Tìm hiểu mô hình tri thức trong việc xây dựng bài giảng điện tử

bài viết Tìm hiểu mô hình tri thức trong việc xây dựng bài giảng điện tử phân tích hình thức đào tạo thông minh nhằm xây dựng cơ chế tự động để xây dựng bài giảng phù hợp với trình độ và nhu cầu của học viên dựa trên cơ sở những thành phần bài giảng có sẵn. Mời các bạn cùng tham khảo!

TÌM HIỂU MÔ HÌNH TRI THỨC TRONG VIỆC XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ Trần Thanh San

Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Tài chính - Marketing

Email: san.tranthanh@ufm.edu.vn

Tóm tắt: Qua việc khảo sát các mô hình đào tạo hiện nay, có thể thấy các hình thức đào tạo

nổi bật như: Đào tạo từ xa, đào tạo trực tuyến, đào tạo bằng các bài giảng điện tử đã được đầu tư phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu phổ cập rộng rãi kiến thức cho mọi người Tuy nhiên, các hình thức đào tạo này vẫn còn nhiều hạn chế Vì vậy, việc xây dựng hệ thống tốn kém, xây dựng bài giảng thì đòi hỏi nhiều công sức và thời gian Ý tưởng xây dựng hệ quản lý đào tạo thông minh – ILMS (Intelligent Learning Management Systems); là sự kết hợp giữa hệ chuyên gia và hệ quản lý đào tạo (LMS) ILMS có khả năng tự động xây dựng bài giảng và khóa học mới phù hợp với nhu cầu và trình độ của học viên, qua đó khai thác hiệu quả hơn tài nguyên bài giảng điện tử

đã có, đồng thời cũng cập nhật và cung cấp thêm bài giảng điện tử mới, qua đó cũng làm cho

“kho” bài giảng điện tử ngày càng phong phú hơn Đây là một mô hình tri thức phục vụ cho việc xây dựng hệ quản lý đào tạo thông minh (ILMS) dưa theo cách tiếp cận lập luận theo kinh nghiệm (Case Base Reasoning – CBR)

Từ khóa: đào tạo thông minh, LMS, ILMS

1 TÍCH HỢP HỆ QUẢN LÝ ĐÀO TẠO VÀ HỆ CHUYÊN GIA

1.1 Hệ quản lý đào tạo (LMS) và chuẩn SCORM:

Hệ quản lý đào tạo (Learning Management System – LMS) là môi trường hỗ trợ giảng dạy và kết hợp với môi trường truyền thông Thông qua LMS, mọi người có thể tham gia học và trao đổi kiến thức trên không gian mạng mà không có sự hạn chế về không gian và thời gian, việc học, giảng dạy, tương tác được thực hiện từ bất cứ nơi đâu và bất cứ lúc nào Vấn đề quan trọng được đặt ra là làm thế nào để liên kết các LMS lại với nhau theo cùng những quy ước chung để có được những tiêu chuẩn Ví dụ chuẩn SCORM (Sharable Content Object Reference Model) được nghiên cứu và kết hợp của nhiều tổ chức lớn như ADL, IMS, AICC, IEEE dành cho chuẩn hóa bài giảng điện tử SCORM ra đời dựa trên ý tưởng chủ đạo là sử dụng được các bài giảng điện tử trên nhiều hệ thống LMS khác nhau

và có thể phục vụ nhiều mục đích giảng dạy khác nhau nhằm tiết kiệm thời gian, công sức cũng như chi phí trong xây dựng các bài giảng và các khóa học điện tử

Chuẩn SCORM được hiểu là mô hình tham chiếu đối tượng nội dung có thể chia sẻ

và là một tập hợp các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật cho công nghệ giáo dục điện tử dựa trên web (còn gọi là e-learning) Nó xác định giao tiếp giữa nội dung phía máy khách và hệ thống máy chủ (được gọi là "môi trường thời gian chạy"), thường được hỗ trợ bởi hệ thống quản lý học tập SCORM cũng xác định cách nội dung có thể được đóng gói thành các tập

ở dạng ZIP để có thể chuyển đi và được gọi là "định dạng trao đổi gói"

SCORM là một đặc tả của “sáng kiến học tập nâng cao” (ADL) từ Văn phòng Bộ trưởng Quốc phòng Hoa Kỳ SCORM 2004 đã giới thiệu một ý tưởng phức tạp được gọi là giải trình tự, là một tập hợp các quy tắc xác định thứ tự mà người học có thể trải nghiệm các đối tượng nội dung Nói một cách dễ hiểu, chúng ràng buộc người học vào một tập hợp các con đường cố định thông qua tài liệu đào tạo, cho phép người học "đánh dấu" sự tiến

bộ của họ khi nghỉ giải lao và đảm bảo khả năng chấp nhận của điểm kiểm tra mà người học đạt được Tiêu chuẩn sử dụng XML và nó dựa trên kết quả công việc được thực hiện bởi AICC, IEEE LTSC và Ariadne

Điểm hạn chế của hệ thống LMS và chuẩn E-learning hiện nay chỉ chú trọng việc phát triển môi trường E-learning mà chưa có hình thức đào tạo thông minh nhằm xây dựng

cơ chế tự động để xây dựng bài giảng phù hợp với trình độ và nhu cầu của học viên dựa trên cơ sở những thành phần bài giảng có sẵn

1.2 Khả năng xây dựng hệ quản lý đào tạo thông minh

Với mong muốn có các hệ thống thông minh hỗ trợ người dạy và học nhiều khóa học linh hoạt, nhiều tài nguyên học tập và giúp người học trong việc lựa chọn những kiến thức phù hợp với khả năng cũng như trình độ, tác giả đề xuất thay thế cơ chế quản lý thủ công của hệ thống LMS bằng các công cụ thông minh, qua đó tích hợp các hệ chuyên gia vào LMS nhằm nâng cao khả năng tự động hóa quản lý cũng như hỗ trợ đào tạo cho LMS hệ thống LMS cần được bổ sung các yếu tố cơ bản, các qui tắc của hệ chuyên gia như cơ sở tri thức nhằm phục vụ cho xây dựng một hệ thống đào tạo linh động - thông minh, đáp ứng các nhu cầu thực tiễn trong việc dạy và học

2 MÔ HÌNH TRI THỨC CHO HỆ QUẢN LÝ ĐÀO TẠO THÔNG MINH

2.1 Hệ quản lý đào tạo thông minh (ILMS):

Về cơ bản hệ thống ILMS được xem là một phần mềm quản lý học tập, phân phối,

cung cấp toàn bộ các tài liệu, khóa học, video có liên quan đến chương trình đào tạo LMS được thiết kế giúp người quản lý dễ dàng tiếp cận và làm việc Ngoài việc cung cấp nội dung, hệ thống ILMS cũng có thể phân tích, xử lý những việc như đăng ký các khóa học, quản trị khóa học và phân tích các kỹ năng môn học, …

2.1.1 Đề xuất một số chức năng của hệ thống:

Chức năng lưu trữ dữ liệu: ILMS cho phép người dùng, bao gồm quản trị viên và cả

học viên có thể đăng tải các dữ liệu bản mềm, file words, video, ghi âm lên hệ thống Các

dữ liệu được quản lý, phân loại theo danh mục, thời gian, loại tài liệu, … Qua đó, người quản trị có thể kiểm soát nội dung dễ dàng

Độ bảo mật cao: là nhiệm vụ quan trọng trong hầu hết các hệ thống, là sự bảo mật

thông tin cá nhân người dùng (trong thời đại số hiện nay) Điều này đòi hỏi ILMS phải đáp ứng và đảm bảo an toàn, tránh rò rỉ các thông tin mật của người dùng, đặc biệt là các thông

tin về tài khoản tín dụng, credit card,…

Cơ sở tri thức

Hệ quản lý

Hệ quản lý đào tạo thông minh (ILMS)

Hình 1: Tích hợp hệ quản lý đào tạo và hệ chuyên gia

Dễ dàng truy cập: cung cấp cơ chế tạo sự truy cập dễ dàng vào hệ thống qua nhiều

dạng thiết bị như: điện thoại, laptop, máy tính bàn, máy tính bảng,… đồng thời hỗ trợ tốt với các hệ thống phần mềm và nhiều nền tảng điều hành khác nhau như: Windows, MacOS, Linux, Android, IOS, Bên cạnh đó, ILMS phải đảm bảo lưu lượng trong tình huống nhiều người dùng cùng truy cập (cùng lúc) vào hệ thống mà không bị trì trệ (lag) hay tệ hơn là sập hệ thống

Chức năng đa chủ thể: Hệ thống ILMS cho phép khóa học online có sự tương tác

giữa học viên và giảng viên, giữa các học viên bất cứ nơi đâu đề có thể cùng học tập, tương tác và trao đổi học thuật, nội dung môn học và các vấn đề liên quan

Đa ngôn ngữ, đa quốc gia: ILMS được phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới, nó kết

nối tất cả mọi người thuộc nhiều quốc gia với nhiều ngôn ngữ khác nhau đồng thời còn có chức năng giúp chuyển đổi ngôn ngữ dễ dàng cho các thành viên trong cùng một khóa học

Quản lý lượng người tham gia: thông qua việc đăng ký khóa học, hệ thống ILMS có

tính linh hoạt tự động kiểm soát và quản lý học viên tham gia hệ thống một cách chặt chẽ

Lịch trình cụ thể: một tính chất linh động trong hệ thống này là giảng viên có thể giới

hạn khoảng thời gian diễn ra khóa học, thời gian làm bài thi, … giảng viên cũng có thể lên lịch trao đổi online với các học viên của lớp học của mình

Quản lý giao dịch: Hệ thống sẽ tiếp nhận, kiểm soát các giao dịch giữa học viên đăng

ký tham gia khóa học với nhà quản lý hệ thống, với công ty hoặc doanh nghiệp giáo dục

Quản lý tương tác và hỗ trợ người dùng: Học viên có thể trao đổi bài học thông qua

hệ thống chat, tin nhắn Họ cũng có thể tương tác với giảng viên qua đánh giá, email, tin nhắn riêng Học viên và giảng viên tương tác với quản trị viên hệ thống thông qua mục hỗ trợ người dùng để giải quyết các vấn đề liên quan đến kỹ thuật, nội quy, giao dịch

Đánh giá học viên dễ dàng: cung cấp cơ chế để học viên có thể tham gia kiểm tra bài

(hoặc thi) online qua đó giảng viên có thể kiểm tra mức độ hiểu bài của các học viên Hệ thống sẽ tự động chấm điểm và gửi kết quả cho các học viên Bên cạnh đó, ILMS cung cấp các hình thức như game, các “cuộc đua top” giữa các học viên thông qua bảng xếp hạng học tập Hệ thống cũng giúp giảng viên tăng độ hấp dẫn của khóa học thông qua hình thức tích lũy điểm lên level,…

Kiểm soát quá trình học tập của học viên: hệ thống quản lý học tập trực tuyến giúp

giảng viên và người học có thể đánh giá năng lực của học viên theoa từng giai đoạn cụ thể

2.1.2 Mục đích của hệ thống

Là tích hợp các tác nhân thông minh vào hệ quản lý đào tạo thông thường để xây dựng nên một hệ quản lý đào tạo thông minh

Hệ quản lý đào tạo thông minh cần phải có khả năng tự động xây dựng các bài giảng/khóa học điện tử phù hợp hơn với nhu cầu và trình độ học viên, thay thế những khóa học có khung chương trình cứng nhắc nhằm đáp ứng nhu cấu đào tạo một cách linh hoạt, hiêu quả và gần gủi đối với học viên

2.1.3 Mô hình quản lý đào tạo thông minh được đề xuất gồm:

Hệ trợ giúp giảng dạy (Teaching Assistant - TA): về bản chất không phải là giảng

viên trực tiếp giảng dạy chính nhưng cũng có nhiệm vụ quan trọng là hỗ trợ tốt công việc giảng dạy của giảng viên với học viên, vì vậy những teaching assistant bắt buộc phải đáp ứng được chuyên môn, kỹ năng và kiến thức vững vàng cũng như biết cách truyền tải kiến thức cho học viên dễ hiểu nhất Được xây dựng dựa trên hệ quản lý đào tạo, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên môi trường dạy và học cho học viên học tập và giáo viên giảng dạy

Xây dựng khóa học tự động (Automatic Course Builder – ACB): nhằm xây dựng các

khóa học, cung cấp các bài giảng phù hợp cho từng môn học, giai đoạn học với các học viên một cách tự động dựa trên nhu cầu của môn học, trình độ học và quá trình đánh giá mực độ tiếp thu việc học của học viên

Tích hợp khóa học (Course Integration – CI): nhằm xây dựng, mở rộng cơ sở tri thức

từ các bài giảng, bài học và khóa học đã có sẵn từ đó mở rộng khai thác và đưa vào chương trình mới

Hệ thống cải tiến cơ sở tri thức (Knowledge Base Refening System – KBRS): kiểm tra

các cập nhật trên hệ thống, nếu cần thì cập nhật Mặc khác, còn làm nhiệm vụ tinh giản và

mở rộng cơ sở tri thức

Cơ sở tri thức (Knowledge Base): bao gồm các thông tin, dữ liệu và tri thức liên quan

đến khóa học hoặc phục vụ cho cho việc xây dựng khóa học tự động và các dịch vụ khác

Đây chính là nền tảng để xây dựng các hệ quản lý đào tạo thông minh kết hợp giữa LMS

và ES

2.2 Mô hình tri thức cho xây dựng bài giảng điện tử theo ngữ cảnh

Mô hình tri thức cho xây dựng bài giảng điện tử theo ngữ cảnh là sự kết hợp của các bài giảng/khóa học và các tri thức cần thiết để xây dựng hệ chuyên gia tạo ra các bài giảng điện tử theo ngữ cảnh Ngữ cảnh ở đây được hiểu là những nhu cầu, điều kiện và trình độ của học viên cụ thể Bài giảng theo ngữ cảnh là những bài giảng / khóa học phù hợp với nhu cầu và trình độ của học viên

Trên cơ sở đó, mô hình tri thức có các thành phần cơ bản sau:

2.2.1 Bài giảng điện tử

Bài giảng điện tử được xây dựng theo chuẩn SCORM Theo chuẩn SCORM, các bài giảng được mô tả bởi các thành phần: Asset, SCO và mối quan hệ giữa chúng Các mô tả

về SCO bao gồm mô tả chung (Description), các từ khóa (Keyword) hoặc định danh (Identifier) và một số mô tả khác Các mô tả này sẽ được sử dụng trực tiếp cho việc xây mối quan hệ giữa các bài giảng, nội dung bài giảng nhằm xây dựng được các khóa học, bài giảng một cách tự động và linh hoạt (phù hợp với các yêu cầu khác nhau) Trong đó: SCO

là một thành phần cơ bản còn các Asset là các phương tiện để thể hiện nội dung của SCO

Studenn

t

Teaching Assistant

(TA)

Automatic Course Builder

(ACB)

Knowledge base

Professor Course Integrator

(CI)

Knowledge Base Refining System (KBRS)

Hình 2: Mô hình hệ quản lý đào tạo thông minh

2.2.2 Mối quan hệ giữa các thành phần tạo nên bài giảng

Việc xây dựng bài giảng hay khóa học một cách tự động từ các bài giảng đã có phụ thuộc rất nhiều vào hiểu biết về mối quan hệ giữa nội dung các bài giảng Khi một bài giảng điện tử xây dựng sẳn bởi con người (Real course) được cập nhật (tích hợp) vào cơ sở tri thức thì các SCO trong bài giảng này và mối quan hệ (Pathway) giữa các SCO đó phải được biểu diễn trong cơ sở tri thức Bên cạnh đó, mối quan hệ giữa các SCO mới và các SCO đã

có trong cơ sở tri thức cần phải được cập nhật một cách tự động Các quan hệ đó có thể là quan hệ trình tự (học xong học phần A thì đến học phần B), quan hệ phụ thuộc (phải học kiến thức A thì mới hiểu được kiến thức B) và quan hệ điều kiện

2.2.3 Mẫu hình học viên (Student model)

Mẫu hình học viên gồm: Thông tin về chuyên ngành, độ tuổi, giới tính, tôn giáo … cùng với các thông tin yêu cầu, mục đích học và trình độ của học viên Bộ xây dựng bài giảng sẽ tự động dùng thông tin trong mẫu hình (trên) của học viên để tính toán và đưa ra bài giảng/khóa học sao cho phù hợp Cùng với việc đưa ra các bài giảng cho học viên không phải chỉ phụ thuộc vào trình độ, nhu cầu của học viên mà nhiều trường hợp còn phụ thuộc vào các thông tin khác như giới tính, tôn giáo, chuyên ngành,…

2.2.4 Tri thức chuyên gia phục vụ cho việc xây dựng bài giảng tự động

Thông thường, để xây dựng bài giảng là công việc được thực hiện bởi các tập hợp bộ môn quản lý môn học hay sự kết hợp giữa bộ môn và giảng viên giảng dạy môn học đó Vì vậy, để xây dựng bài giảng mới phù hợp ngữ cảnh từ những bài giảng đã có một cách tự động chúng ta phải nghiên cứu mô hình hệ chuyên gia thực hiện công việc này

Ý tưởng phát triển hệ chuyên gia xây dựng bài giảng tự động theo cách tiếp cận lập luận theo kinh nghiệm (Case-based Reasoning – CBR) Tri thức cần thiết cho hệ chuyên gia này là các bài giảng mẫu theo ngữ cảnh cụ thể (study case) và các luật biến đổi các bài giảng mẫu này sử dụng cho trường hợp mới

“Study-case” bao gồm mẫu hình học viên và cấu trúc bài giảng / khóa học tương ứng với mẫu hình học viên đó Cấu trúc bài giảng này được thể hiện bằng danh sách các SCO

và các quan hệ giữa các SCO trong bài giảng Các SCO được chọn lựa là các SCO nằm trong cơ sở tri thức; quan hệ giữa các SCO là các quan hệ đã có trong cơ sở tri thức (được

cập nhật từ các giảng viên và các bài giảng gốc xây dựng theo chuẩn SCORM) và các quan

hệ mới được sinh ra trong quá trình tự động xây dựng bài giảng

2.2.5 Qui trình tìm mẫu và xây dựng bài học – bài giảng:

Giả sử ta có hai mẫu hình sinh viên (ở mức đơn giản) như sau:

 Mẫu hình sinh viên 1:

Nhu cầu: học môn Công nghệ phần mềm

Kiến thức đã đạt được: Kiến trúc máy tính, Lập trình java, Hệ điều hành

 Mẫu hình sinh viên 2:

Nhu cầu: học môn Hệ thống thông tin

Kiến thức đã đạt được: Kiến trúc máy tính, Lập trình C, Phân tích và thiết kế hệ

thống thông tin

Cấu trúc bài giảng môn công nghệ phần mềm:

Hình 3: Mô hình môn học Công nghệ phần mềm

Cấu trúc bài giảng môn Phân tích thiết kế Hệ thống thông tin

Hình 4: Mô hình môn học phân tích thiết kế HTTT

Qua kết quả khảo sát hai mẫu hình sinh viên vừa nêu, ta có thể thấy rằng hai mẫu hình sinh viên này có một số nét “tương đồng” nhau như:

Tình huống 1:

Môn đăng ký học: Công nghệ phần mềm

Kiến thức đã có: Kiến trúc máy tính, Lập trình java, Hệ điều hành

Khi đó so sánh giữa SCO1 và SCO2 có thể thấy sinh viên này đạt môn Phân tích thiết

kế hệ thống thông tin theo cấu trúc SCO2 nghĩa là sinh viên có đủ kiến thức về mô hình phát triển hệ thống (so sánh với bảng mẫu) và sinh viên này cũng đạt kiến thức Phân tích

và đặc tả yêu cầu (SCO1, SCO2) Từ đó, kiến thức bổ sung của sinh viên chỉ tập trung vào mục Triển khai xây dựng phần mềm

Tình huống 2:

Môn đăng ký học: Phân tích thiết kế kệ thống thông tin (i)

Kiến thức đã có: Hệ điều hành, Toán rời rạc (ii)

So sánh trong các trường hợp mẫu (i) và (ii), ta so sánh SCO1 và SCO2 tức là sinh viên đã có đủ kiến thức về mô hình phát triển và không nhất thiết phải học lại phần “vòng đời phát triển của hệ thống thông tin”

Quá trình tự động xây dựng bài giảng bao gồm các bước sau:

o Tìm study-case có mẫu hình sinh viên phù hợp với mẫu hình sinh viên hiện tại (Current Student Model)

o Biến đổi cấu trúc bài giảng trong study-case tìm thấy sao cho phù hợp với mẫu hình sinh viên đó

o Với trường hợp study-case tìm thấy có mẫu hình sinh viên không “đủ gần” với mẫu hình sinh viên hiên tại, cấu trúc bài giảng mới (practice course) và mẫu hình sinh viên đó sẽ được ghi nhận lại thành study-case mới (new study-case) Các study-case này sẽ được các giảng viên hay người xây dựng bài giảng xem xét và hiệu chỉnh Sau đó sẽ được lưu lại trong cơ sở tri thức nếu cần cho việc xây dựng bài giảng sau này

Khi cấu trúc bài giảng mới được hình thành, từ các phần tử là dữ lịệu hay asset có trong các gói bài giảng (đã được cập nhật vào cơ sở tri thức), ta có thể xây dựng các bài giảng điện tử mới và đóng gói theo chuẩn SCORM để có thể sử dụng cho các hệ thống LMS khác cũng theo chuẩn SCORM

SCO

SCO SCO

SCO

Course

a1

c1

a

c

c

b

c

b

a

Knowledge Base

Hình 6: Cập nhật cơ sở tri thức từ bài giảng

Current student model

Study case Student model Course structure

Study case

Student model Practice structure

Automatic Course Builder

Professor Practice course (x)

Searching Adaptatio

Hình 5: Xây dựng cấu trúc bài giảng điện tử một cách tự động