Interaktívna webová aplikácia pre výučbu štatistických metód v geoinformatike

Interactive web application for education of statistical methods in geoinformatics

  • Autor: Kristián ŠARLUŠKA
  • Vedúci práce: Mgr. Karel Macků, Ph.D.

Anotácia

Táto bakalárska práca sa zaoberá tvorbou interaktívnej webovej aplikácie, ktorá má slúžiť ako doplňujúci výučbový materiál pre potreby predmetu Štatistické metódy v geoinformatike na Katedre geoinformatiky Univerzity Palackého v Olomouci. Výsledná aplikácia s názvom StatTerra je postavená na knižnici React, vďaka čomu na jej prevádzku nie je potrebný aplikačný server a statický webhosting je postačujúci. Zdrojový kód aplikácie je distribuovaný ako open-source a je dostupný na platforme GitHub. Aplikácia pokrýva témy Náhodná veličina, Rozdelenia pravdepodobnosti, Odhady parametrov, Testovanie hypotéz, Korelácia a ANOVA, ktoré obsahovo vychádzajú zo sylabu daného predmetu a boli identifikované ako kľúčové pre jeho výučbu. Zásadnou črtou aplikácie StatTerra je zakomponovanie interaktívnych prvkov do jej obsahu. Jej poslaním je napomôcť k lepšiemu porozumeniu danej problematike, najmä prostredníctvom možnosti zmeny parametrov generujúcich grafy či hodnôt vstupujúcich do výpočtu. Aplikácia obsahuje praktické ukážky s reálnymi dátami, ktoré majú za cieľ bližšie ilustrovať význam vybraných štatistických metód a ich použitie v oblasti vied o Zemi. Aplikácia bola pred odovzdaním práce podrobená užívateľskému testovaniu, na základe ktorého bola optimalizovaná pre potenciálnych budúcich užívateľov. Aplikácia StatTerra je verejne dostupná na adrese statterra.app.

This bachelor’s thesis focuses on the development of an interactive web application designed to serve as supplementary teaching material for the course Statistical Methods in Geoinformatics at the Department of Geoinformatics, Palacký University Olomouc. The resulting application, named StatTerra, is built on the React library, which means that no application server is required for its operation and static web hosting is sufficient. The application’s source code is distributed as open-source and is available on the GitHub platform. The application covers the topics of Random Variable, Probability Distributions, Parameter Estimation, Hypothesis Testing, Correlation, and ANOVA, which are based on the syllabus of the course and have been identified as key to its instruction. A fundamental feature of the StatTerra application is the incorporation of interactive elements into its content. Its mission is to facilitate a better understanding of the subject matter, particularly through the ability to change the parameters generating graphs or the values used in calculations. The application includes practical examples with real data, which aim to illustrate the significance of selected statistical methods and their application in the Earth sciences. Before the thesis was submitted, the application underwent user testing, based on which it was optimized for potential future users. The StatTerra application is publicly available at statterra.app.

Ciele práce

Hlavným cieľom bakalárskej práce je vytvoriť interaktívnu, platformovo nezávislú webovú aplikáciu, ktorá bude slúžiť ako podporný študijný materiál pre výučbu štatistiky na Katedre geoinformatiky UPOL. Aplikácia kombinuje teoretický výklad s dynamickými vizualizáciami a reálnymi dátami.

Pokrytie sylabu

Spracovanie kľúčových štatistických tém aplikácie, ktorá kombinuje teóriu s praktickými príkladmi.

Interaktívne vizualizácie

Implementácia dynamických grafov umožňujúcich interaktívnu zmenu parametrov pre názorné pochopenie preberanej látky.

Dáta z praxe

Demonštrácia štatistických metód a ich aplikovateľnosti na verejne dostupných geografických datasetoch.

Optimalizácia UX

Experimentálne overenie funkčnosti a použiteľnosti aplikácie prostredníctvom používateľského testovania.

Udržateľnosť

Vývoj aplikácie s otvoreným zdrojovým kódom, ktorý môže byť rozšíriteľným základom pre ďalšie vzdelávacie moduly.

Použité metódy a materiály

Prehľad najzásadnejších použitých metód, zdrojových dát využívaných na praktické ukážky a programov, v ktorých spracovanie bakalárskej práce primárne prebiehalo.

Kľúčové metódy

Agilný vývoj

Inkrementálna tvorba zdrojového kódu s priebežnou adaptáciou na spätnú väzbu od vedúceho práce a študentov.

Komponentový vývoj

Využitie architektúry založenej na komponentoch pre zefektívnenie práce s kódom a jeho znovupoužiteľnosť.

Experiment

Kvalitatívne overenie použiteľnosti aplikácie metódou experimentu formou think-aloud na piatich participantoch.

Použité ukážkové dáta

Použitý softvér

Vývoj aplikácie

Verziovanie a webhosting

Analýza dát

Úprava priestorových dát

Dizajn

Výsledky

Hlavným výstupom práce je plne funkčná interaktívna aplikácia StatTerra spolu s poznatkami z používateľského testovania.

Aplikácia StatTerra

  • • Rozsah: 6 tematických modulov podľa sylabu STAME.
  • • Interaktivita: Dynamické grafy, mapové náhľady a štatistické kalkulačky.
  • • Prístupnosť: 3 jazykové mutácie a otvorený zdrojový kód.

Používateľské testovanie

Experiment formou think-aloud so študentmi Katedry geoinformatiky potvrdil vysokú mieru použiteľnosti a intuitívnosť rozhrania. Na základe spätnej väzby boli optimalizované konkrétne interaktívne prvky pre lepšiu používateľskú skúsenosť.

Záver

Predložená bakalárska práca naplnila stanovený cieľ vytvorením moderného výučbového materiálu pre predmet Štatistické metódy v geoinformatike. Voľba technológie React a frontend-only riešenia sa ukázala ako efektívna cesta k vytvoreniu platformovo nezávislej a udržateľnej aplikácie.

Zásadný prínos práce spočíva v integrácii interaktívnych simulácií s reálnymi geoinformatickými dátami (Eurostat, Svetová banka, ArcČR), čo umožňuje študentom lepšie pochopiť abstraktné štatistické koncepty. Dokumentácia v štýle JSDoc a otvorený zdrojový kód navyše poskytujú solídny základ pre budúce rozširovanie aplikácie o nové moduly.

StatTerra predstavuje inovatívny nástroj, ktorý má potenciál skvalitniť prípravu študentov na KGI UPOL pre riešenie štatistických úloh v odbornej praxi.