Bachelor's Thesis

Platform for basic school math drilling

Final Thesis 4.67 MB

Author of thesis: Martin Eugen Minarčík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Igor Szőke, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on extending the web application Drillovačka, which is used
for primary school mathematics drilling with support for voice input. The original
application provides immediate feedback when solving exercises, but it does not
support systematic progress tracking, long-term motivation, or classroom use.
The proposed solution extends the application with a model for measuring mastery
of mathematical skills, taking into account answer correctness, solution fluency,
and the number of attempts. The solution also includes a gamification system,
multi-layer processing of voice input, exercise generation using a large language
model, and a teacher mode with virtual classrooms. The result of the thesis is
an extended application called Aritmation, which preserves the original
functionality of Drillovačka and adds tools supporting regular mathematics
practice. The application was tested with 271 real users, and the introduction
of gamification elements increased the share of students with multi-day activity
from 2.6% to 18.0%. Aritmation therefore supports mathematics practice in
both individual and classroom contexts.

Keywords:

mathematics drilling, educational web application, primary school,
progress tracking, skill mastery, gamification, voice input,
speech recognition, exercise generation, language model, teacher mode

Date of defence

19.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. Proč se záznam mluveného slova ukládá po převodu na textovou odpověď do cloudu?
  2. Šlo by pro kontrolu správnosti vygenerované úlohy využít LLM? Jak byste to udělal?
  3. Jak si vysvětlujete dominanci uživatelů prvního stupně? Mají jiné potřeby od žáků druhého stupně? Co jiného toto mohlo ovlivnit?
  4. Jaký je v kontextu vaší práce význam slova "plynulost"?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Radek Hranický, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Veigend, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Igor Szőke, Ph.D.

Celkově hodnotím aktivitu studenta nadprůměrně. Přístup ke konzultacím byl sice průměrný, na druhou stranu student proaktivně vyhledával a komunikoval s uživateli řešení. Student k řešení přistupoval zodpovědně a samostatně. Předpokládáme účast v BoosterChallenge.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Jedná se o průměrně obtížné zadání s dostatkem prostoru pro možné rozšíření. Téma navazuje na loňskou BP. Cílem bylo posunout tuto službu dále. Student se návrhu a implementace podle mého názoru zhostil dobře. Vylepšení, které vytvořil jsou užitečná a zpětná vazba uživatelů je pozitivní.

Práce s literaturou

Student literaturu získával samostatně a aktivně.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student konzultoval práci po celou dobu akademického roku víceméně pravidelně 1x za 3 týdny. Byl vždy připraven a ukázal pokrok. Práci řešil aktivně a samostatně. Reflektoval zpětnou vazbu od vedoucího.

Aktivita při dokončování

Aktivita při dokončování nebyla pod stresem. Text byl dodán ke kontrole včas. Vedoucím byly doporučeny dílčí úpravy struktury a jazyková kontrola.

Publikační činnost, ocenění

Výsledek je veřejně dostupný a používaný.

Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Práce se zaměřuje na proces učení jako takový a přitom dobře využívá relevantní gamifikační prvky. Dále úspěšně zlepšuje kvalitu zadávání odpovědí mluveným slovem pomocí navržené deterministické metody pro post-zpracování ASR výsledku, a to jako alternativu k zapojení LLM. Nové řešení Aritmation navíc obsahuje celou řadu dalších užitečných rozšíření původní aplikace Drillovačka, jako např. automatické generování nových úloh pomocí LLM. Návrhy těchto rozšíření stojí na pečlivém studiu a výsledné řešení v sobě integruje řadu technicky pokročilých prvků. I přes různá doporučení k případnému zlepšení v prezentační části lze celé řešení s ohledem na jeho metodickou i technickou kvalitu a celkový rozsah hodnotit jako vynikající.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Náročnost zadání práce spočívá především v nutnosti pochopení a správného použití gamifikačních principů v edukativních aplikacích. Velkou výzvou je také orientace v oblasti a následné použití ASR a LLM pro zadávání odpovědí mluveným slovem i pro automatický návrh nových zadání matematických úloh. V neposlední řadě je zpracování a filtrace mluvených odpovědí v reálném čase  nemalou technickou výzvou.

Prezentační úroveň technické zprávy

Text zprávy je pečlivý, odborný, čtivý a předložené informace jsou podány srozumitelně. Jelikož autor navrhuje řadu zajímavých a podstatných metodických postupů, jako jsou metriky průběžného hodnocení žáků či gamifikační postupy, doporučil bych v textu jasněji oddělit metodický návrh od samotné implementace. Metodické návrhy řešení totiž představují to nejpodstatnější na celé práci, zatímco následná implementace je již sekundárním krokem. Příkladem nedocenění tohoto vlastního přínosu je například odsunutí návrhu zpracování mluvené odpovědi až do přílohy C. Stejně tak validace automaticky vytvořené úlohy je v návrhu popsána pouze obecně, což by si zasloužilo detailnější metodický popis. Autor by tedy měl pro příště lépe vybrat podstatné informace, ty vhodněji rozdělit mezi koncepční návrh a implementační detaily a méně podstatné postupy pak pouze stručně shrnout.

Klíčovou součástí práce je vyhodnocení navrženého řešení na reálných uživatelích, které sice autor provádí, ale v textu tyto postupy podrobněji nestuduje a nevyužívá existujících metodologických znalostí. Podobně autor navrhuje řešení pro správu anonymních uživatelů při opakované návštěvě webové aplikace, kde by bylo vhodné se více obeznámit s již existujícími technikami, jejich možnostmi a omezeními. Samotný návrh by pak mohl pro větší úplnost stručně obsahovat také klíčové entity datového modelu a klíčové body API.

Podrobnější popis obsahu obrázků měl být umístěn spíše v samotném textu než v dlouhých názvech obrázků (viz např. obr. 6.1).

70
Formální úprava technické zprávy

Formální úprava, typografická a jazyková úroveň práce jsou na velmi dobré úrovni. Text je zpracován pečlivě, kvalitně a je jazykově zcela korektní.

80
Realizační výstup

Výstupem práce je značně rozšířené řešení původního autora Dominika Horuta: Drillovačka [13]. Vlastní implementace vlastního rozšíření využívá aktuální moderní technologie a programové řešení jako celek je odborně i logicky strukturované a značně rozsáhlé. Autor se ve svém programovém řešení velmi dobře vypořádal s nadprůměrnou komplexností celé aplikace a orchestrací všech revidovaných i nových částí – od datového modelu a API backendu přes potřebné skripty a funkce pro zpracování audia a napojení na ASR a LLM až po komponenty webové klientské aplikace s GUI. Navázat na existující studentskou práci a tu programově rozšířit je obecně velmi pracný úkol, se kterým se autor vypořádal perfektně, což velmi oceňuji.

V oblasti testování hodnotím velmi pozitivně množství zapojených uživatelů a možnost pracovat se statisticky relevantními daty. Samotné ověření vlivu gamifikace je velmi přínosné, statisticky relevantní a ukazuje na dobře zvládnutý proces gamifikace navržené aplikace. Realizace zpětné vazby při rozeslání školám a samotný postup jejího sběru, kde zmínka o jedné zpětné vazbě od paní učitelky ukazuje v této fázi na poněkud vágnější přístup k testování. Některé výsledky by také měly být detailněji interpretovány, například dominance uživatelů z prvního stupně. Samotný způsob získávání zpětné vazby uživatelů (kapitola 6.4) pak ukazuje na rezervy v metodických znalostech v této oblasti; je to škoda, protože autor měl k dispozici velké množství uživatelů a strukturovanější zpětná vazba (například tvrzení s využitím Likertovy škály) by přinesla lepší informace. Kvalitativní hodnocení učitelské části je nicméně zpracováno přínosně.

95
Využitelnost výsledků

Práce kombinuje jak existující postupy, tak vlastní autorské prvky a úspěšně ověřila funkčnost navržených gamifikačních prvků v praxi. Celý koncept je dobře použitelný a technicky plně funkční. Ještě by bylo potřeba koncepčně lépe analyzovat uživatelské potřeby i procesy a těmto poznatkům následně adaptovat GUI. Výsledné řešení je nicméně funkčním a velmi dobře připraveným základem pro případné budoucí praktické nasazení.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno a práce obsahuje podstatná rozšíření

Předložená práce splňuje všechny body zadání, a to většinou velmi pečlivě a do hloubky. Určitý prostor pro zlepšení by se mohl nacházet v části zaměřené na uživatelskou zkušenost, kterou by bylo možné zpracovat ještě o něco lépe. Jednotlivé body zadání jsou nicméně v detailu značně komplexní a autor je řešil kvalitně a odborně. Výsledné řešení navíc obsahuje i část určenou pro učitele, což jde podstatně nad rámec původních požadavků. 

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Všechny části technické zprávy jsou informačně relevantní. Text by ale mohl být stručnější, neboť se informace v kapitlách často opakují v úvodech, vlastní stati i ve shrnutích (jak slovních, tak v tabulce), kvůli čemuž mohou závěrečné kapitoly působit spíše nadbytečně.

Práce s literaturou

Vlastní postupy a návrhy jsou v práci dobře odděleny od převzatých znalostí a autor se opírá o širokou škálu relevantních studijních zdrojů. Autor ale měl využít i doporučenou literaturu, což by mohlo vést k lepší analýze uživatelských potřeb a revizi návrhu GUI.

80
Topics for thesis defence:
  1. Šlo by pro kontrolu správnosti vygenerované úlohy využít LLM? Jak byste to udělal?
  2. Jak si vysvětlujete dominanci uživatelů prvního stupně? Mají jiné potřeby od žáků druhého stupně? Co jiného toto mohlo ovlivnit?
  3. Proč se záznam mluveného slova ukládá po převodu na textovou odpověď do cloudu?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová