Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
233
Розробка фільтру SageMath для Moodle
Євгеній Олександрович Модло*, Сергій Олексійович Семеріков҂
Криворізький металургійний інститут
ДВНЗ «Криворізький національний університет»,
вул. Революційна, 5, м. Кривий Ріг, 50006, Україна
modea@mail.ru*, semerikov@gmail.com҂
Анотація. Цілі дослідження: визначення особливостей процесу
розробки, встановлення, налаштування та використання фільтру
SageMath для системи підтримки навчання Moodle.
Завдання дослідження: обґрунтувати доцільність використання
системи Moodle як засобу підтримки процесу формування у майбутніх
бакалаврів електромеханіки компетентностей з моделювання технічних
об’єктів; проаналізувати існуючі засоби підтримки діяльності з
моделювання технічних об’єктів та визначити шляхи їх інтеграції з
системою Moodle; описати структуру та особливості програмної
реалізації нового фільтру SageMath для системи Moodle; надати
рекомендації з встановлення та налаштування розробленого фільтру;
навести приклади використання.
Об’єкт дослідження: інтеграція систем комп’ютерної математики та
систем підтримки навчання.
Предмет дослідження: процес розробки текстового фільтру системи
підтримки навчання Moodle для опрацювання команд системи
комп’ютерної математики SageMath.
Використані методи дослідження: аналіз державних освітніх
стандартів та існуючих аналогів розробки, процес програмної інженерії.
Результати дослідження. Розроблений фільтр SageMath надає
можливість виконувати код Sage на зовнішньому загальнодоступному
сервері SageMathCell, відображати результати виконання на сторінках
Moodle без їх перезавантаження за технологією AJAX, є стійким до XSS-
атак та готовим для використання у системі Moodle.
Основні висновки і рекомендації:
1. Перспективним напрямом розвитку середовища навчання
бакалаврів електромеханіки є інтеграція системи підтримки навчання
Moodle та системи комп’ютерної математики SageMath.
2. Ефективним засобом убудування моделей системи комп’ютерної
математики SageMath у систему Moodle є текстовий фільтр, процес
програмної інженерії якого подано у статті.
3. Перспективним напрямом подальших досліджень є використання
розробленого фільтру у процесі формування компетентностей бакалаврів
CTE Workshop Proceedings, 2014, Vol. 2: CTE-2013
234
електромеханіки з моделювання технічних об’єктів шляхом
вбудовування в навчальні курси, розміщені у системі підтримки навчання
Moodle, інтерактивних лабораторних робіт, описаних мовою Sage.
Ключові слова: система підтримки навчання Moodle; система
комп’ютерної математики SageMath; розробка текстового фільтру;
моделювання технічних об’єктів; бакалаври електромеханіки.
E. O. Modlo*, S. O. Semerikov҂. Development of SageMath filter for
Moodle
Abstract. Research goals: determine the characteristics of the
development process, installation, configuration and usage of the filter
SageMath for learning support system Moodle.
Research objectives: to prove the feasibility of using Moodle system as a
tool to support the process of competency formation in technical objects
simulation of future bachelors in electromechanical engineering; to analyze
existing support tools of technical objects simulation and to identify the ways
of it’s integration into Moodle; to describe the structure and features of the
software implementation of the new SageMath filter for Moodle; to provide the
guidance on installing and configuring developed filter; to describe the
examples of filter usage.
Research object: computer mathematics and learning support systems
integration.
Research subject: text filter development process for learning support
system Moodle to processing the commands of computer mathematics system
SageMath.
Research methods used: analysis of state educational standards and
existing application, software engineering process.
Research results. Designed SageMath filter allows to execute the Sage
code on the external SageMathCell public server, to view the execution results
at the Moodle pages without reloading by using AJAX technology, to stave off
XSS attacks and ready for use with Moodle.
The main conclusions and recommendations:
1. The perspective direction of learning environment development for
bachelors in electromechanical engineering is the integration of learning
support system Moodle and computer mathematics system SageMath.
2. An effective tool for embedded a computer mathematics systems
SageMath models into Moodle is a text filter. The software engineering process
for this filter is presented in the article.
3. Promising area of future research is the use of a developed filter in the
process of bachelor’s in electromechanical engineering competencies in
technical objects simulation by embedding into Moodle learning courses the
Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
235
interactive labs programmed in Sage.
Keywords: learning support system Moodle; computer mathematics
system SageMath; text filter development; technical objects simulation;
bachelors in electromechanical engineering.
Affiliation: Kryvyi Rih Metallurgical Institute, SIHE «Kryvyi Rih
National University», 5, Revoliutsiina str., Kryvyi Rih, 50006, Ukraine.
E-mail: modea@mail.ru*, semerikov@gmail.com҂.
Розвиток сучасного виробництва неможливий без
електроенергетичного забезпечення та використання електромеханічних
систем. Фахівці з електроенергетики, електротехніки та електромеханіки
забезпечують функціонування тієї основи, на якій надбудовуються усі
інші галузі виробництва (включно із електронним).
У зв’язку з цим метою підготовки бакалавра електромеханіки є
формування професійно компетентного фахівця, здатного до
прогнозування стану та визначення напрямів розвитку
електромеханічних систем. Особливої актуальності це набуває сьогодні в
умовах інтеграції механічної, електромеханічної, комп’ютерної та
системної інженерії на основі концепції STEM (science, technology,
engineering, mathematics), що вимагає залучення методів
фундаментальних наук у практику роботи інженера-електромеханіка.
Провідним таким методом є моделювання технічних об’єктів,
опанування якого забезпечує теоретичне та практичне наповнення
фундаментальної, загально та спеціалізовано-професійної підготовки
бакалавра електромеханіки. Як було показано у [4], цілеспрямоване
формування компетентностей з моделювання технічних об’єктів
відбувається у декількох навчальних дисциплінах, провідними з яких є
«Загальна фізика», «Теорія автоматичного керування», «Моделювання
електромеханічних систем», «Нелінійні та дискретні системи
автоматичного керування», «Автоматизація електромеханічних систем»
та «Комп’ютерні пристрої в системах автоматизації». Це зумовлює
доцільність застосування системи підтримки навчання бакалаврів
електромеханіки моделювання технічних об’єктів, спрямованої на
формування дослідницької виробничої функції бакалавра
електромеханіки, що реалізується через типову задачу діяльності
«Проведення дослідних виробничих експериментів (під керівництвом)»,
що, зокрема, передбачає уміння виконувати опрацювання результатів
експерименту; збирати, опрацьовувати і накопичувати вихідні матеріали,
дані статистичної звітності, науково-технічні дані тощо; брати участь у
дослідженнях систем керування та автоматичного регулювання
параметрів.
CTE Workshop Proceedings, 2014, Vol. 2: CTE-2013
236
Однією із найбільш поширених систем підтримки навчання є Moodle.
Використання цієї системи разом із відповідними засобами комп’ютерної
техніки та спеціальним програмним забезпеченням (насамперед систем
комп’ютерної математики) створює умови для формування та розвитку
формування компетентностей з моделювання технічних об’єктів.
На сьогодні у світі накопичено значний досвід використання систем
підтримки навчання та систем комп’ютерної математики. При
автономному використанні систем комп’ютерної математики відсутня
автоматизація оцінювання навчальних досягнень, а автономне
використання систем підтримки навчання позбавляє можливості
виконання дій з моделювання технічних об’єктів безпосередньо у
середовищі самої системи. Тому проблема організації взаємодії цих
систем є досить актуальною.
Модульна структура системи Moodle надає можливість інтеграції до
неї систем комп’ютерної математики шляхом розробки відповідного
доповнення до системи (плагіну Moodle), як це показано у [5]. Суттєво
спростити цей процес можна шляхом добору засобів, що функціонують у
спільному із Moodle хмарному середовищі – таких, як відкрите мобільне
математичне середовище SageMath, що надає зручний Web-доступ до
великої кількості програмних систем через блокнотний інтерфейс [7].
Автори [1] наголошують, що SageMath дуже зручно використовувати на
мобільних Інтернет-пристроях, та наводять приклади мобільних програм,
що отримують доступ до серверу SageMath за протоколом XML-RPC.
Одним із інтерфейсів SageMath є SageMathCell [1, с. 921], що надає
можливість вбудовування комірок і робочих листів Sage у зовнішні Web-
сторінки [7] та відповідає третьому (найвищому) рівню інтеграції
системи підтримки навчання та системи комп’ютерної математики [6,
с. 189].
Однією із перших спроб такої інтеграції був фільтр Sage для системи
Moodle, розроблений авторами [6]. Робота фільтру вимагала:
а) спеціально налаштованого серверу SageMath, встановленого на
реальній або віртуальній машині (Amazon Web Sevices, Ulteo Open Virtual
Desktop тощо [3]);
б) доступу до серверу SageMath за протоколом XML-RPC;
в) активного фільтру TeX у системі Moodle для відображення
результатів запиту до серверу SageMath.
Головним недоліком такого способу інтеграції є необхідність
підтримки спеціально налаштованого серверу SageMath адміністратором
системи Moodle, що встановлює та налаштовує фільтр. У зв’язку з цим
доцільним є розробка нового фільтру SageMath для Moodle, що
використовуватиме не приватні, а загальнодоступні сервери, та
Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
237
надаватиме доступ до об’єктів SageMath на стороні клієнта, а не сервера
Moodle.
Мета статті: опис процесу розробки, встановлення, налаштування
та використання нового фільтру SageMath для Moodle.
Для реалізації інтеграції СДН Moodle та СКМ Sage було розроблено
фільтр Sage для СДН Moodle. Фільтр надає можливість виконувати код
мовою Sage у середовищі Moodle за умови, що він знаходиться у межах
тегу [sage]…[/sage].
Розглянемо загальну структуру розробленого фільтру. До його
складу входять чотири модулі:
1) модуль version.php містить відомості про версію плагіну (дата та
номер), стабільність версії плагіну (визначена як MATURITY_STABLE), його
повне ім’я (filter_sagecell) та мінімальну версію Moodle, необхідну
для роботи плагіну;
2) модуль settings.php не містить суттєвого коду – його
необхідність визначена вимогами співтовариства розробників Moodle до
структури плагінів;
3) модуль lang/en/filter_sagecell.php містить ім’я фільтру
англійською (SageCell);
4) основний модуль filter.php.
Даний модуль містить визначення класу filter_sagecell, який є
похідним від стандартного класу moodle_text_filter. У класі
перевизначено загальнодоступну функцію filter, параметром якої є
змінна text, що може містити бажану послідовність псевдотегів
[sage]...[/sage], усередині якої й буде код мовою Sage.
У системі Moodle одночасно можуть бути активовані декілька
фільтрів, що виконуються послідовно при кожній генерації HTML-
сторінки. У зв’язку з цим на функцію filter накладаються певні
швидкісні обмеження. З метою щоякнайшвидшого визначення, чи
містить текст, що фільтрується, бажану послідовність псевдотегів,
розглядаються три випадки, у яких text повертається без змін для
опрацювання наступним фільтром:
1) якщо тип даних змінної text не є рядковим;
2) якщо text є порожнім;
3) якщо до складу text не входить рядок '[sage]'.
Якщо знайдено рядок '[sage]', виконується виклик функції
preg_replace_callback, параметрами якої є регулярний пошуковий
вираз '/\[sage](.+?)\[\/sage]/is', ім’я функції зворотного виклику
для його опрацювання 'filter_sagecell_callback' та текст, що
фільтрується.
CTE Workshop Proceedings, 2014, Vol. 2: CTE-2013
238
Параметром функції зворотного виклику
filter_sagecell_callback є масив рядків sagecode, другий елемент
якого sagecode[1] й міститиме код мовою Sage, який користувач увів у
вікні текстового редактору Atto, TinyMCE або іншого налаштованого у
системі Moodle. При збереженні введеного коду текстовим редактором
можуть бути додані ряд HTML-тегів, які повинні бути замінені:
а) теги ,
,
,
,
і т. п. – на символ переведення
рядка (0xA, або \n);
б) нерозривний пробіл ( або \xc2\xa0) – на звичайний (\x20).
Очищений у такий спосіб код все одно може містити XSS-загрози
безпеки системи Moodle. Для їх видалення виконується функція
clean_text ядра системи Moodle. Остаточний код може бути
помилковим з точки зору синтаксису Sage, проте безпечним для системи
Moodle. Остання дія filter_sagecell_callback – його заміна на
відповідне звернення до сервера SageMathCell з використанням бібліотек
jQuery та embedded_sagecell.js.
Бібліотека embedded_sagecell.js надає можливість створення та
убудування у сторінки Moodle комірок SageMath. Для цього створюється
обчислювальний текстовий блок (клас блоку div.compute), у якому й
виконується код Sage (тип мови – text/x-sage). Код виконується при
завантаженні сторінки Moodle. Для примусового його виконання у
SageMathCell користувачу надається кнопка «Evaluate», яка на сторінці
Moodle прихована разом із редактором коду Sage.
Повні вихідні коди фільтру розміщено на
https://github.com/eugenemodlo/moodle-filter_sagecell. Для встановлення
фільтру потрібно завантажити zip-архів із фільтром з GitHub або [2]
(рис. 1).
Зауважимо, що архів, завантажений із GitHub, не може бути
встановлений у систему Moodle без додаткових налаштувань (рис. 2). Це
пов’язано із тим, що ім’я каталогу всередині архіву (moodle-
filter_sagecell-master) не відповідає вимогам Moodle до імен каталогів із
плагінами (повинно бути sagecell).
Після встановлення фільтр повинен бути активований (переведений
до стану «Увімкнуто» за шляхом Керування сайтом – Модулі – Фільтри
– Управління фільтрами).
Перевірити роботу фільтру можна шляхом уведення команди
(послідовності команд) мовою Sage між псевдотегами [sage] та [/sage].
Наведемо у якості прикладу модель трифазної мережі змінного
струму (рис. 3).
Фрагмент коду, що містить програмну реалізацію моделі, повинен
бути уведений у вікні текстового редактору без використання будь-якого
Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
239
форматування між псевдотегами при створенні нової сторінки курсу,
тесту, повідомлення та інших об’єктів, що опрацьовуватимуться
фільтром.
Рис. 1. Сторінка фільтру SageCell у сховищі плагінів Moodle
Рис. 2. Додаткові налаштування фільтру SageCell при встановленні із
zip-архіву з GitHub
[sage]
# модель трифазної мережі змінного струму
var('t') # часова змінна
A0=380*sqrt(2) # амплітуда
CTE Workshop Proceedings, 2014, Vol. 2: CTE-2013
240
w0=2*pi*50 # частота
T0=2*pi/w0 # період відображення
@interact
def model(A=A0,w=w0,T=T0):
# побудова графіків
show(plot(A*sin(w*t), t, 0, T, rgbcolor=(1,0,0), \
thickness=2, legend_label="Phase A") + \
plot(A*sin(w*t+2*pi/3), t, 0, T, rgbcolor=(0,1,0),\
linestyle="--", thickness=2, legend_label="Phase B")\
+ plot(A*sin(w*t-2*pi/3), t, 0, T, rgbcolor=(0,0,1),\
linestyle=":", thickness=2, legend_label="Phase C"))
[/sage]
Рис. 3. Модель трифазного змінного струму у системі Moodle
Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
241
Висновки:
1. Перспективним напрямом розвитку середовища навчання
бакалаврів електромеханіки є інтеграція системи підтримки навчання
Moodle та системи комп’ютерної математики SageMath.
2. Розроблений фільтр SageMath для системи Moodle надає
можливість виконувати код Sage на зовнішньому загальнодоступному
сервері SageMathCell, відображати результати виконання на сторінках
Moodle без їх перезавантаження за технологією AJAX та є стійким до
XSS-атак.
3. Перспективним напрямом подальших досліджень є використання
розробленого фільтру у процесі формування компетентностей бакалаврів
електромеханіки з моделювання технічних об’єктів шляхом
вбудовування в навчальні курси, розміщені у системі підтримки навчання
Moodle, інтерактивних лабораторних робіт, описаних мовою Sage.
Список використаних джерел
1. Kim K.-W. Modeling of Mobile Sage and Graphing Calculator
[Electronic resource] / Kyung-Won Kim, Sang-Gu Lee, Shaowei Sun // Journal
of Modern Education Review. – 2013. – Volume 3. – December, No. 12. –
P. 918-925. – Access mode : https://goo.gl/vKZ5R9.
2. Modlo E. Moodle plugins directory: SageCell [Electronic resource] /
Eugene Modlo, Sergey Semerikov // Moodle - Open-source learning platform
| Moodle.org. – Access mode : http://moodle.org/plugins/filter_sagecell.
3. Модло Є. О. Використання десктопних програм у хмарному
середовищі / Є. О. Модло // Хмарні технології в освіті : матеріали
Всеукраїнського науково-методичного Інтернет-семінару (Кривий Ріг –
Київ – Черкаси – Харків, 21 грудня 2012 р.). – Кривий Ріг : Видавничий
відділ КМІ, 2012. – С. 39.
4. Модло Є. О. Комп’ютерне моделювання в підготовці бакалаврів
електромеханіки / Є. О. Модло // Комп’ютерне моделювання в освіті :
матеріали VІ Всеукраїнського науково-методичного семінару (Кривий
Ріг, 12 квітня 2013 р.). – Кривий Ріг : Видавничий відділ КМІ, 2013. –
С. 25-26.
5. Рашевська Н. В. Інтеграція системи динамічної геометрії GeoGebra
в систему дистанційного навчання Moodle / Рашевська Н. В., Семеріков
С. О., Словак К. І. // Перша всеукраїнська науково-практична конференція
«MoodleMoot Ukraine 2013. Теорія і практика використання системи
управління навчанням Moodle». (Київ, КНУБА, 30-31 травня 2013 р.) :
тези доповідей / Міністерство освіти і науки України, Київський
національний університет будівництва і архітектури, Національна
академія педагогічних наук України, Інститут інформаційних технологій
CTE Workshop Proceedings, 2014, Vol. 2: CTE-2013
242
і засобів навчання. – К. : КНУБА, 2013. – C. 63.
6. Семеріков С. О. Розробка фільтру Sage для СДН Moodle /
С. О. Семеріков, С. В. Шокалюк, Ю. В. Плющ, І. С. Мінтій, В. В. Ткачук
// Новітні комп’ютерні технології. – К. : Мінрегіон України. – 2011. – Том
IX. – С. 189-194.
7. Семеріков С. О. Мобільне математичне середовище Sage: нові
можливості та перспективи розвитку / С. О. Семеріков, І. О. Теплицький
// Тези доповідей VІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції
«Інформаційні технології в освіті, науці і техніці» (ІТОНТ-2010). 4-6
травня 2010 року. – Том 2. – Черкаси : Черкаський державний
технологічний університет, 2010. – С. 71.
References (translated and transliterated)
1. Kim K.-W. Modeling of Mobile Sage and Graphing Calculator
[Electronic resource] / Kyung-Won Kim, Sang-Gu Lee, Shaowei Sun // Journal
of Modern Education Review. – 2013. – Volume 3. – December, No. 12. –
P. 918-925. – Access mode : https://goo.gl/vKZ5R9.
2. Modlo E. Moodle plugins directory: SageCell [Electronic resource] /
Eugene Modlo, Sergey Semerikov // Moodle - Open-source learning platform
| Moodle.org. – Access mode : http://moodle.org/plugins/filter_sagecell.
3. Modlo E. O. Vykorystannya desktopnyh prohram u hmarnomu
seredovyshhi [The use of desktop programs in cloud environment] /
E. O. Modlo // Hmarni tehnolohiyi v osviti : materialy Vseukrayinskoho
naukovo-metodychnoho Internet-seminaru (Kryvyj Rih – Kyiv – Cherkasy –
Harkiv, 21 hrudnya 2012 r.). – Kryvyj Rih : Vydavnychyj viddil KMI, 2012. –
S. 39. (In Ukrainian)
4. Modlo E. O. Komp’yuterne modelyuvannya v pidhotovci bakalavriv
elektromehaniky [Computer modeling in training Bachelor of
Electromechanics] / E. O. Modlo // Kompjuterne modeljuvannja v osviti :
materialy VI Vseukrainskogo naukovo-metodychnogo seminaru (Kryvyj Rig,
12 kvitnja 2013 r.). – Kryvyj Rig : Vydavnychyj viddil KMI, 2013. – S. 25-26.
(In Ukrainian)
5. Rashevska N. V. Intehraciya systemy dynamichnoyi heometriyi
GeoGebra v systemu dystancijnoho navchannya Moodle [Integration of
dynamic geometry system GeoGebra in the distance learning system Moodle]
/ Rashevska N. V., Semerikov S. O., Slovak K. I. // Persha vseukrainska
naukovo-praktychna konferencija «MoodleMoot Ukraine 2013. Teorija i
praktyka vykorystannja systemy upravlinnja navchannjam Moodle». (Kyiv,
KNUBA, 30-31 travnja 2013 r.) : tezy dopovidej / Ministerstvo osvity i nauky
Ukrai'ny, Kyi'vs'kyj nacional'nyj universytet budivnyctva i arhitektury,
Nacional'na akademija pedagogichnyh nauk Ukrai'ny, Instytut informacijnyh
Хмаро орієнтовані системи підтримки навчання
243
tehnologij i zasobiv navchannja. – K. : KNUBA, 2013. – S. 63. (In Ukrainian)
6. Semerikov S. O. Rozrobka filtru Sage dlya SDN Moodle [Sage filter
development for distance learning system Moodle] / S. O. Semerikov,
S. V. Shokalyuk, Yu. V. Plyushh, I. S. Mintij, V. V. Tkachuk // New computer
technology. – K. : Minregion Ukrainy. – 2011. – Vol. IX. – P. 189-194. (In
Ukrainian)
7. Semerikov S. O. Mobilne matematychne seredovyshhe Sage: novi
mozhlyvosti ta perspektyvy rozvytku [Mobile mathematical environment Sage:
a new features and development prospects] / S. O. Semerikov, I. O. Teplyckyj
// Tezy dopovidej VII Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi konferencii
«Informacijni tehnologii v osviti, nauci i tehnici» (ITONT-2010). 4-6 travnja
2010 roku. – Tom 2. – Cherkasy : Cherkaskyj derzhavnyj tehnologichnyj
universytet, 2010. – S. 71. (In Ukrainian)