1 Введение

Эффективное взаимодействие дошкольных организаций с семьями воспитанников является важным условием успешной реализации образовательного процесса [1]. Согласно требованиям ФГОС ДО и ФОП ДО, дошкольные учреждения должны обеспечивать участие родителей в образовательной деятельности и доступность информации о развитии ребёнка [2]. Традиционные формы коммуникации (собрания, бумажные объявления) часто недостаточно оперативны в условиях высокой занятости педагогов и родителей [3].

Распространение смартфонов и мобильного интернета создаёт предпосылки для внедрения цифровых инструментов в практику дошкольного образования [4]. Однако существующие решения (мессенджеры, соцсети) не учитывают требования конфиденциальности и структурного представления данных, а специализированные платформы нередко избыточны и дорогостоящи [5].

Решением данной проблемы стало разработанное автором мобильное приложение «Теремок» для Android — целевая, безопасная и удобная цифровая среда для всех участников образовательного процесса.

Цель исследования — разработка, тестирование и оценка готовности к внедрению мобильного приложения, автоматизирующего информационное взаимодействие в ДОО.

Задачи исследования:

— спроектировать архитектуру и ролевую модель мобильного приложения;

— реализовать основные функциональные модули и серверное REST API с применением современных технологий;

— провести функциональное, интеграционное и нагрузочное тестирование для оценки корректности, надёжности и производительности системы;

— проанализировать результаты испытаний и определить готовность приложения к опытной эксплуатации.

1. Методы и технологии разработки

1.1. Архитектура и технологический стек

Приложение «Теремок» использует современные технологии, обеспечивающие стабильную работу в условиях высокой нагрузки, простоту обновления функционала и сохранность данных при возможных сбоях.

Клиентская часть реализована на языке Java с использованием среды разработки Android Studio. В качестве базового архитектурного паттерна применен MVVM (Model-View-ViewModel), что обеспечивает четкое разделение ответственности между компонентами интерфейса, бизнес-логикой и данными. Для реализации паттерна использованы компоненты библиотеки Android Jetpack: LiveData для реактивного обновления UI, ViewModel для хранения и управления данными, связанными с UI, Room для работы с локальной базой данных и Navigation Component для организации навигации между экранами.

Серверная часть и облачная инфраструктура построены на основе платформы Google Firebase. Firebase Realtime Database выступает в качестве основного облачного хранилища, обеспечивая синхронизацию данных между всеми клиентами в реальном времени. Firebase Authentication используется для аутентификации пользователей по email и паролю, а также для разграничения прав доступа по ролям. Firebase Cloud Messaging (FCM) отвечает за рассылку push-уведомлений пользователям.

Для выполнения административных функций, требующих более сложной серверной логики (например, управление пользователями), развернут RESTful API на Node.js (Express.js), хостинг которого обеспечен на платформе Render.com.

Хранилище медиафайлов (фотографии, документы) организовано в Yandex Object Storage — S3-совместимом облачном хранилище, что позволяет эффективно управлять большими бинарными данными.

Локальное хранилище реализовано с помощью библиотеки Room, что обеспечивает работу ключевых функций приложения в режиме офлайн и сокращает трафик за счет кэширования.

1.2. Функциональные модули и ролевая модель

Приложение реализует дифференцированный доступ к функционалу через систему ролей: « Родитель», «Педагог» и «Администратор».

Модуль аутентификации и авторизации осуществляет вход пользователя в систему, проверяет учетные данные через Firebase Authentication и перенаправляет на соответствующий роли интерфейс.

Модуль профилей и данных обеспечивает персонализированный доступ к информации в зависимости от роли пользователя. Родители могут просматривать страницы закреплённых детей с актуальными данными о расписании, меню и мероприятиях. Педагоги управляют групповыми данными: редактируют расписание, меню, создают и обновляют события и новости. Администраторы через интеграцию с REST API на Render.com добавляют и редактируют пользователей, а также настраивают права доступа, что формирует гибкую систему администрирования образовательного процесса.

Модуль новостей и событий позволяет педагогам публиковать новости группы, объявления и анонсы мероприятий с прикреплением медиафайлов, которые загружаются в Yandex Object Storage.

Модуль расписания и меню предоставляет интерфейс для создания и редактирования расписания занятий и меню питания на неделю. Родители имеют возможность просматривать эти данные в режиме реального времени.

Модуль чата реализует личную и групповую коммуникацию между родителями и педагогами в реальном времени с использованием Firebase Realtime Database.

Модуль офлайн-работы реализован с использованием гибридного подхода к хранению данных: для кэширования новостей применяется локальная база данных Room, обеспечивающая надежное структурированное хранение контента, тогда как расписание, пользовательские настройки и другие служебные данные сохраняются через механизм SharedPreferences. Такое решение гарантирует доступность критически важной информации даже при отсутствии подключения к интернету, а при восстановлении сетевого соединения система автоматически выполняет синхронизацию с облачными сервисами, обеспечивая актуальность данных на всех устройствах.

2. Результаты экспериментальных исследований

Для всесторонней оценки качества и готовности приложения «Теремок» к эксплуатации был проведен комплекс экспериментальных исследований в соответствии с программой и методикой испытаний.

2.1. Функциональное тестирование

Функциональное тестирование проводилось на эмуляторах AVD и физических устройствах с Android 10–13 для проверки корректности всех функций приложения. Проверены сценарии авторизации и навигации: вход под всеми ролями с автоматическим переходом к соответствующим интерфейсам (ParentActivity, TeacherActivity, AdminActivity) и стабильной работой более чем 12 фрагментов без утечек памяти и сбоев. Тестирование операций отображения, редактирования и синхронизации данных о детях, группах, расписании и меню подтвердило корректную двустороннюю синхронизацию между клиентом, Firebase Realtime Database и локальной БД Room. В офлайн-режиме обеспечен доступ к кэшированным данным и их последующая автоматическая синхронизация после восстановления соединения. Результаты подтвердили корректную реализацию бизнес-логики, стабильность интерфейса и эффективность офлайн-механизмов.

2.2. Интеграционное тестирование

Интеграционное тестирование было направлено на проверку взаимодействия между различными компонентами системы: клиентским приложением, облачными сервисами Firebase, REST API на Render.com и Yandex Object Storage.

В ходе тестирования был успешно проверен сценарий управления пользователями для администратора, где операции добавления и редактирования пользователей через REST API корректно аутентифицировались с использованием Firebase ID Token. Также был протестирован сценарий работы с медиафайлами, в рамках которого проверена полная цепочка загрузки изображения из приложения в Yandex Object Storage с последующим отображением в ленте новостей у других пользователей без ошибок передачи или отображения файлов. Дополнительно был проверен сценарий доставки уведомлений, подтвердивший успешную отправку тестовых push-уведомлений через FCM на целевые устройства. Результаты интеграционного тестирования показали надежное взаимодействие всех компонентов распределенной системы, а реализованные механизмы обработки ошибок и повторных попыток запросов продемонстрировали устойчивость системы к временным сбоям сети.

2.3. Нагрузочное тестирование

Целью нагрузочного тестирования мобильного приложения «Теремок» была объективная оценка производительности и стабильности системы в условиях одновременной работы большого числа пользователей. Тестирование проводилось с использованием инструмента Apache JMeter 5.6.2 и включало четыре сценария с постепенным увеличением нагрузки: работу 200 пользователей в течение 2 и 4 минут, а также 300 пользователей в течение 2 и 4 минут, с имитацией типичных операций — авторизации, просмотра новостей, отправки сообщений в чат и получения расписания.

В ходе испытаний система продемонстрировала высокую производительность, обработав от 14 863 до 43 642 запросов в различных сценариях. Среднее время отклика варьировалось от 354 мс до 520 мс, что значительно ниже установленного техническим заданием предела в 5000 мс. Наиболее интенсивный сценарий тестирования, представленный на рисунке 5, демонстрирует способность системы выдерживать нагрузку от 300 пользователей в течение 4 минут. Во всех тестовых прогонах был зафиксирован нулевой процент ошибочных ответов (0,00 %), что подтверждает высокую надежность системы. Пропускная способность составила от 123,2 до 182,9 запросов в секунду, демонстрируя хорошую масштабируемость, а нагрузка на центральный процессор сервера находилась в диапазоне 68–88 %, что свидетельствует о достаточном резерве производительности для дальнейшего масштабирования.

Рис. 1. Моделирование работы 300 пользователей в течение 4 минут

Полученные результаты подтвердили, что мобильное приложение «Теремок» соответствует всем требованиям технического задания и готово к эксплуатации, стабильно обслуживая до 300 одновременных пользователей при сохранении высоких показателей производительности и надежности.

Заключение

Разработано и всесторонне протестировано мобильное приложение «Теремок» для ОС Android, предназначенное для автоматизации взаимодействия между родителями и педагогами детских садов. Приложение построено на архитектуре MVVM с использованием современных технологий (Java, Firebase, Room) и реализует ролевую модель с дифференцированным доступом. Серверная часть включает REST API с более чем 25 эндпоинтами и систему мониторинга. Комплексные испытания подтвердили стабильность интерфейса, корректную работу в офлайн-режиме и производительность под нагрузкой до 300 пользователей. Программный продукт готов к внедрению и обладает потенциалом для масштабирования.

Литература:

1. Федеральный государственный образовательный стандарт дошкольного образования (утвержден приказом Министерства образования и науки РФ от 17 октября 2013 г. № 1155, с изменениями от 21.01.2019).
2. Федеральная образовательная программа дошкольного образования (утверждена приказом Министерства просвещения РФ от 25 ноября 2022 г. № 1028).
3. СанПиН 2.2.2/2.4.1340–03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».
4. Android Developers. Официальная документация платформы Android. — URL: https://developer.android.com (дата обращения: 14.07.2025).
5. Firebase Documentation. — URL: https://firebase.google.com/docs (дата обращения: 14.07.2025).
6. Render.com Documentation. — URL: https://render.com/docs (дата обращения: 14.07.2025).
7. Yandex Object Storage. Документация. — URL: https://cloud.yandex.ru/docs/storage (дата обращения: 14.07.2025).
8. ГОСТ 34.603–92 «Информационная технология. Виды, комплектность и обозначения документов при создании автоматизированных систем».
9. ГОСТ Р 57121–2016/ISO/IEC/IEEE 29119–1:2013 «Тестирование программного обеспечения. Часть 1. Основные понятия и определения».
10. Fielding, R.T. (2000). Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures. Doctoral dissertation, University of California, Irvine.
11. Техническое задание на разработку мобильного приложения «Теремок» (внутренний документ, 2025).
12. Программа и методика предварительных комплексных испытаний приложения «Теремок» (внутренний документ, 2025).