Khóa luận Hệ thống học thích nghi dựa trên kiến thức

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Huyên HỆ THỐNG HỌC THÍCH NGHI DỰA TRÊN KIẾN THỨC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Việt Anh HÀ NỘI - 2009 ii TÓM TẮT NỘI DUNG Khoá luận có kết cấu gồm các phần như sau: Đầu tiên trình bày khái quát về đề tài của khoá luận: lý do lựa chọn đề tài, phạm vi, phương pháp thực hiện. Tiếp theo trình bày khái quát khái niệm về đào tạo điện tử, các đặc điểm của đào tạo điện tử. Vài nét phác thảo về lịch sử các thời kỳ phát triển của E-learning, cũng như xu hướng phát triển trong giai đoạn hiện nay cũng được đề cập. Sau đó trình bày lý thuyết về hoạt động thích nghi, cụ thể là trả lời cho câu hỏi “Thích nghi cái gì?” và “Cái gì có thể được thích nghi?”. Đây chính là cơ sở cho việc xây dựng mô hình học thích nghi. Tiếp theo trình bày các tìm hiểu về mô hình học thích nghi ACGS (Adaptive Course Generation System). Đây là phần lý thuyết, bao gồm các khái niệm cơ bản, các thành phần cơ bản của mô hình. Sau đó trình bày một cách để triển khai thực tế mô hình. Cách thiết kế cơ sở dữ liệu, thuật toán, công nghệ được trình bày cụ thể, rõ ràng để có thể xây dựng một hệ thống sinh khoá học thích nghi thực sự. Phần kết luận nêu những kết quả chính và đánh giá kết quả đạt được. Phần tài liệu tham khảo liệt kê các bài báo, các tài liệu có liên quan trong quá trình làm khoá luận. iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản khóa luận này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, thạc sĩ Nguyễn Việt Anh đã tận tụy hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình làm khóa luận. Đồng thời em xin được cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã cho em có được nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, gia đình, và người thân, những người đã luôn luôn là chỗ dựa vững chắc nhất. iv Mục lục Mở đầu ....................................................................................................................................... 1 1. Tổng quan E-learning.............................................................................................................. 3 1.1. Khái niệm và lợi ích của E–learning ................................................................................. 3 1.1.1. Khái niệm .................................................................................................................. 3 1.1.2. Các đặc điểm chung của E-learning ........................................................................... 3 1.1.3. Lợi ích của E-learning ............................................................................................... 4 1.2. Quá trình hình thành và phát triển..................................................................................... 5 1.2.1. CBT (Computer Based Training) ............................................................................... 5 1.2.2. WBT (Web based Training)...................................................................................... 5 1.2.3. Chuẩn hóa E-learning ................................................................................................ 6 1.2.4. Sắp xếp và điều hướng E-learning.............................................................................. 6 1.3. Xu thế phát triển............................................................................................................... 7 2. Thích nghi siêu phương tiện .................................................................................................... 9 2.1. Tổng quan ........................................................................................................................ 9 2.1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 9 2.1.2. Phương thức và kỹ thuật .......................................................................................... 10 2.1.3. Ở đâu và tại sao AH có thể hữu ích .......................................................................... 11 2.2. Thích nghi cái gì............................................................................................................. 14 2.2.1. Kiến thức ................................................................................................................. 14 2.2.2. Mục tiêu .................................................................................................................. 15 2.2.3. Nền tảng và kinh nghiệm ......................................................................................... 16 2.2.4. Sở thích ................................................................................................................... 16 2.3. Cái gì có thể được thích nghi trong AH .......................................................................... 17 2.3.1. Thích nghi trình bày ................................................................................................ 17 2.3.2. Thích nghi trợ giúp điều hướng................................................................................ 18 3. Mô hình hệ thống học thích nghi ACGS [10] ........................................................................ 20 3.1. Các cấu trúc biểu diễn .................................................................................................... 20 3.1.1. Mô hình người học .................................................................................................. 21 3.1.2. Mô hình khái niệm................................................................................................... 21 3.1.3. Mô hình kiến thức phủ ............................................................................................. 22 3.1.4. Mô hình công việc ................................................................................................... 22 3.1.5. Mô hình miền khoá học ........................................................................................... 24 3.2. Mô hình mạng Bayes...................................................................................................... 26 3.2.1. Giới thiệu chung về mạng Bayes.............................................................................. 26 3.2.2. Sử dụng mạng Bayes trong hoạt động thích nghi ..................................................... 26 3.3. Thích nghi hoạt động học ............................................................................................... 29 v 4. Cài đặt thử nghiệm ................................................................................................................ 30 4.1. Tìm hiểu yêu cầu ............................................................................................................ 30 4.2. Phân tích thiết kế cơ sở dữ liệu ....................................................................................... 31 4.3. Môi trường phát triển ..................................................................................................... 35 4.3.1. Apache .................................................................................................................... 35 4.3.2. MySQL ................................................................................................................... 35 4.3.3. Java ......................................................................................................................... 36 4.3.4. Netica [6]................................................................................................................. 36 4.4. Cấu trúc và hoạt động của các trang web ........................................................................ 38 4.5. Thử nghiệm .................................................................................................................... 39 4.5.1. Dữ liệu thử nghiệm .................................................................................................. 39 4.5.2. Kết quả thử nghiệm ................................................................................................. 41 4.5.3. Đánh giá kết quả...................................................................................................... 42 Kết luận .................................................................................................................................... 43 Tài liệu tham khảo .................................................................................................................... 44 1 Mở đầu Hiện nay, phương pháp đào tạo điện tử E-learning đã trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều mô hình đào tạo khác nhau. Sở dĩ như vậy là do E-learning cung cấp những khoá học sinh động, phong phú (như có thể áp dụng đa phương tiện) so với cách học truyền thống. Ngoài ra, E-learning còn tận dụng được những ưu điểm của mạng Internet. E-learning là thế hệ tiếp theo của cách học truyền thống. Vậy, sau E- learning sẽ là gì? Có thể đó chính là cách học thích nghi. Đề tài này đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Học thích nghi có nghĩa là tiến tới việc tạo ra các khoá học thích nghi, phù hợp với nhu cầu và trình độ của người học. Những người khi tham gia vào khóa học trực tuyến không phải ai cũng như ai. Mỗi người học có mục đích học tập khác nhau, có trình độ khác nhau, có sở thích khác nhau, có cách tiếp thu kiến thức cũng khác nhau. Do đó, một khoá học có khi là phù hợp đối với người này nhưng lại không phù hợp đối với người khác. Ví dụ, một khoá học với độ khó vừa phải sẽ tốt cho một người chưa có kinh nghiệm, nhưng lại chán ngắt và buồn tẻ với một người đã thành thạo với vấn đề đó. Nhu cầu của từng người học khi tham gia hệ thống là khác nhau. Liệu hệ thống có thể đưa ra các khóa học phù hợp với từng người học? Làm sao để đáp ứng nhu cầu của từng người học, đặc biệt là các khoá học trực tuyến với rất nhiều người tham gia. Học thích nghi là kiểu đầu tiên và phổ biến nhất của thích nghi siêu phương tiện. Nhiều người đã tập trung nghiên cứu, phát triển các mô hình học thích nghi và đã thu được các kết quả nhất định. Bạn có thể tham khảo một số hệ thống như ELM-ART của Gerhard Weber, InterBook của Peter Brusilovsky, Personal Reader của Nicola Henze, AHA! của Paul de Bra [12]. Khoá luận “Hệ thống sinh khoá học thích nghi dựa trên kiến thức ” được chọn với bốn mục tiêu sau: 1. Tìm hiểu về E-learning 2. Tìm hiểu học thích nghi 3. Nghiên cứu mô hình ACGS 4. Phân tích thiết kế và cài đặt thử nghiệm mô hình ACGS 2 Khoá luận sẽ đi từ những cái cơ bản nhất để làm nền móng cho những cái tiếp theo. Những kiến thức chung, phổ biến, dễ hiểu sẽ được trình bày một cách ngắn gọn. Tuy nhiên, nó vẫn cần thiết phải đưa ra ở đây để chúng ta có được một cái nhìn tổng quan, hệ thống. 3 1. Tổng quan E-learning E-learning (Giáo dục trực tuyến) là phương thức học ảo thông qua một máy vi tính nối mạng đối với một máy chủ ở nơi khác có lưu giữ sẵn giáo trình và phần mềm cần thiết để có thể hỏi/yêu cầu/ra đề cho học viên học trực tuyến từ xa. Các cá nhân hay các tổ chức đều có thể tự lập ra một trường học trực tuyến (E-school), mà nơi đó vẫn nhận đào tạo học viên, đóng học phí và có các bài kiểm tra như các trường học khác [12]. 1.1. Khái niệm và lợi ích của E–learning 1.1.1. Khái niệm Khái niệm E-learning hay đào tạo điện tử đã được rất nhiều học giả và các nhà nghiên cứu về giáo dục đưa ra, mỗi khái niệm lại thể hiện những đặc trưng riêng của E- learning. Dưới đây là một số định nghĩa được nhiều nhà nghiên cứu công nhận và sử dụng:  E-learning là quá trình học tập có sự trợ giúp của công nghệ Web và Internet (William Horton).  E-learning là một thuật ngữ dùng để mô tả việc học tập, đào tạo dựa trên công nghệ thông tin và truyền thông (Compare Infobase Inc).  E-learning là quá trình học tập hay đào tạo được chuẩn bị, truyền tải hoặc quản lý sử dụng nhiều công cụ của công nghệ thông tin, truyền thông khác nhau và được thực hiện ở mức cục bộ hay toàn cục (MASIE Center). 1.1.2. Các đặc điểm chung của E-learning Tuy có nhiều cách hiểu khác nhau, nhưng nói chung E-learning có những đặc điểm sau:  Dựa trên công nghệ thông tin và truyền thông. Cụ thể hơn là công nghệ mạng, kĩ thuật đồ họa, kĩ thuật mô phỏng, công nghệ tính toán…  Hiệu quả của E-learning cao hơn so với cách học truyền thống do E-learning có tính tương tác cao dựa trên multimedia, tạo điều kiện cho người học trao 4 đổi thông tin dễ dàng hơn, cũng như đưa ra nội dung học tập phù hợp với khả năng và sở thích của từng người. E-learning sẽ trở thành xu thế tất yếu trong nền kinh tế tri thức. Hiện nay, E-learning đang thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nước trên thế giới với rất nhiều tổ chức, công ty hoạt động trong lĩnh vực E-learning ra đời. 1.1.3. Lợi ích của E-learning E-learning có các lợi ích sau mà phương pháp học truyền thống không có:  Giảm chi phí. E-learning thường là một giải pháp tiết kiệm trong chi phí đào tạo, ví dụ: chi phí cho việc thuê các phòng học so với chi phí đào tạo trực tuyến. Mặc dù chi phí để phát triển nó thì đắt, nhưng thực hiện đào tạo thì lại rẻ, đặc biệt là với số lượng lớn người tham gia khoá đào tạo, thì chi phí sẽ giảm xuống nhiều.  Tiết kiệm thời gian từ 25-50% hoặc nhiều hơn.  Kiến thức thu được tương đương hoặc tốt hơn so với học thông thường. Nhưng quan trọng hơn, E-learning có thể mang đến một số lợi ích về tài chính cho các tổ chức trong các việc như:  Tăng cường thu hút nhân lực - nhiều người cho biết việc thiếu đào tạo và đầu tư vào họ là nguyên nhân cho việc ra đi của họ- tỉ lệ thay đổi nhân sự trong công nghiệp là khoảng 1-3% và vì thế sẽ làm doanh thu cũng giảm theo.  Đáp ứng các nhu cầu của khách hàng - đôi khi lên đến 10-15%.  Nâng cao năng suất - do việc tăng trình độ nghề nghiệp cho công nhân đã dẫn đến việc giảm các lỗi không đáng có. Chính vì những lợi ích trên mà E-learning ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp từ quy mô nhỏ đến các doanh nghiệp quy mô lớn và trong giáo dục đại học. 5 1.2. Quá trình hình thành và phát triển Cùng với thời gian, nhờ sự đóng góp tích cực của cộng đồng những người quan tâm và yêu thích, E-learning đã phát triển từng bước qua các giai đoạn khác nhau. 1.2.1. CBT (Computer Based Training) Đây là hình thức đào tạo dựa trên máy tính. Học viên chỉ cần mua phần mềm đào tạo và có thể tự học bất cứ thời gian và địa điểm nào phù hợp với nhu cầu của họ. Khi tham gia vào hình thức đào tạo này, học viên phải phát huy tính độc lập, khả năng tự học ở mức tối đa. Học viên cũng không có bạn bè để trao đổi và giáo viên để hỏi thêm. Đây là phương pháp tiết kiệm chi phí và mang lại hiệu quả cao đối với những môn học cần hiệu ứng của công nghệ thông tin như tiếng anh, tin học. Tuy nhiên, quá trình tiếp xúc với màn hình máy tính trong một thời gian dài sẽ gây ra cảm giác buồn tẻ, chán nản cho học viên. Không có thầy giáo, lớp học, bạn học đồng nghĩa với việc không có tranh đua, mất đi một động lực để học viên học tập hết mình. Những yếu tố này làm giảm đáng kể hiệu quả và chất lượng đào tạo. 1.2.2. WBT (Web based Training) Đây là hình thức đào tạo dựa trên công nghệ web. WBT đã hội tụ những thế mạnh của đào tạo truyền thống và CBT cũng như khắc phục những điểm yếu trong cả hai phương thức này. Sự phát triển của công nghệ thông tin và mạng internet đã tạo ra một viễn cảnh mới cho công nghệ E-learning. Trên thế giới đã có nhiều tổ chức triển khai các lớp học trực tuyến. Trong đó, học viên được tham gia vào một môi trường ảo, mô phỏng đầy đủ tính chất của một lớp học truyền thống (có thầy giáo, bạn học, bảng đen, phấn trắng, các cuộc thảo luận,…) mà vẫn tận dụng được những thế mạnh của E-learning. Chỉ cần một máy tính nối mạng Internet, học viên có thể tham gia lớp học vào bất cứ thời điểm nào, ở bất cứ nơi đâu. Những khó khăn mà một số học viên thường gặp khi tham gia đào tạo truyền thống như phân biệt đối xử, phân biệt màu da không còn tồn tại trong E- learning. Những nhược điểm của CBT như buồn tẻ hay nhàm chán cũng được khắc phục với các lớp học ảo của WBT. Với rất nhiều lợi thế, WBT đang hỗ trợ và dần chiếm lĩnh vị trí của đào tạo truyền thống, đẩy mạnh quá trình phát triển E-learning về bề rộng. 6 1.2.3. Chuẩn hóa E-learning Kĩ thuật WBT phát triển tạo đà đưa E-learning vào hệ thống giảng dạy của các trường đại học, các tổ chức, đơn vị trên thế giới. Rất nhiều LMS (Learning Management System – hệ quản trị học tập), LCMS (Learning Management System – hệ quản trị nội dung) đã ra đời với những kho nội dung riêng biệt. Lúc này, một số tổ chức muốn sử dụng lại nội dung của tổ chức khác trên chính LMS của mình. Tuy nhiên, với những LMS có cấu trúc khác nhau thì điều này là không thể. Do đó, vấn đề tạo ra các bài giảng theo một quy tắc chung có khả năng tương thích với các LMS, LCMS hỗ trợ quy tắc đó được quan tâm và triển khai. Một số chuẩn nội dung đã được đưa ra và được sử dụng phổ biến trên thế giới như: IMS (Instructional Management Systems), AICC (Aviation Industry CBT Committee) và đặc biệt là chuẩn SCORM (Sharable Content Object Reference Model). Trong đó, SCORM là chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất do ADL (Advance Distributed Learning) đã kết hợp các đặc tả của các chuẩn phổ biến trên thế giới để đưa ra đặc tả của SCORM. Việc xây dựng nội dung theo chuẩn cũng rất quan trọng để tạo ra một trung tâm cung cấp nội dung học chung trên thế giới. 1.2.4. Sắp xếp và điều hướng E-learning Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, đòi hỏi của người học với E- learning tăng lên, các hệ thống E-learning thì linh động và hiệu quả hơn. Ý tưởng xây dựng các khóa học động trên công nghệ E-learning đã trở thành xu hướng và mục tiêu phát triển của E-learning thế kỉ 21. Khóa học động là các khóa học mà nội dung học luôn được cập nhật trong quá trình đào tạo và được định hướng theo yêu cầu, trình độ của người học. Ý tưởng này đã được hiện thực hóa ở một số tổ chức, nhưng chưa đồng bộ và chưa thực sự hiệu quả. Các chuẩn nội dung cũng được cập nhật liên tục để phù hợp với yêu cầu mới. Với chuẩn SCORM 2004, ADL đã đưa ra các giải pháp có tính hệ thống và khả năng thực thi cao. Tuy nhiên, hiện nay chuẩn SCORM cũng như hầu hết các chuẩn khác đang trong quá trình cập nhật, nâng cấp và nghiên cứu để phù hợp những yêu cầu luôn biến đổi của kĩ thuật E-learning. Mỗi phiên bản sau của chuẩn lại không tương thích với phiên bản trước. Do tính bất ổn định đó, việc áp dụng các chuẩn vào điều hướng và sắp xếp cho mỗi hệ thống cần có quá trình tìm hiểu, phân tích sâu sắc về đòi hỏi thực tế của hệ thống E-learning với những đặc tính của mỗi chuẩn để đưa ra quyết định thích hợp. 7 Phát triển E-learning là phương thức nâng cao chất lượng của giáo dục đào tạo rất hiệu quả. Ngoài ra, E-learning còn là giải pháp kinh tế cho giáo dục và đào tạo tương lai. Nó làm giảm đáng kể các loại chi phí liên quan đến quá trình đào tạo như chi phí đi lại, tài liệu, chi phí sinh hoạt,.. tiết kiệm thời gian và kích thích sự hứng thú của học viên. 1.3. Xu thế phát triển E-learning được tập trung phát triển ở hai khía cạnh: phát triển nội dung (Learning Content Management System – Hệ quản trị nội dung học tập) và phát triển về hệ thống (Learning Management System – Hệ quản trị học tập). Điều đó khiến cho E-learning đi theo 3 xu hướng:  Xây dựng khóa học điện tử hoàn chỉnh: Phát triển về mặt hệ thống, xây dựng LMS để phát triển mô hình WBT toàn diện, từ đó tạo ra các khóa học trực tuyến hoàn chỉnh, độc lập. Để tăng thêm hiệu quả cho những LMS này, nội dung các bài giảng phải dễ hiểu, dễ truyền đạt, sử dụng đa phương tiện để tăng chất lượng đào tạo.  Xây dựng khóa