
Ze skutečnosti, že by aplikace měla respektovat různé typy inteligence uživatelů, vyplývá, že ke každému významu slova (kartičce) bude uživatel moci přidat odpovídající obrázek a zvukovou nahrávku, které budou ideálně získávány pomocí dostupných API. Navíc bude možné určit, kolik nových slovíček se uživatel chce denně naučit.
Nejdůležitější vlastností aplikace bude využití techniky Spaced Repetition. Konkrétně bude využívat léty prověřený a veřejně dostupný algoritmus SM-2. V současnosti sice existuje už ve verzi SM-15, ovšem od verze SM-3 začal algoritmus využívat zpětné vazby jedné kartičky nejen pro výpočet její doby dalšího opakování, ale i pro karty podobné, což může vést k nekonsistenci algoritmu (13). Pro všechny SRS je důležité každodenní opakování, proto budou uživatelé volitelně upozorňováni o dávkách e-mailem.
Další, neméně důležitou vlastností bude možnost vytvářet si vlastní kolekce karet, přičemž aplikace bude pomocí slovníkových API automaticky dohledávat výslovnost, definici, překlady, ukázkové věty a synonyma, aby se zajistilo plnohodnotné porozumění anglického slova. Všechna zmíněná data bude mít uživatel možnost upravit tak, aby se mu lépe pamatovala (to se týká především ukázkových vět, překladů a definic). Z tohoto požadavku také plyne nutnost implementace registrace uživatelů, kteří po přihlášení budou mít ke zmíněným kolekcím přístup.
Z dat získaných ze slovníku bude aplikace automaticky generovat samotné kartičky tak, aby vyhovovaly tzv. Minimum Information Principle, který spočívá ve vytváření co nejjednodušších karet. Existují pro to dva důvody. První je, že jednoduché informace se snáze pamatují. Druhým důvodem je skutečnost, že kartičky, které se ptají jen na jednu
35 informaci, se v rámci Spaced Repetition techniky snáze hodnotí. Důležitost tohoto principu je patrná především z dlouhodobého hlediska (25).
Příklad špatně formulované kartičky:
Co víte o slově accession?
Když je sloveso, má tento význam:
1. Record the addition of (a new item) to a library, museum, or other collection: zaevidovat.
Each book must be accessioned and the data entered into the computer.
Když je podst. jméno, má tyto významy:
1. A new item added to an existing collection of books, paintings, or artefacts: přírůstek. The day-to- day work of cataloguing new accessions.
2. The attainment or acquisition of a position of rank or power:
ujmutí se vlády. The Queen’s accession to the throne.
Výslovnost je: /əkˈsɛʃ(ə)n/
Příklad dobře formulovaných kartiček:
Each book must be accessioned and the data entered into the computer.
Record the addition of (a new item) to a library, museum, or other collection:
zaevidovat
The day-to-day work of cataloguing new accessions.
A new item added to an existing collection of books, paintings, or artefacts: přírůstek
The Queen’s accession to the throne.
The attainment or acquisition of a position of rank or power: ujmutí se vlády.
Výslovnost accession /əkˈsɛʃ(ə)n/
Tabulka 5 – Příklady vyhovujících a nevyhovujících kartiček. Zdroj dat: (39)
Aplikace bude uživatelům poskytovaná z webového serveru a bude využívat technologie HTML, CSS, JavaScript, PHP, MySQL a některé jejich frameworky. Jaké výhody a nevýhody toto řešení přináší, bylo naznačeno v kapitole Možnosti použití. Aby bylo možné webovou aplikaci používat i na zařízeních s menším displejem, bude aplikace responzivní. Dále by aplikace měla být přístupná a použitelná a její design co nejméně rušivý (alespoň co se týče samotného procvičování).
36
6 Návrh
Tato kapitola je výsledkem analýzy požadavků a obsahuje logický datový model, popis hlavních operací nad daty, grafický návrh a nakonec detailní popis algoritmu SM-2.
6.1 Spaced Repetition algoritmus
Jak již bylo zmíněno, výpočet optimálního intervalu mezi opakováními bude založen na algoritmu SM-2 od průkopníka Spaced Repetition systémů Piotra Wozniaka, který byl vyvinutý již v roce 1989, ale různé SRS (například Anki) jej využívají dodnes. Algoritmus je založený na výpočtu tzv. faktoru snadnosti pro jednotlivé kartičky.
Před samotným postupem je nutné popsat jednotlivé pojmy, které se v něm vyskytují (40):
EF Faktor snadnosti, který odráží snadnost zapamatování a uchovávání dané kartičky v paměti
EF' Nová hodnota EF
I(n) Počet dní mezi jednotlivými opakováními po n-tém opakování.
q Zpětná vazba od uživatele
Tabulka 6 – Vysvětlení pojmů vyskytujících se v algoritmu SM-2
Kroky algoritmu jsou následující (40):
1. Vytvořit kartičky tak, aby vyhovovaly Minimum Information Principle 2. Každé kartičce přiřaď EF = 2,5
3. Pro první opakování nastav I(1) = 1 Pro druhé opakování nastav I(2) = 6
Pro každé další opakování nastav I(n) = I(n - 1) * EF
Pokud počet dní vyjde jako zlomek, pak zaokrouhli na nejbližší celé číslo 4. Po každém opakování zjisti zpětnou vazbu q od uživatele, jejíž škála je 1-5:
5 – perfektní odpověď
4 – správná odpověď po chvíli váhání
3 – správná odpověď s vážnými potížemi na rozpomenutí
37 2 – špatná odpověď, kdy ta správná se po zobrazení zdá být přítomna v paměti 1 – úplné zapomenutí
5. Po zajištění zpětné vazby od uživatele uprav EF podle následujícího vzorce:
EF' = EF + (0,1 - (5 - q) * (0,08 + (5 - q) * 0,02)) Pokud EF' vychází menší než 1,3 tak ji dále nezmenšuj
6. Pokud je hodnota zpětné vazby menší než 3, tak nastav počet opakování n = 1 a hodnotu EF neměň (tzn. I(1) = 1 a I(2) = 6 jako kdyby kartička byla nová) 7. V každém sezení opakuj ty kartičky, které byly oznámkovány číslem nižším než
4 do té doby, než budou ohodnoceny alespoň známkou 4 a vyšší.
Po dosazení jednotlivých známek ze škály do vzorce pro zjištění nové hodnoty EF' (krok 5) získáme konkrétní změnu oproti původní hodnotě EF:
Známka: 5 4 3 2 1
EF': EF +0,1 EF + 0 EF - 0,14 EF - 0,32 EF - 0,54
Tabulka 7 – Hodnoty EF pro jednotlivé známky
Pro zjednodušení procesu procvičování bude aplikace využívat pouze škálu 1-3. Toto opatření je zavedeno hlavně pro uživatele, kteří dosud se SRS neměli zkušenost a tak detailní sebehodnocení jako využívá SM-2 pro ně může být složité. I pokročilejší uživatelé SRS obvykle využívají pouze dvě odpovědi – umím nebo neumím (13). Proto bude škála následující:
1. Zapomněl jsem – v původním hodnocení bude odpovídat známce 2 2. Umím – v původním hodnocení bude odpovídat známce 4
3. Snadné – v původním hodnocení bude odpovídat známce 5
Další změna se bude týkat nastavení intervalu mezi prvním a druhým opakováním, která je defaultně nastavená na šest dní. Navrhovaná aplikace bude mít interval nastavený na tři dny (stejně jako Anki). Nabízí se však, aby si tento parametr mohl uživatel sám navolit.
38
6.2 Databáze (Datová vrstva)
Nyní je k dispozici dostatečné množství informací pro to, aby bylo možné určit jednotlivé funkční celky aplikace (entity) a vztahy mezi nimi. Entitně-relační model je vytvořen pomocí softwaru MySQL Workbench a je vložen do příloh. Entitami databáze budou:
Uživatelé (Users)
Balíčky (Decks)
Slovníková data (Notes)
Kartičky (Cards)
Dávky (Batches)
6.3 Hlavní operace (Aplikační vrstva)
Díky analýze a entitně-relačnímu modelu lze nyní definovat také hlavní operace, které se budou v rámci aplikace provádět:
Registrace a přihlášení uživatele
Přidání slovíčka
Editace slovníkových dat
Vytvoření denní dávky
Ohodnocení kartičky
6.4 Grafický návrh (Prezentační vrstva)
V tuto chvíli je nutné promyslet i vzhled aplikace a věci, které obecně s ním souvisí. Pro aplikaci byl zvolen název Sršeň. Jedná se o slovní hříčku, kde první tři písmena SRS odkazují na Spaced Repetition Systems a následující EN odkazuje na anglický jazyk.
S názvem pak souvisí grafika aplikace – barevnost, logo a tvary.
Hlavní barvy budou tvořit odstíny žluté, což nejen odkazuje na barvu sršně, ale také mohou pomáhat při procvičování slovíček. Je prokázáno, že teplé barvy jako je červená, žlutá a oranžová zvyšují naší pozornost. Čím více se soustředíme, tím větší je šance, že se stimul uloží do dlouhodobé paměti (11).
39 Použité tvary vychází ze šestiúhelníku, který je typický pro úly hmyzu z čeledi sršňovitých.
Logo tvoří do šestiúhelníku stylizovaná hlava sršně. Při návrhu jsem se snažil o co největší jednoduchost, aby byl tvar znatelný i zmenšený.
Obrázek 5 – Černobílá varianta loga aplikace
Jako hlavní písmo aplikace bylo zvoleno Source Sans Pro, které bylo vytvořené společností Adobe a je primárně určeno jako písmo pro uživatelská rozhraní. Poskytuje dostatečnou čitelnost jak pro nadpisy, tak i pro text, podporuje velké množství jazyků a je dostupné ve dvanácti řezech (58).
Grafický návrh byl společně s logem vytvořen softwarem Adobe Illustrator a Adobe Photoshop a je vložen do příloh bakalářské práce. Na domovské stránce je kladen důraz na vysvětlení principu aplikace a snaží se uživatele nalákat k registraci. Po přihlášení je design o poznání jednodušší, aby uživatele nerušil a on se mohl na procvičování plně soustředit.
40
7 Implementace
Tato kapitola pojednává o samotné realizaci projektu. Poskytne komentář na vlastní programování, hledisko architektury a technologie. Jako podklady poslouží poznatky uvedené v předchozí části práce.
Aplikace je napsaná ve skriptovacím jazyce PHP, který od páté verze podporuje objektově orientované programování. Důvodem pro toto rozhodnutí je jeho rozšířenost, dostupnost a kvalitní dokumentace. Ovšem jako jakýkoliv jiný jazyk, PHP má i své nevýhody, jmenujme například proslulé nekonzistentní pojmenování funkcí.
7.1 MVC architektura
Softwarová architektura, na které je aplikace postavená, se nazývá Model-View-Controller (MVC) a vznikla z potřeby oddělit u aplikací s grafickým rozhraním kód obsluhy (controller) od kódu aplikační logiky (model) a od kódu zobrazujícího data (view). Tím jednak aplikaci zpřehledňuje, usnadňuje budoucí vývoj a umožňuje testování jednotlivých části zvlášť (43).
Ačkoliv byla architektura původně vyvinuta pro desktopové aplikace, v současné době se koncept MVC užívá především jako architektura aplikací webových (44). Existuje několik desítek webových frameworků, které z této architektury vzešly. Kromě populárního PHP jsou tyto frameworky napsané i v Ruby, Pythonu nebo Javě.
Obrázek 6 – Schéma fungování architektury MVC
41 7.1.1 Nette framework
Dále aplikace využívá framework, konkrétně jsem zvolil české Nette. Mezi jeho přednosti patří: kvalitní ladící nástroje, které samotné PHP postrádá, aktivní česká komunita, ochrana proti XSS1, open-source licence, široká nabídka doplňků a rozšíření, využití moderních technologií jako je například AJAX, a nakonec právě architekturu MVP (Model- View-Presenter), která vychází ze zmiňovaného MVC.
Dle nezávislého testu, který uskutečnil server Root.cz, se jedná o jeden z nejrychlejších PHP frameworků vůbec (45). Následující graf srovnává rychlost jednotlivých frameworků s vypnutým a zapnutým nástrojem eAccelerator, což je rozšíření, které vylepšuje výkon aplikací napsaných v jazyce PHP (53).
Obrázek 7 – Porovnání rychlostí jednotlivých PHP frameworků (45)
Ačkoliv ve využití frameworku Nette převažují pozitiva, narazil jsem při vývoji na nevýhodu, kterou je ne vždy dostačující a často i neaktuální dokumentace. Využití frameworku může být problematické i z hlediska bezpečnosti, jelikož se jedná o veřejně dostupný kód, což může usnadnit jeho napadení. Z toho pro vývojáře vyplývá povinnost neustále provádět aktualizace.
1 XSS (Cross-Site Scripting) je metoda narušení webových stránek zneužívající neošetřených výstupů.
