Khóa luận Nghiên cứu triển khai hệ thống học thích nghi theo nhu cầu mục tiêu học tập trong đào tạo điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Đình Thọ NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI HỆ THỐNG HỌC THÍCH NGHI THEO NHU CẦU MỤC TIÊU HỌC TẬP TRONG ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công Nghệ Thông Tin HÀ NỘI - 2009 Lời cảm ơn ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Đình Thọ NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI HỆ THỐNG HỌC THÍCH NGHI THEO NHU CẦU MỤC TIÊU HỌC TẬP TRONG ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công Nghệ Thông Tin Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Việt Anh HÀ NỘI - 2009 Lời cảm ơn Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Nguyễn Việt Anh, em thực sự cảm động trước sự nhiệt tình và tinh thần làm việc hăng say của thầy, cảm ơn thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân của em, những người luôn sát cánh bên em trong suốt quá trình học tập, cũng như trong thời gian hoàn thành khóa luận. Họ luôn là nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em thành công trong công việc và cuộc sống. Tóm tắt nội dung khóa luận E-learning là hình thức đào tạo dựa trên sự trợ giúp của công nghệ. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, E-learning ngày càng lớn mạnh và chứng tỏ ưu thế so với đào tạo truyền thống. Khi E-learning phát triển và được phổ biến rộng rãi, người ta bắt đầu quan tâm tới các giải pháp làm tăng hiệu quả và chất lượng đào tạo trong E-learning. Mở đầu khóa luận trình bày tổng quan về elearning, các khái niệm, đặc trưng. Tìm hiểu về học thích nghi, các cơ chế học thích nghi theo mục tiêu và nhu cầu. Tiếp theo khóa luận tập trung tìm hiểu mô hình tạo khóa học thích nghi ACGS [3] dựa trên các thông tin về người học như kiến thức, kỹ năng, sở thích ….Cuối cùng dựa vào những kiến thức đã nghiên cứu tiến hành phân tích, thiết kế, cài đặt thử nghiệm mô hình ACGS. Mục lục Mở đầu........................................................................................................................ - 1 -  Chương 1 Tổng quan về elearning ............................................................................. - 2 -  1.1  Khái niệm...................................................................................................... - 2 -  1.1.1 E-learning .................................................................................................. - 3 -  1.1.2 Lịch sử phát triển của e-learning[1]: ......................................................... - 4 -  1.1.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp E-learning....................................... - 5 -  1.2 Đặc trưng .......................................................................................................... - 6 -  1.3 Tình hình ứng dụng[1]...................................................................................... - 7 -  1.3.1 Xu thế phát triển ........................................................................................ - 7 -  1.3.2 Tình hình phát triển và ứng dụng E-Learning trên thế giới ...................... - 8 -  1.3.3 Tình hình phát triển và ứng dụng E-Learning ở Việt Nam ....................... - 9 -  Chương 2 Học thích nghi theo mục tiêu nhu cầu ..................................................... - 11 -  2.1 Học thích nghi ................................................................................................ - 11 -  2.1.1 Khái niệm học thích nghi ........................................................................ - 11 -  2.1.2 Mục tiêu của học thích nghi .................................................................... - 12 -  2.1.3 Thuộc tính của người học dùng để thiết kế sự thích nghi[2]................... - 12 -  2.1.4 Phương pháp xây dựng khóa học thích nghi [2] ..................................... - 13 -  2.1.5 Các kỹ thuật xây dựng khóa học thích nghi[2] ....................................... - 14 -  2.2 Tìm hiểu mô hình học thích nghi theo nhu cầu người học ACGS[3] ........... - 16 -  2.2.1 Tổng Quan ............................................................................................... - 16 -  2.2.2 Kiến trúc của hệ thống............................................................................. - 16 -  2.2.3 Quy trình lựa chọn Best Learning Path ................................................... - 20 -  2.2.4 Ưu nhược điểm của mô hình ................................................................... - 25 -  Chương 3 Triển khai thử nghiệm ............................................................................. - 26 -  3.1 Phân tích thiết kế ............................................................................................ - 26 -  3.1.1 Mô tả chung............................................................................................. - 26 -  3.1.2 Tổng quan mô hình hệ thống................................................................... - 26 -  3.1.3 Thiết kế hệ thống ..................................................................................... - 27 -  3.1.4 Quy trình hoạt động của hệ thống ........................................................... - 38 -  3.2 Kết quả thử nghiệm ........................................................................................ - 39 -  Chương 4 Kết luận.................................................................................................... - 40 -  Tài liệu tham khảo .................................................................................................... - 41 -  Phụ Lục..................................................................................................................... - 42 -  Phụ Lục 1 : Giao diện tương tác ứng dụng........................................................... - 42 -  Phụ Lục 2 : Gới thiệu công cụ Netica[9].............................................................. - 47 -  2.1 Giới thiệu công cụ Netica........................................................................... - 47 -  2.2. Các thao tác với mạng Bayes của chương trình ........................................ - 48 -  2.3. Sử dụng công cụ Netica trong chương trình.............................................. - 48 -  Phụ Lục 3 : Một số module thuật toán ................................................................. - 50 -  Bảng chú giải một số cụm từ viết tắt ACGS Adaptive Course Generation System AH Adaptive Hypermedia BBN Bayesian Belief Network BB Bayesian Belief LO Learning Object - 1 - Mở đầu Nhu cầu học tập, tìm hiểu, khám phá kiến thức của con người ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào đã thúc đẩy elearning phát triển. Elearning không chỉ giúp cho việc học tập được thuận tiện, hiệu quả mà còn rút ngắn thời gian đào tạo, tiết kiệm thời gian, công sức, xóa đi khoảng cách, giúp mọi người lại gần nhau hơn. Khóa luận này tập trung vào việc tìm hiểu các khái niệm phổ biến trong elearning, học thích nghi. Từ đó phân tích, thiết kế, cài đặt thử nghiệm mô hình tạo khóa học thích nghi ACGS [3] dựa trên các thông tin về người học như kiến thức, kỹ năng, sở thích… Cấu trúc của khóa luận như sau Chương 1 trình bày tổng quan về elearning bao gồm những khái niệm cơ bản trong elearning, các đặc trưng, vai trò của elearning. Tóm lược lịch sử các giai đoạn phát triển của elearning, cũng như xu hướng phát triển trong giai đoạn hiện nay. Chương 2 trình bày các khái niệm tổng quan về học thích nghi, nội dung của mô hình tạo khóa học thích nghi theo nhu cầu của mô hình ACGS [3]. Chương 3 trình bày các kết quả phân tích, thiết kế, cài đặt thử nghiệm mô hình đã tìm hiểu trong chương 2. Chương 4 tổng kết, đánh giá các kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án, ưu nhược điểm của mô hình đã triển khai. Hà Nội, Tháng 5 Năm 2009 Sinh viên Vũ Đình Thọ - 2 - Chương 1 Tổng quan về elearning 1.1 Khái niệm E-learning là phương pháp giáo dục đào tạo mới được các nhà chuyên môn đánh giá là cuộc cách mạng trong giáo dục thế kỷ 21. Đây là giải pháp sử dụng công nghệ cao để hỗ trợ quá trình học tập, cung cấp các dịch vụ đào tạo qua mạng Internet hoặc Intranet cho người dùng. Có nhiều quan điểm, định nghĩa khác nhau về e-Learning, dưới đây sẽ trích ra một số định nghĩa e-Learning đặc trưng nhất : • E-Learning là sử dụng các công nghệ Web và Internet trong học tập (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 nghĩa là việc 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). • Việc học tập được truyền tải hoặc hỗ trợ qua công nghệ điện tử. Việc truyền tải qua nhiều kĩ thuật khác nhau như Internet, TV, video tape, các hệ thống giảng dạy thông minh, và việc đào tạo dựa trên máy tính ( CBT ) ( Sun Microsystems, Inc ). • Việc truyền tải các hoạt động, quá trình, và sự kiện đào tạo và học tập thông qua các phương tiện điện tử như Internet, intranet, extranet, CD-ROM, video tape, DVD, TV, các thiết bị cá nhân... ( e-learningsite). • "Việc sử dụng công nghệ để tạo ra, đưa các dữ liệu có giá trị, thông tin, học tập và kiến thức với mục đích nâng cao hoạt động của tổ chức và phát triển khả năng cá nhân." (Định nghĩa của Lance Dublin, hướng tới e-learning trong doanh nghiệp). Ưu điểm của E-Learning so với các phương pháp giáo dục truyền thống là tạo ra một môi trường học tập mở và tính chất tái sử dụng các đơn vị tri thức (learning object). Với công nghệ này, quá trình dạy và học sẽ hiệu quả và nhanh chóng hơn, giảm chi phí và thời gian đào tạo với phương pháp giảng dạy truyền thống. E-learning chuyển tải nội dung phong phú, ấn tượng và dễ hiểu thông qua trang web, bảo đảm chất lượng đào tạo qua những phần mềm quản lý. Mô hình này cho phép học viên cũng như nhân viên tại các công ty chọn học những thứ cần thiết chứ không bó - 3 - buộc như trước. Học viên có thể học bất cứ lúc nào ở bất cứ nơi đâu chỉ cần thông qua mạng mà không cần phải đến trường. Hiện nay, E-Learning đang phát triển rất nhanh trên phạm vi toàn cầu. Nó mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc đào tạo nguồn nhân lực. Vì vậy e-learning thu hút sự quan tâm của các tổ chức trong đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục. 1.1.1 E-learning[1] E-learning (electronic learning): Là thuật ngữ bao hàm một tập hợp các ứng dụng và xử lí thông qua các phương tiện điện tử . Trong đó bao gồm việc phân phối nội dung các khoá học tới học viên qua Internet, mạng intranet/extranet (LAN/WAN), băng audio và video, vệ tinh, truyền hình, CD-ROM, và các loại điện tử khác. Hình 1 Mô hình E-learning[1] Hình 1 mô tả một cách tổng quát khái niệm E-learning.Trong mô hình này, hệ thống đào tạo bao gồm 4 thành phần, toàn bộ hoặc một phần của những thành phần này được chuyển tải tới ứng viên thông qua các phương tiện truyền thông điện tử. Gồm có: ¾ Nội dung: Các nội dung đào tạo, bài giảng được thể hiện dưới dạng các phương tiện truyền thông điện tử, đa phương tiện. Ví dụ các bài giảng viết bằng toolbookII,… ¾ Phân phối: Việc phân phối các nội dung đào tạo được thực hiện thông qua các phương tiện điện tử. Ví dụ tài liệu được gửi cho học viên bằng e-mail, học viên học trên website, học qua đĩa CD-Rom multimedia,… ¾ Quản lý: Quá trình quản lý được thực hiện hoàn toàn nhờ phương tiện truyền thông. Ví dụ như đăng ký học qua mạng, bằng tin nhắn SMS, theo dõi tiến độ học tập (điểm danh) qua mạng Internet,.. - 4 - ¾ Hợp tác: Sự hợp tác, trao đổi của ứng viên trong quá trình học tập cũng được thông qua phương tiện truyền thông. Ví dụ như việc trao đổi thảo luận thông qua chat, Forum trên mạng,… Tóm lại, E-learning được hiểu một cách chung nhất là Quá trình học thông qua các phương tiện điện tử. Ngày nay, với sự phát triển của máy tính và truyền thông E- learning được hiểu là quá trình học thông qua mạng Internet và công nghệ Web. 1.1.2 Lịch sử phát triển của e-learning[1]: Trước năm 1983: Kỷ nguyên giảng viên làm trung tâm Trước khi máy tính được sử dụng rộng rãi, phương pháp giáo dục “Lấy giảng viên làm trung tâm” là phương pháp phổ biến nhất trong các trường học. Học viên chỉ có thể trao đổi tập trung quanh giảng viên và các bạn học. Đặc điểm của loại hình này là giá thành đào tạo rẻ. Giai đoạn 1984-1993: Kỷ nguyên đa phương tiện Hệ điều hành Windows 3.1, máy tính Macintosh, phần mềm trình diễn powerpoint là các công nghệ cơ bản trong kỷ nguyên đa phương tiện. Nó cho phép tạo ra các bài giảng tích hợp hình ảnh và âm thanh trên máy tính sử dụng công nghệ CBT phân phối qua đĩa CD-ROM hoặc đĩa mềm. Vào bất kỳ thời gian nào, ở đâu, ứng viên cũng có thể mua và học. Tuy nhiên sự hướng dẫn của giảng viên là rất hạn chế. Giai đoạn : 1994-1999: Làn sóng E-learning thứ nhất Khi công nghệ Web ra đời, các nhà cung cấp dịch vụ đào tạo bắt đầu nghiên cứu cách thức cải tiến phương pháp giáo dục bằng công nghệ này. Người thầy thông thái đã dần lộ rõ thông qua các phương tiện: E-mail, CBT(Computer Based Training),qua Intranet với text và hình ảnh đơn giản. Đào tạo bằng công nghệ WEB với hình ảnh chuyển động tốc độ thấp đã được triển khai trên diện rộng. Giai đoạn : 2000-2005: Làn sóng E-learning thứ hai Các công nghệ tiên tiến bao gồm JAVA và các ứng dụng mạng IP, công nghệ truy cập mạng và băng thông Internet được nâng cao, các công nghệ thiết kế Web tiên tiến đã trở thành một cuộc cách mạng trong giáo dục đào tạo.Thông qua Web giáo viên có thể kết hợp hướng dẫn trực tuyến (hình ảnh, âm thanh, các công cụ trình diễn) tới mọi ứng viên, nâng cao hơn chất lượng đào tạo. Công nghệ Web đã chứng tỏ khả năng mang lại hiệu quả cao trong giáo dục đào tạo, cho phép đa dạng hoá các môi trường học tập. Tất cả - 5 - những điều đó tạo ra một cuộc cách mạng trong đào tạo với giá thành rẻ, chất lượng và hiệu quả. 1.1.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp E-learning Ưu điểm Nhược điểm Có thể học bất cứ lúc nào, tại bất kỳ nơi đâu. Kỹ thuật phức tạp. Trước khi có thể bắt đầu khoá học, người học phải thông thạo các kỹ năng mới. Không phải đi lại nhiều và không phải nghỉ việc. Học viên có thể tiết kiệm chi phí đi lại tới nơi học. Đồng thời, người học có thể dễ dàng điều chỉnh thời gian học phù hợp với thời gian làm việc của mình. Chi phí kỹ thuật cao: Để tham gia học trên mạng, học viên phải cài đặt Turbo trên máy tính của mình, tải và cài đặt các chức năng Plug-ins, và kết nối vào mạng. Có thể tự quyết định việc học của mình. Học viên chỉ học những gì mà họ cần. Việc học có thể buồn tẻ. Một số học viên sẽ cảm thấy thiếu quan hệ bạn bè và sự tiếp xúc trên lớp. Khả năng truy cập được nâng cao. Việc tiếp cận những khoá học trên mạng được thiết kế hợp lý sẽ dễ dàng hơn đối với những người không có khả năng nghe, nhìn; những ứng viên ngoại ngữ hai; và những người không có khả năng học như người bị mắc chứng khó đọc. Yêu cầu ý thức cá nhân cao hơn: Việc học qua mạng yêu cầu bản thân học viên phải có trách nhiệm hơn đối với việc học của chính họ. Một số người sẽ cảm thấy khó khăn trong việc tạo ra cho mình một lịch học cố định. - 6 - 1.2 Đặc trưng Để hiểu rõ hơn về vai trò của Elearning trong việc học hiện nay chúng tôi xin trích một câu nói của Bill Gates : “Information technology will bring mass customization to learning too....Workers will be able to keep up to date on techniques in their field. People anywhere will be able to take the best courses taught by the greatest teachers.” Ö Có thể dịch là “ Công nghệ thông tin sẽ làm thay đổi rất lớn việc học của chúng ta. Những người công nhân sẽ có khả năng cập nhật các kĩ thuật trong lĩnh vực của mình. Mọi người ở bất cứ nơi đâu sẽ có khả năng tham gia các khóa học tốt nhất dạy bởi các giáo viên giỏi nhất.” Nếu công nghệ thông tin đạt tới đỉnh điểm của nó thì thật là tuyệt vời. Ngay tại Việt Nam, chúng ta cũng có thể tham gia các khóa học bên Mĩ với thầy giáo giỏi nhất. Các đặc trưng của e-Learning : • Là công nghệ 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… • Học tập sẽ dựa trên mạng Internet là chủ yếu, thông qua World Wide Web (WWW). • Sử dụng các chuẩn/đặc tả như là một thành phần kết nối tất cả các thành phần của hệ thống e-Learning. • Các kiểu trao đổi thông tin trong e-Learning o Một - Một o Một - Nhiều o Nhiều - Một o Nhiều - Nhiều • e-Learning bổ sung rất tốt cho phương pháp học truyền thống do e-Learning có tính tương tác cao dựa trên multimedia, tạo điều kiện cho người học trao 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. • Hệ thống e-Learning sẽ được tích hợp vào portal của trường học hoặc doanh nghiệp. Như vậy hệ thống e-Learning sẽ phải tương tác tốt với các hệ thống khác trong trường học như hệ thống quản lý sinh viên, hệ thống quản lý giáo viên, lịch giảng dạy…cũng như các hệ thống của doanh nghiệp như là ERP, HR… • … - 7 - 1.3 Tình hình ứng dụng[1] 1.3.1 Xu thế phát triển E-Learning được tập trung phát triển ở hai khía cạnh: phát triển các hệ thống quản trị nội dung học (LCMS), và phát triển các hệ thống quản trị học (LMS). Điều đó dẫn đến đào tạo điện tử đi theo ba xu hướng: Xây dựng khóa học điện tử hoàn chỉnh: Phát triển về mặt hệ thống, xây dựng LMS để phát triển mô hình đào tạo dựa trên công nghệ web 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 học theo chuẩn: Phát triển về mặt nội dung, nâng cấp các chuẩn nội dung, hướng tới một chuẩn phù hợp với yêu cầu chung của đào tạo điện tử thế giới và mang đầy đủ các đặc tính thỏa mãn yêu cầu của thời đại đặt ra cho đào tạo điện tử. Đó là khả năng sử dụng lại, tính tương thích, tính khả chuyển, tính thích nghi,v..v. Đây cũng là tiền đề để tạo ra trung tâm phân phối tri thức chung cho tất cả LMS, LCMS. Đến lúc đó, chi phí con người phải trả cho giáo dục và đào tạo sẽ giảm tối đa mà chất lượng, hiệu quả lại tăng rõ rệt. Xây dựng khóa học theo nhu cầu người học: Phát triển về nội dung, cộng đồng đào tạo điện tử thế giới đang xây dựng một mô hình chuẩn để sắp xếp và điều hướng nội dung học hiệu quả, tạo khóa học động phù hợp với đặc trưng của từng học viên. Trong quá trình phát triển các chuẩn nội dung, các tổ chức cũng đã đề xuất ra mô hình điều hướng và sắp xếp. Trong tương lai, khi các chuẩn nội dung phát triển đến giai đoạn ổn định và thích nghi, mô hình sắp xếp và điều hướng nội dung sẽ được chuẩn hóa và tích hợp vào chuẩn nội dung. Hiện nay, chuẩn SCORM cũng đang chỉnh sửa và nâng cấp để đáp ứng yêu cầu này, nhưng khả năng điều hướng trong SCORM vẫn chưa linh hoạt và chưa thực sự hiệu quả. - 8 - 1.3.2 Tình hình phát triển và ứng dụng E-Learning trên thế giới E-learning phát triển không đồng đều tại các khu vực trên thế giới. E-learning phát triển mạnh nhất ở khu vực Bắc Mỹ. ở châu Âu E-Learning cũng rất có triển vọng, trong khi đó châu Á lại là khu vực ứng dụng công nghệ này ít hơn. Tại Mỹ, dạy và học điện tử đã nhận được sự ủng hộ và các chính sách trợ giúp của Chính phủ ngay từ cuối những năm 90. Theo số liệu thống kê của Hội Phát triển và Đào tạo Mỹ (American Society for Training and Development, ASTD), năm 2000 Mỹ có gần 47% các trường đại học, cao đẳng đã đưa ra các dạng khác nhau của mô hình đào tạo từ xa, tạo nên 54.000 khoá học trực tuyến. Theo các chuyên gia phân tích của Công ty Dữ liệu quốc tế (International Data Corporation, IDC), cuối năm 2004 có khoản