Ứng dụng mạng nơ ron trong e learning

Theo quan điểm hiện đại, E-learning là sự phân phát nội dung học sử dụng các công cụ điện tử hiện đại như máy tính, mạng máy tính, mạng vệ tinh, mạng internet, Intranet…trong đó nội dung

NguyÔn thÞ kim thoa

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc : pgs.ts nguyÔn thÞ viÖt h−¬ng

Hµ Néi 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Thị Kim Thoa Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học này do chính tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Thị Việt Hương Nếu có gì sai phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người làm cam đoan

Nguyễn Thị Kim Thoa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ E-LEARNING 12

1.1 Xu hướng dạy học trong thế kỷ 21 12

1.2 E-learning 15

1.2.1 Định nghĩa E-learning 15

1.2.2 Vai trò của E-learning 16

1.2.3 Đặc trưng của E-learning 16

1.2.4 Ưu nhược điểm của E-learning 18

1.2.4.1 Ưu điểm 18

1.2.4.2 Nhược điểm của e-learning 21

1.3 Hệ thống E-learning (E-Learning System) 23

1.3.1 Mô hình hệ thống 23

1.3.1.1 Hạ tầng truyền thông và mạng 24

1.3.1.2 Hạ tầng phần mềm 27

1.3.1.3 Nội dung đào tạo 31

1.3.2 Hoạt động của hệ thống E–Learning 32

1.4 Ưu nhược điểm của quá trình dạy học trực tuyến 35

1.4.1 Ưu điểm 35

1.4.2 Nhược điểm 36

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NƠ-RON 37

2.1 Giới thiệu chung về mạng nơ ron 37

2.2 Mô hình nơ-ron sinh học 38

2.3 Mô hình toán học của một nơ-ron nhân tạo 42

2.4 Mô hình toán học mạng nơ-ron nhân tạo 44

2.5 Kiến trúc mạng nơ-ron 46

2.5.1 Kiến trúc mạng một lớp 46

2.5.2 Kiến trúc mạng đa lớp 48

2.5.3 Kiến trúc mạng truyền thẳng 49

2.5.4 Kiến trúc mạng hồi qui 50

2.5.5 Kiến trúc mạng tự tổ chức 51

2.6 Huấn luyện mạng 53

2.6.1 Huấn luyện có giám sát 53

2.6.2 Huấn luyện không có giám sát 54

2.6.3 Một số luật huấn luyện cơ bản 55

2.7 Ứng dụng của mạng nơ-ron nhân tạo 57

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ MẠNG NƠ-RON CƠ BẢN VÀ ỨNG DỤNG CHO BÀI TOÁN PHÂN LOẠI 60

3.1 Mạng Perceptron 60

3.1.1 Kiến trúc mạng Perceptron 60

3.1.2 Luật học Perceptron 63

3.1.3 Ứng dụng mạng perceptron cho bài toán phân loại 65

3.2 Mạng Perceptron nhiều lớp 68

3.2.1 Kiến trúc mạng 68

3.2.2 Huấn luyện mạng 69

3.2.3 Ứng dụng mạng MLP cho bài toán phân loại 71

3.3 Mạng nơ-ron tự tổ chức 74

3.3.1 Cấu trúc của mạng không giám sát 74

3.3.2 Quá trình học trong các mạng không giám sát 75

3.3.3 Nguyên tắc học cạnh tranh 76 3.3.3.1 Lựa chọn ron chiến thắng dựa trên sự hoạt hóa của

nơ-ron 77 3.3.3.2 Lựa chọn nơ-ron chiến thắng dựa trên khoảng cách tới véc tơ

vào 77

3.3.3.3 Ví dụ minh họa học cạnh tranh 79

3.3.4 Mạng SOFM (Self-Organizing Feature Map) 83

3.3.5 Ứng dụng mạng SOFM trong phân loại 88

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MẠNG NƠ-RON TRONG BÀI TOÁN PHÂN LOẠI NGƯỜI HỌC 92

4.1 Cơ sở thực hiện bài toán phân loại người học 92

4.2 Cơ sở phân loại người học 93

4.3 Thống kê đặc tính của nhóm người học bằng phần mềm SPSS 98

4.3.1 Giới thiệu phần mềm SPSS 98

4.3.2 Các khái niệm đặc trưng trong thống kê 98

4.4 Phân loại người học với mạng MLP 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

PHỤ LỤC 113

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANN - Artificial Neural Networks

BNN - Biological Neural Networks

E-Learning: Electronic Learning

IJCNN (International Joint Conference on Neural Networks)

LAN: Local Area Networ

LMS: Learning Managerment System

LCMS: Learning Content Managerment System

LVQ – Learning Vector Quantization

MLP – MultiLayer Perceptron

SOM: self-organizing map

SOFM : self-organizing feature map

SPSS: Statistical Products for the Social Services

WAN: Wide Area Network

HTML: Hyper Text Markup Language

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Mô tả mô chức năng một số thiết bị mạng

Bảng 3.1 Số lượng các véc tơ dữ liệu đầu vào được đại diện bởi 25 nơ-ron Bảng 4.1 Dữ liệu huấn luyện mạng nơ-ron

Hình 1.5 Mô hình cấu trúc của hệ thống

Hình 2.1 Cấu tạo của các tế bào thần kinh sinh học

Hình 2.2 Mô hình một nơ-ron

Hình 2.3 Liên kết giữa các nơ ron

Hình 2.4 Mô hình toán học một nơ-ron nhân tạo

Hình 2.10 Minh họa kiến trúc mạng hồi qui

Hình 2.11 Liên kết bên trên lớp cạnh tranh

Hình 2.12 Kiến truc mạng Kohonen

Hình 2.13 Huấn luyện được giám sát

Hình 2.14 Huấn luyện không có giám sát

Hình 2.15 Khả năng phân loại của mạng nơ-ron

Hình 3.1 Mô hình một nơ-ron Perceptron và hàm truyền hardlimit

Hình 3.2 Kiến trúc mạng Perceptron tổng quát

Hình 3.3 Nơ-ron perceptron với hai đầu vào

Hình 3.4 Ánh xạ giữa không gian dữ liệu vào và không gian ra

Hình 3.5 Không gian mẫu khả tuyến tính

Hình 3.6 Mạng perceptron với 3 đầu ra

Hình 3.11 Sự phân bố của các dữ liệu đầu vào mẫu

Hình 3.12 Cấu trúc mạng MLP được sử dụng để phân loại dữ liệu

Hình 3.13 Kết quả chia biên phi tuyến sau khi huấn luyện mạng

Hình 3.14 Các mặt phẳng ứng với các đầu ra của mạng

Hình 3.15 Cấu trúc mạng không giám sát

Hình 3.16 Quan hệ giữa véc tơ vào x và véc tơ trọng số w

Hình 3.17 Minh họa khoảng cách và cập nhật trọng số

Hình 3.18 Dữ liệu vào hai chiều, chia thành sáu nhóm tách biệt

Hình 3.19 Mạng một chiều không giám sát

Hình 3.20 Vị trí các bộ trọng số được khởi tạo ngẫu nhiên

Hình 3.21 Vị trí các véc tơ trọng số sau khi kết thúc huận luyện mạng

Hình 3.22 Quan hệ vào/ra của mạng tự tổ chức

Hình 3.23 Minh họa sự dịch chuyển của nơ-ron chiến thắng và nơ-ron lân cận Hình 3.24 Các dạng xác định các lân cận

Hình 3.25 Hàm NS dạng Gaussian

Hình 3.26 Hàm NS dạng hàm mũ với k = 0.1

Hình 3.27 Dữ liệu hai chiều

Hình 3.28 Cấu trúc mạng và vị trí khởi tạo của các trọng số

Hình 3.29 Véc tơ codebook của mạng sau khi huấn luyện

Hình 4.1 Cấu trúc mạng nơ-ron được sử dụng phân loại người học

Hình 4.2 Kết quả huấn luyện mạng nơ-ron

Hình 4.3 Giao diện chương trình phân loại người học

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Ngày nay chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên phát triển và ứng dụng các thành tựu khoa học vào cuộc sống, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thông tin và viễn thông Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin và viễn thông đã tác động tích cực đến tất cả mọi lĩnh vực, làm thay đổi nhanh chóng đời sống vật chất và tinh thần của toàn xã hội Sự ngăn cách về không gian và thời gian không còn ảnh hưởng nhiều đến con người như trước kia nữa Xu hướng toàn cầu hóa diễn ra ở khắp mọi nơi, trong tất cả các ngành nghề Đứng trước sự toàn cầu hóa, một yêu cầu cấp thiết với các ngành nghề là phải luôn cập nhật công nghệ, áp dụng các thành tựu của công nghệ thông tin và viễn thông, liên kết và sử dụng thành tựu công nghệ của nhau

Trong ngành giáo dục, việc áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông vào dạy học đã làm thay đổi lớn về phương pháp dạy học, mục tiêu dạy học, nội dung dạy học và phương tiện dạy học Giáo dục hiện đại không còn bị giới hạn về địa điểm và thời gian như những “phòng học”, “bảng đen” truyền thống trước kia nữa Thay vào đó là các hình thức tổ chức học tập mới dựa vào các thành tựu của công nghệ thông tin và truyền thông, điển hình là E-learning

E-learning là hình thức đào tạo tập trung vào hiệu quả, lấy người học làm trung tâm, dành cho bất cứ ai có nhu cầu học tập và có thể học tập ở mọi nơi mọi lúc Tuy nhiên, một nhược điểm rất lớn của hình thức đào tạo này là thầy

và trò không giáp mặt Như vậy người thầy rất khó có thể biết được năng lực,

sở trường cũng như các điểm yếu của người học, do đó rất khó có được những ứng xử sư phạm phù hợp với từng đối tượng người học Để khắc phục nhược điểm này, tôi đưa ra ý tưởng là dùng mạng nơ-ron để tự động phân loại người

học, từ đó có thể đưa ra các cách xây dựng bài giảng phù hợp với từng đối tượng người học

Với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS Nguyễn Thị Việt Hương, Thạc sĩ Nguyễn Thị Hương Giang, cùng với sự cố gắng của bản thân, tôi đã hoàn thành luận văn cao học với đề tài “Ứng dụng mạng nơ-ron trong E-learning”

Tôi rất mong muốn nhận được các ý kiến đóng góp quý giá của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp để tôi có thể bổ sung trong những nghiên cứu tiếp theo của luận văn này

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu của đề tài là ứng dụng mạng nơ-ron để tự động phân loại người học trong E-learning

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạng nơ-ron, E-learning

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là mô phỏng một chương trình phân loại người học dựa theo tiêu chí

Nhiệm vụ nghiên cứu

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là:

• Nghiên cứu E-learning

• Nghiên cứu mạng nơ-ron

• Mô phỏng một chương trình phân loại người học

Cơ sở khoa học và thực tiễn

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết (nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích, tổng hợp tài liệu) và nghiên cứu thực nghiệm (điều tra khảo sát người học, quan sát, phân tích, xây dựng chương trình mô phỏng)

Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và các danh mục tài liệu tham khảo, các phụ lục của luận văn, nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về E-learning

Chương 2: Tổng quan về mạng nơ-ron

Chương 3: Một số mạng nơ-ron cơ bản và ứng dụng vào bài toán phân loại Chương 4: Ứng dụng mạng nơ-ron trong bài toán phân loại người học

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ E-LEARNING 1.1 Xu hướng dạy học trong thế kỷ 21

Nhân loại đang bước vào thế kỷ 21 – kỷ nguyên của công nghệ thông tin với

xu thế toàn cầu hóa của nền kinh tế tri thức, với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hóa giáo dục Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin và viễn thông cùng với sự phát triển nhảy vọt của các cuộc cách mạng khoa học – công nghệ đã tác động tích cực đến tất cả các lĩnh vực, làm biến đổi một cách nhanh chóng và sâu sắc đến đời sống vật chất và tinh thần của toàn xã hội Các phát minh khoa học – công nghệ ngày càng được ứng dụng nhanh chóng

và rộng rãi vào thực tiễn

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học – công nghệ cùng với quá trình hội nhập toàn cầu và toàn cầu hóa nền kinh tế đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc rút ngắn khoảng cách về trình độ phát triển giữa các quốc gia Khoa học - công nghệ trở thành động lực cơ bản của sự phát triển kinh tế - xã hội Giáo dục là nền tảng của sự phát triển khoa học – công nghệ, phát triển nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại và đóng vai trò chủ yếu trong việc nâng cao ý thức dân tộc, tinh thần trách nhiệm và năng lực của thế hệ hiện nay và mai sau

Chính những thay đổi trong công nghệ và trong các lĩnh vực xã hội đòi hỏi phải đổi mới giáo dục Phương thức dạy học truyền thống đã bộc lộ một số hạn chế Các kiến thức phát triển nhanh chóng, người thầy phải thường xuyên cập nhật và cung cấp thông tin chính xác cho người học, và người học phải không ngừng trau dồi kiến thức để đáp ứng các yêu cầu mới của xã hội Chính

vì vậy, đổi mới giáo dục đang diễn ra trên quy mô toàn cầu như một kết quả tất yếu Bối cảnh trên đã tạo nên những thay đổi sâu sắc trong giáo dục, từ quan niệm về chất lượng giáo dục, xây dựng nhân cách người học đến cách tổ

chức quá trình và hệ thống giáo dục Nhà trường từ chỗ khép kín chuyển sang

mở cửa rộng rãi, đối thoại với xã hội, gắn bó chặt chẽ với nghiên cứu khoa học - công nghệ và ứng dụng Nhà giáo trước đây chỉ truyền đạt tri thức, chuyển sang cung cấp cho người học phương pháp thu nhận tri thức một cách

có hệ thống, có tư duy phân tích và tổng hợp Đầu tư cho giáo dục từ chỗ được xem là phúc lợi xã hội chuyển sang việc đầu tư phát triển Chính vì vậy, các quốc gia từ các nước phát triển đến các nước đang phát triển đều đổi mới giáo dục để có thể đáp ứng năng động hơn, hiệu quả hơn, trực tiếp hơn những nhu cầu của phát triển đất nước

Trong bối cảnh đó, dạy học hiện đại đã hình thành 5 xu hướng sau:

• Sự chuyển hướng từ dạy học tập trung vào các hoạt động đào tạo sang dạy học tập trung vào hiệu quả Để nâng cao hiệu quả, người thầy không chỉ truyền đạt kiến thức một chiều mà còn phải lựa chọn chính xác các công cụ hỗ trợ dạy học phù hợp; cung cấp cho người học động

cơ, phương pháp để chiếm lĩnh tri thức; khuyến khích và tiếp nhận thông tin phản hồi từ phía người học để từ đó điều chỉnh quá trình dạy học cho thật sự hiệu quả Đó chính là nền tảng cơ bản của chiến lược nâng cao hiệu quả đào tạo được đề cập đến như là một công nghệ để phát triển con người

• Sự chuyển hướng từ học theo trường lớp truyền thống sang học bất kỳ lúc nào, ở bất kỳ nơi đâu và cho bất kỳ ai muốn học Sự chuyển đổi này

đề cập đến quyền được học tập của tất cả mọi người Trong xu thế xã hội hóa giáo dục và xây dựng xã hội học tập, mọi người đều có quyền tham gia vào quá trình học tập để thỏa mãn nhu cầu cá nhân Tuy nhiên không phải ai có nhu cầu cũng có sẵn thời gian, vì vậy họ muốn có giải pháp đào tạo đáp ứng các nhu cầu và khung thời gian của họ Việc đào

tạo phải đáp ứng sẵn sàng mọi lúc, với khả năng phân phối khắp mọi nơi Điều này chỉ có thể được đáp ứng một cách hiệu quả khi sử dụng các công nghệ hỗn hợp

• Sự chuyển hướng từ học tập trên giấy, qua phấn bảng sang học tập trực tuyến Sự xuất hiện của Internet đã mang lại cho nhân loại những khả năng diệu kỳ, đó là việc cập nhật thông tin ngay lập tức và liên tục Vì thế, người học không cần phải dựa trên các tài liệu phát tay trên lớp học truyền thống, thay vào đó là các tài nguyên trực tuyến, các tài liệu học tập có thể được cập nhật thường xuyên và đảm bảo chính xác, có giá trị tương đối lâu dài đối với người học

• Sự chuyển hướng từ sử dụng các phòng học, phòng thí nghiệm thật sang sử dụng các phòng học, phòng thí nghiệm và các trang thiết bị ảo được tích hợp trên mạng Với tính năng ưu việt của kỷ nguyên kỹ thuật

số cho phép chúng ta liên kết các thiết bị và con người thông qua các mạng LAN, WAN, Internet, Intranet Các khóa học, các nội dung đào tạo sẽ được chuyển đến các trang web Người học sẽ khai thác thông tin học tập thông qua các trang Web này theo cách thuận lợi nhất Sự chuyển hướng này cho phép người học nghiên cứu với những đối tượng không thể quan sát trực tiếp được như các hệ vi mô, vĩ mô, các hệ biến đổi quá nhanh hay quá chậm, những đối tượng mà điều kiện thực tế không cho phép vì nguy hiểm hay không có thiết bị

• Chuyển hướng từ việc chuẩn bị nội dung giảng dạy theo thời gian định

kỳ sang thời gian thực Trước đây ta có thể mất một thời gian dài để chuẩn bị một khóa học và khóa học này thường có chu kỳ sống một vài năm trước khi nó cần chỉnh sửa Cách làm này chỉ phù hợp với những nội dung có tính ổn định như các môn khoa học cơ bản Chúng ta cần

sự đầu tư để xây dựng các chương trình học tập sao cho lôi cuốn người

học Tuy nhiên trong các trường hợp khác, chúng ta không đủ thời gian

để chuẩn bị cho một khóa học tương tự vì thông tin khi đưa ra đã không còn chính xác và đã trở nên lạc hậu với thực tế Mặt khác, khối lượng kiến thức không dạy hết ngày càng nhiều Điều này thôi thúc chúng ta phải làm việc trong thời gian thực, và chỉ có thể thực hiện khi chúng ta

sử dụng công nghệ và kỹ thuật thiết kế có cấu trúc và thông tin phù hợp với các thay đổi đang diễn ra xung quanh

Xuất phát từ năm xu hướng dạy học trên đây cho thấy rằng, việc áp dụng công nghệ thông tin và viễn thông vào hoạt động dạy và học được xem là xu thế tất yếu của dạy học hiện đại, là giải pháp chiến lược nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nhân lực cho nền kinh tế tri thức Từ đó, hàng loạt các hình thức

tổ chức học tập được hình thành, điển hình là E – Learning

Theo quan điểm hiện đại, E-learning là sự phân phát nội dung học sử dụng các công cụ điện tử hiện đại như máy tính, mạng máy tính, mạng vệ tinh, mạng internet, Intranet…trong đó nội dung học có thể thu được từ các Website, đĩa CD, băng video, audio…thông qua một máy tính; người dạy và người học có thể giao tiếp với nhau qua mạng dưới các hình thức như: e-mail,

thảo luận trực tuyến (chat), diễn đàn (forum), hội thảo video…

1.2.2 Vai trò của E-learning

E-learning là một phương thức đào tạo thông qua các phương tiện điện tử và

sự tiện ích của công nghệ thông tin Dựa trên sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học cùng với việc tích hợp các bài giảng trên mạng, E-learning đã tạo ra và phổ biến kiến thức trực tiếp đến người học ở bất cứ nơi đâu và bất kỳ lúc nào Với E-learning, mọi người học có thể học tập thông qua các trang Web được thiết kế theo mục đích dạy học mà không bị ràng buộc về thời gian biểu và địa điểm học E-learning thường được sử dụng vào quá trình học dưới các hình thức: sử dụng công nghệ để trợ giúp hoặc bổ sung cho các môn học theo cách truyền thống, hay dạy học hoàn toàn trên mạng Có thể nói rằng, E-learning chính là cánh cửa đưa mọi người đến kho tàng tri thức

1.2.3 Đặc trưng của E-learning

E-learning đang phát triển mạnh mẽ và được coi là phương thức đào tạo cho tương lai Vậy điều gì khiến cho E-learning được coi trọng như vậy? Về bản chất, E-learning cũng là một hình thức đào tạo từ xa so với đào tạo truyền thống Những đặc điểm nổi bật của E-learning so với đào tạo truyền thống được liệt kê sau đây:

• E-learning có đặc tính động và cung cấp thông tin chính xác Nó có thể đáp ứng đầy đủ các chương trình đào tạo với sự kết hợp của các chuyên gia trong nhiều lĩnh vực E-learning có thể cung cấp các chuyên gia trực tuyến, các tài nguyên học tập tốt nhất và các giải pháp kịp thời nhất khi cần người học cần đến E-learning cung cấp các vật liệu học tập từ nhiều nguồn, cho phép người học lựa chọn các định dạng hoặc các phương pháp học tập phù hợp hay nó cho phép người học tự học mà không phụ thuộc vào sự hướng dẫn giáp mặt của giáo viên

• E-learning hoạt động trong thời gian thực, sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất, như công nghệ mạng, công nghệ đồ họa, kỹ thuật mô phỏng,

kỹ thuật tính toán Đặc trưng này xuất phát từ yêu cầu về kiến thức và

kỹ năng cần trang bị cho người học Để phát triển được một khóa học, E-learning cần nhiều chuyên viên trong các lĩnh vực khác nhau tham gia thực hiện Vì thế E-learning cần kết hợp mọi người lại với nhau thành một tập thể bao gồm các đồng nghiệp, các chuyên gia và cộng tác viên, các nhà quản lý dự án, chuyên gia về nội dung (do giảng viên hay nhóm giảng viên đảm nhiệm), nhà thiết kế thẩm mỹ, nhà thiết kế thông tin, lập trình viên, nhà quay phim, xử lý âm thanh, nhân viên xử lý dữ liệu, nhà kiểm định sản phẩm (khóa học)

• E-learning có tính hấp dẫn Với sự hỗ trợ của công nghệ đa phương tiện, những bài giảng tích hợp văn bản, hình ảnh minh họa, âm thanh làm tăng thêm tính hấp dẫn của bài học Người học giờ đây không chỉ được nghe giảng mà còn được xem những ví dụ minh họa trực quan, thậm chí còn có thể tiến hành tương tác với bài học nên khả năng nắm bắt cũng tăng lên

• E-learning không bị giới hạn bởi không gian và thời gian Sự phổ cập rộng rãi của Internet đã dần xóa đi khoảng cách về thời gian và không gian trong E-learning Một khóa học E-learning được chuyển tải qua mạng tới máy tính của người học cho phép các học viên có thể học bất

cứ khi nào và ở bất cư nơi đâu

• E-learning có tính linh hoạt Một khóa học E-learning được phục vụ theo nhu cầu người học chứ không nhất thiết phải bám theo một thời gian biểu cố định Vì thế người học có thể tự điều chỉnh quá trình học, lựa chọn cách học phù hợp nhất với hoàn cảnh của mình

• Dễ tiếp cận và truy nhập ngẫu nhiên Bảng danh mục bài giảng sẽ cho phép học viên lựa chọn đơn vị tri thức, tài liệu một cách tùy ý theo trình

độ kiến thức và điều kiện truy nhập mạng của mình Học viên tự tìm ra các kỹ năng học cho riêng mình với sự giúp đỡ của những tài liệu trực tuyến

• E-learning có tính cập nhật Nội dung khóa học thường xuyên được cập nhật và đổi mới nhằm đáp ứng và phù hợp nhất cho học viên

• E-learning có sự hợp tác, phối hợp trong học tập Các học viên có thể

dễ dàng trao đổi với nhau và trao đổi với giảng viên qua mạng trong quá trình học tập Các trao đổi này hỗ trợ tích cực cho quá trình học tập của học viên

1.2.4 Ưu nhược điểm của E-learning

1.2.4.1 Ưu điểm

• Có tính mềm dẻo:

9 E-learning là hình thức đào tạo theo kiểu tự học, có tính mềm dẻo, linh hoạt về mặt thời gian học, địa điểm, nội dung và phương pháp học Người học có thể theo đuổi suốt toàn bộ chương trình đào tạo bởi họ có thể tự lựa chọn cho mình phương thức, nội dung học tập hợp với trình độ của mình, có thể học vào những lúc thuận tiện ngay tại nơi họ muốn

9 E-learning cho phép phản hồi tức thời, tức là cho phép giáo viên và học viên theo dõi quá trình học và điều chỉnh cho phù hợp Đặc điểm nàygiúp học viên có thể nắm bắt và theo kịp quá trình học của mình đồng thời quyết định xem học viên sẽ phải sử dụng bao nhiêu thời gian cho những lĩnh vực còn yếu và không sử dụng nhiều thời gian cho những lĩnh vực đã nắm chắc

9 E-learning cho phép học viên chỉ học những gì học viên thấy cần Các khóa học có lớp học đồng nghĩa với việc bạn sẽ phải nhận những gì mà người khác cũng nhận được khi bạn tham gia toàn bộ khóa học Với E-learning, bạn có thể chọn những gì cần cho bạn và

bỏ qua những chủ đề không phù hợp với mục đích của bạn

• Triển khai và cập nhật nhanh chóng, dễ dàng, rộng khắp

9 E-learning không phụ thuộc vào hệ điều hành, do đó có thể được truy cập bằng phần mềm duyệt web trên bất kỳ hệ điều hành nào: Windows, Mac, Unix, Amiga… Bạn có thể truyền tải chương trình đào tạo của bạn tới bất cứ máy tính nào trên Internet hay Intranet mà không phải xây dựng các chương trình khác nhau cho từng hệ điều hành

9 Dễ dàng cập nhật Nếu có những thay đổi đối với chương trình đào tạo sau khi đã cài đặt ban đầu thì những thay đổi đó sẽ được thực hiện trên máy chủ có chứa các chương trình đào tạo, và do đó mọi người luôn nhận được những chương trình đào tạo được cập nhật rất mới mẻ Các khóa học được thiết kế để người học luôn nhận được những thông tin mới nhất từ bất cứ máy chủ nào

9 Phần mềm duyệt Web và các kết nối internet được sử dụng rộng rãi Hầu hết những người sử dụng máy tính đều có một trình duyệt chẳng hạn như Netscape Navigator và kết nối vào mạng Intranet của công ty hay đơn vị nào đó, hoặc cũng có thể truy cập trực tiếp tới internet

9 Sự phân tán rộng rãi với chi phí thấp Không cần phải có một cơ chế phân tán nào, E-learning có thể được truy cập từ bất cứ một máy tính nào có kết nối internet ở bất cứ đâu trên thế giới với chi phí rất thấp

• Giảm giá thành và tiết kiệm thời gian mà vẫn có hiệu quả cao trong đào tạo

9 Không cần phải có bất cứ chi phí đi lại nào cho các học viên ở xa bởi vì web luôn có trong các máy tính kể cả máy tính để bàn cũng như máy tính xách tay

9 Chi phí hiệu quả hơn so với đào tạo truyền thống Chi phí cho learning là sự đầu tư hiệu quả Sau khi có các chi phí ban đầu, bạn

E-có tới 24 giờ trong ngày cho đào tạo vì E-learning không bao giờ E-có nghỉ giải lao, luôn luôn sẵn sàng cho bất cứ học viên nào muốn tham gia học tập So với các hình thức đào tạo khác, E-learning là một lựa chọn đào tạo ưu tiên E-learning có thể đào tạo trong khoảng thời gian cho trước với một số lượng học viên rất, thỏa mãn những yêu cầu học tập cũng như những công việc đòi hỏi quá trình đào tạo liên tục Ngoài ra, khi so sánh với các hình thức đào tạo truyền thống ta thấy rằng e-learning loại bỏ được chi phí thuê giáo viên, thuê các phương tiện giảng dạy cũng như chi phí đi lại của học viên và giảm thiểu tối đa việc sử dụng phương tiện học tập (chỉ cần máy tính kết nối internet và có trình duyệt web)

9 E-learning là hình thức học tập hiệu quả với nhiều kiểu học khác nhau, với nhiều hình thức thu nhận thông tin qua nhiều giác quan làm cho học viên có khả năng nhớ lại thông tin sau này E-learning cung cấp khả năng tích hợp văn bản, đồ họa, âm thanh và hình ảnh

Nó hấp dẫn đối với nhiều giác quan của chúng ta: xem, nghe, và làm

9 E-learning là một lựa chọn đào tạo hiệu quả cho những người trưởng thành Trong rất nhiều trường hợp những người trưởng thành thường cần những khóa học đào tạo bổ sung để phục vụ cho các

mục đích nghề nghiệp Với e-learning họ có thể tham gia các khóa đào tạo một cách thoải mái hơn, không phải lo lắng về thời gian như khi tham gia các hình thức đào tạo truyền thống

9 E-learning cải thiện đáng kể chất lượng công việc Một chương trình e-learning có thể giúp cho các công ty đào tạo nhân viên của mình các kỹ năng nghề nghiệp, các kỹ năng ra quyết định và các kỹ năng khác như tăng khả năng và làm giảm thời gian thích nghi với sản phẩm mới, từ đó tăng khả năng cạnh tranh, tính chuyên nghiệp của công ty

• E-learning là một môi trường học tập hấp dẫn và mang tính tương tác,

dễ dàng đánh giá hiệu quả đào tạo hơn so với các dạng học tập và đào tạo khác

9 E-learning không gây ra sự nhàm chán Nội dung nó truyền tải rất hấp dẫn đối với nhiều giác quan của học viên, các hình thức luyện tập hợp lý đa dạng làm cho học viên thích thú với việc kiểm tra các

kỹ năng của họ với sự chính xác cao mà không gây cảm giác sợ sệt

lo lắng

9 E-learning cho phép học viên tự kiểm soát mình\ Với e-learning bạn không phải đợi ai đó nói cho bạn biết là những khóa học nào và khi nào thì bạn phải làm gì Nó cho phép bạn tự kiểm soát sự phát triển của riêng bạn theo điều kiện cũng như hoàn cảnh của bạn

1.2.4.2 Nhược điểm của e-learning

• Chi phí đầu tư ban đầu lớn Việc triển khai áp dụng công việc lớn bao giờ cũng tốn kém ban đầu Chi phí phát triển một khóa học lớn, việc học qua mạng còn mới mẻ và cần có các chuyên viên kỹ thuật để thiết

kế khóa học Triển khai một lớp học e-learning có thể gấp nhiều lần so với một khóa học thông thường với nội dung tương đương Việc các

học viên không có các kết nối Internet tốc độ cao đòi hỏi phải luôn xây dựng lại các khóa học để khắc phục những hạn chế đó

• Hạn chế về băng thông và chi phí mạng Những hạn chế của băng thông làm giảm tốc độ truyền tải âm thanh, hình ảnh và các dữ liệu đồ họa, làm cho người sử dụng phải mất nhiều thời gian để tải về máy của mình khi tham gia khóa học Vấn đề càng nan giải hơn đối với những người sử dụng mạng internet công cộng, nơi mà hiện tượng tắc nghẽn mạng thường xảy ra Ngoài chi phí phải trả cho cơ sở đào tạo, người học còn tốn một khoản chi phí khác cho dịch vụ mạng (đối với những nước kém phát triển về mạng thì chi phí này rất cao) Việc triển khai e-learning càng khó khăn đối với những nơi mà cơ sở hạ tầng về mạng còn thấp

• Yêu cầu có đội ngũ giáo viên giàu kinh nghiệm và ứng dụng công nghệ mới vào giảng dạy Những người có khả năng giảng dạy tốt trên lớp chưa hẳn đã có trình độ thiết kế khóa học trên mạng Phía cơ sở đào tạo

có thể phải đào tạo công nghệ mới cho một số giảng viên

• Một số nội dung đào tạo không thích hợp với việc tự học qua mạng vì tính chất đặc thù của nội dung đó đòi hỏi phải có sự tương tác, tiếp xúc Nếu mục đích đào tạo là dạy nghề cho công nhân thì e-learning khó có thể hình thành kỹ năng nghề nghiệp cho người học được vì người học cần được thực hành trên đối tượng thật để nâng cao tay nghề, bậc nghề Việc phát triển nhân cách cho người học cũng khó có thể thực hiện được trong e-learning

• Người học chưa quen làm việc với các tài liệu trực tuyến Người học đã quen làm việc với các tài liệu in ấn ngay từ khi đến trường mẫu giáo

Trong khi đó hệ thống đa phương tiện (multimedia) còn đang mới mẻ

và cần được thử nghiệm để người học thích ứng, làm quen dần Trước khi có thể bắt đầu khóa học, họ phải thông thạo các kỹ năng mới

• Khó khăn trong vấn đề quản lý người học Số lượng người học tham gia các khóa học đông và phân tán trên diện rộng nên việc quản lý gặp rất nhiều khó khăn: khó khăn trong tuyển sinh đầu vào, theo dõi, đánh giá, kiểm tra chất lượng học tập; khó khăn trong việc kiểm soát người học có thực sự độc lập trong học và làm bài thi hay không

• Yêu cầu ý thức người học 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 học sẽ cảm thấy khó khăn trong việc tạo ra cho mình một lịch học cố định Một số học viên sẽ cảm thấy thiếu quan hệ bạn bè và

sự tiếp xúc trên lớp nên rất buồn tẻ

1.3 Hệ thống E-learning (E-Learning System)

1.3.1 Mô hình hệ thống

Một hệ thống E-learning bao gồm ba phần chính:

• Hạ tầng truyền thông và mạng: Bao gồm các thiết bị đầu cuối người dùng (học viên), thiết bị tại các cơ sở cung cấp dịch vụ, mạng truyền thông,

• Hạ tầng phần mềm: Các phần mềm LMS, LCMS (ví dụ đơn

giản như MarcoMedia, Aurthorware, Toolbook, )

• Hạ tầng thông tin (Nội dung đào tạo): Phần quan trọng của E-learning

là nội dung các khoá học, các phần mềm dạy học (courseware)

Hình vẽ 1.1 Mô hình hệ thống E-Learning

1.3.1.1 Hạ tầng truyền thông và mạng

Mô hình hạ tầng phần cứng cho mạng trung tâm của một hệ thống learning điển hình được minh hoạ trên hình 1.2

E-Hình vẽ 1.2 Cơ sở hạ tầng phần cứng của hệ thống E-Learning

Mô tả chức năng một số thiết bị mạng:

Thiết bị Chức năng

Web Server

Cung cấp các dịch vụ truy cập qua Web Thực hiện phân loại và chuyển hướng các kết nối truy nhập hệ thống

Database Server

Quản trị và lưu trữ dữ liệu về các dịch vụ e-Learning Cung cấp dịch vụ truy xuất dữ liệu hệ thống và tự động thực hiện lịch lưu lại dữ liệu Đồng bộ hoá dữ liệu với Database Server của các nhà cung cấp khác nhau

Content Server

Quản lý và lưu trữ dữ liệu bài học đa phương tiện của toàn bộ hệ thống dạy học từ xa qua Web Cung cấp các dịch vụ truy xuất dữ liệu đa phương tiện

Authoring Server

Cung cấp các dịch vụ xây dựng bài giảng trực tuyến đa phương tiện cho dạy học từ xa qua Web Tạo môi trường kiểm tra và quản lý các dịch vụ truy xuất

dữ liệu đa phương tiện

Mail Server

Quản trị và lưu trữ dữ liệu thư điện tử của riêng hệ thống Cung cấp các dịch vụ gửi nhận thư của riêng hệ thống dạy học từ xa qua Web

Tape Backup

Thực hiện sao lưu cơ sở dữ liệu dịch vụ, dữ liệu đa phương tiện dùng cho việc lưu trữ, phòng tránh lỗi hệ thống

Router Định tuyến dữ liệu của hệ thống

Firewall Làm bức tường lửa bảo vệ hệ thống chống lại các truy

1.3.1.2 Hạ tầng phần mềm

Hạ tầng phần mềm gồm hai loại phần mềm, thứ nhất là phần mềm hệ thống

quản lý các quá trình học (LMS : Learning Managerment System) và thứ hai là phần mềm hệ thống quản lý nội dung các khóa học (LCMS: Learning Content Managerment System)

Hình vẽ 1.3 Hạ tầng phần mềm hệ thống E -Learning

a Phần mềm hệ thống quản lý các quá trình học (LMS)

Quản lý việc đăng ký khóa học của học viên, tham gia các chương trình có

sự hướng dẫn của giảng viên, tham dự các hoạt động đa dạng mang tính tương tác trên máy tính và thực hiện các bảng đánh giá Hơn thế nữa, LMS cũng giúp các nhà quản lý và giảng viên thực hiện công tác kiểm tra, giám sát, thu nhận kết quả học tập và báo cáo của học viên, nâng cao hiệu quả giảng dạy

Một hệ thống quản lý các quá trình học đầy đủ phải gồm có các tính năng sau đây :

• Quản lý hồ sơ học viên

• Quản lý danh mục các đề nghị của học viên

• Công cụ lập kế hoạch học tập

• Cán bộ đào tạo

• Kết nối vào môi trường chuyển giao để chuyển giao các đề nghị học tập

• Giám sát sự chuyển giao/tham gia

• Giám sát sự đánh giá và kiểm tra

• Các công cụ phân quyền đánh giá

• Các bộ liên kết, ghép nối nội dung

Thực chất, hệ thống quản lý các quá trình học có nhiệm vụ quản lý môi trường học tập, cung cấp không gian để giúp cho việc tổ chức và giới thiệu nội dung tới học viên, quản lý các kế hoạch học tập, theo dõi, giám sát các hoạt động và kết quả của quá trình học tập

Các nhà cung cấp LMS hiện nay đang tiến những bước vững chắc trong việc mở rộng thị trường của họ bằng việc tích hợp các công cụ quản lý truy nhập, công cụ đánh giá và công cụ chuyển giao phân phối vào các sản phẩm của họ

b Hệ thống quản lý nội dung khóa học (LCMS)

Quản lý cách thức cập nhật, quản lý và phân phối khóa học một cách linh hoạt Người thiết kế nội dung chương trình học có thể sử dụng LCMS để sắp xếp, chỉnh sửa và đưa ra các khóa học/chương trình Hệ thống LCMS

sử dụng cơ chế chia sẻ nội dung khóa học trong môi trường học tập chung, cho phép nhiều người sử dụng có thể truy cập đến các khóa học, tránh được

sự trùng lặp trong việc phân bổ các khóa học và tiết kiệm được không gian lưu trữ Cùng với sự ra đời của truyền thông đa phương tiện, LCMS cũng

hỗ trợ các dịch vụ liên quan âm thanh và hình ảnh, đưa các nội dung giàu hình ảnh và âm thanh vào môi trường học

Các đặc trưng của một LCMS điển hình gồm có:

• Các công cụ lắp ghép nội dung

• Các công cụ kiểm tra nội dung cũng có thể đi kèm với LCMS

• Công cụ kiểm soát truy nhập được tích hợp để hỗ trợ việc đăng ký, lưu trữ và phục hồi các đối tượng theo bất kỳ tiêu chuẩn nào của các công cụ kiểm soát truy nhập

• Một kho chứa nội dung các siêu dữ liệu (metadata) được kích hoạt (bao gồm thiết bị lưu trữ với một số chức năng quản lý nội dung và danh mục đề nghị)

• Một trình quản lý hồ sơ học viên đơn giản, mặc dù các trình này trong các sản phẩm LCMS thường rất phức tạp

• Một hệ thống phân phối nội dung cho phép hệ thống LCMS định vị, phục hồi và giúp cho các đối tượng tương ứng phù hợp với môi trường chuyển giao

Rất nhiều các sản phẩm LCMS tích hợp tất cả các thành phần trên dựa trên

mô hình thiết kế giáo dục hay các lý thuyết đào tạo Một công cụ khác có thể được tích hợp vào các sản phẩm LCMS đó là công cụ phục vụ cho việc chuyển đổi các tài liệu có định dạng StarOffice, PowerPoint, hay Word thành các đối tượng kiến thức có thể được sử dụng bởi một hệ thống quản

Học viên tương tác với hệ thống thông qua hệ thống LMS vì chức năng chính của hệ thống LMS là quản lý học viên và các hoạt động của hệ thống đào tạo trực tuyến LCMS cung cấp cho LMS nội dung của các bài giảng, ngược lại LMS cung cấp cho LCMS các thông tin về tình hình học tập của các học viên Giảng viên thông qua các phòng học ảo để tương tác với các

hệ thống LMS và LCMS, từ đó giao tiếp với các học viên và thực hiện công việc giảng dạy của mình

1.3.1.3 Nội dung đào tạo

Xây dựng bài giảng và dạy học từ xa là những thành phần chính trong Learning Đây cũng chính là quá trình đưa nội dung bài giảng của giảng viên lên mạng Nội dung của bài giảng được thiết kế tại phòng Lab đa phương tiện theo đúng đáp án và bổ sung thêm các thông tin từ các bài báo nghiên cứu hoặc giáo trình có nội dung liên quan Nội dung bài giảng có thể thay đổi hoặc xóa bất cứ khi nào cần thiết

E-Toàn bộ các tài liệu đa phương tiện (Multimedia Content) và tất cả các thông

tin khác trong bài giảng đều được quản lý trong một thư viện điện tử Sau khi hoàn tất các thiết kế bài giảng, các bài giảng sẽ được ghi vào đĩa CD-Rom hay

trong kho dữ liệu đa phương tiện (Multimedia Data) nhằm mục đích lưu trữ

cho thư viện Các tư liệu ở dạng in ấn như giáo trình liên quan đến môn học, những bài báo và cáctài liệu khác được liệt kê ở phần tham khảo của bài

giảng Các văn bản điện tử (Digital Content) trong bài giảng được lưu trữ

dưới định dạng PDF, TEXT, HTML, XML Nội dung bài giảng trên Internet

nên thiết kế ở dạng HTML (Hyper Text Markup Language)

Phòng lab biên soạn giáo trình cần được trang bị các công cụ để xuất bản các loại giáo trình và bài giảng đa phương tiện Thêm vào đó cần chuẩn bị các dịch vụ thông qua đường truyền Internet hoặc vệ tinh, quản lý các nội dung

bài giảng đã tạo và các công cụ để tạo bài giảng Bên cạnh đó cần tạo điều kiện dễ dàng cho giáo viên không quen dùng Internet bằng cách cung cấp cho

họ các chương trình thiết kế HTML tiện lợi và một số công cụ hướng dẫn để đưa bài giảng trên web sever

1.3.2 Hoạt động của hệ thống E–Learning

Căn cứ vào mô hình chức năng và mô hình hệ thống của một hệ thống Learning, ta có thể đưa ra một mô hình cấu trúc của hệ thống E-Learning như hình 1.5 Khi tham gia vào hệ thống E-Learning, mỗi thành phần trong mô hình cấu trúc thực hiện một nhiệm vụ và tương tác giữa chúng là động cơ cho guồng máy E-Learning hoạt động:

E-• Giảng viên: cung cấp nội dung khoá học cho phòng xây dựng nội dung dựa trên những kết quả học tập dự kiến nhận từ phòng quản lý đào tạo Ngoài ra, họ sẽ tham gia tương tác với học viên thông qua hệ thống quản lý học tập LMS

Hình vẽ 1.5 Mô hình cấu trúc của hệ thống

• Học viên: Sử dụng cổng thông tin người dùng để học tập, trao đổi với giảng viên qua hệ thống LMS, sử dụng các công cụ hỗ trợ học tập

• Phòng biên tập, xây dựng chương trình: Các kỹ thuật viên đảm nhận trách nhiệm xây dựng, thiết kế bài giảng điện tử theo chuẩn SCORM (thiết kế kịch bản, soạn thảo nội dung, sử dụng kỹ thuật tích hợp multimedia để xây dựng bài giảng) Thông qua hệ thống LMS, kỹ thuật viên lấy nội dung bài giảng từ các giảng viên và chuyển chúng thành các bài giảng điện tử Trong quá trình xây dựng, họ có thể sử dụng những đơn vị kiến thức có sẵn trong ngân hàng kiến thức hoặc dùng các công cụ thiết kế để thiết kế các đơn vị kiến thức mới Sản phẩm cuối cùng là các bài giảng điện tử được đưa vào ngân hàng bài giảng điện tử

• Phòng quản lý đào tạo: Các chuyên viên đảm trách nhiệm vụ quản lý việc đào tạo qua hệ thống LMS Ngoài ra thông qua hệ thống này, họ cần phải tập hợp được các nhu cầu, nguyện vọng của học viên về chương trình và nội dung học tập để lập nên những yêu cầu cho đội ngũ giảng viên, tạo nên một chu trình kín góp phần liên tục cập nhật, nâng cao chất lượng giảng dạy

• Cổng thông tin người dùng (hay còn gọi là user’s portal): Giao diện

chính cho học viên, giảng viên cũng như phòng xây dựng chương trình, phòng quản lý đào tạo truy cập vào hệ thống đào tạo Giao diện này hỗ trợ truy cập qua Internet từ máy tính cá nhân hoặc thậm chí từ

các thiết bị di động thế hệ mới (mobile)

• Hệ thống quản lý nội dung LCMS: giảng viên và phòng xây dựng chương trình cùng hợp tác trong môi trường đa người dùng này để

xây dựng nội dung bài giảng điện tử LCMS được kết nối với các ngân hàng kiến thức và ngân hàng bài giảng điện tử

• Hệ thống quản lý học tập LMS: Khác với LCMS chỉ tập trung vào xây dựng và phát triển nội dung, LMS hỗ trợ cho việc học tập cũng như quản lý học tập của học viên Các dịch vụ như đăng ký, giúp đỡ, kiểm tra cũng được tích hợp vào đây Vì vậy LMS là giao diện chính cho học viên học tập cũng như cho phòng quản lý đào tạo để quản lý việc học tập của học viên

• Các công cụ hỗ trợ học tập khác: Bao gồm các công cụ hỗ trợ cho việc học tập của học viên như thư viện điện tử, phòng thực hành ảo, trò chơi v.v Trên thực tế chúng có thể được tích hợp vào hệ thống LMS

• Các công cụ thiết kế bài giảng điện tử: Dùng để hỗ trợ việc xây dựng

và thiết kế bài giảng điện tử, bao gồm các thiết bị kỹ thuật số như máy ảnh, máy quay phim, máy ghi âm cho đến các phần mềm chuyên dụng để xử lý đa phương tiện cũng như để thiết kế xây dựng bài giảng điện tử và lập trình Đây chính là những công cụ chính hỗ trợ cho phòng xây dựng chương trình

• Ngân hàng kiến thức: Là cơ sở dữ liệu lưu trữ các đơn vị kiến thức cơ bản, có thể được tái sử dụng trong nhiều bài giảng điện tử khác nhau Phòng xây dựng chương trình sẽ thông qua hệ thống LCMS để tìm kiếm, chỉnh sửa, cập nhật cũng như quản lý ngân hàng dữ liệu này

• Ngân hàng bài giảng điện tử: Là cơ sở dữ liệu lưu trữ các bài giảng điện tử Các học viên sẽ truy cập đến cơ sở dữ liệu này thông qua hệ thống LMS

1.4 Ưu nhược điểm của quá trình dạy học trực tuyến

• Quá trình dạy học trực tuyến làm biến đổi cách học cũng như vai trò của người học viên Nếu như trong đào tạo trực diện, người thầy đóng vai trò trung tâm thì trong đào tạo trực tuyến, người học đóng vai trò trung tâm Người học luôn phải chủ động và sáng tạo trong quá trình học Người học có thể học theo thời gian biểu cá nhân với nhịp độ tuỳ theo khả năng và có thể chọn các nội dung học, do đó nó

sẽ mở rộng đối tượng đào tạo rất nhiều

• E-learning cho phép học viên làm chủ hoàn toàn quá trình học của bản thân từ thời gian, lượng kiến thức cần học cũng như thứ tự học các bài, đặc biệt là cho phép tra cứu trực tuyến những kiến thức có liên quan đến bài học một cách tức thời, duyệt lại những phần đã học một cách nhanh chóng, tự do trao đổi với những người cùng học hoặc với giáo viên ngay trong quá trình học, những điều mà theo cách học truyền thống là không thể hoặc đòi hỏi chi phí cao

1.4.2 Nhược điểm

• Thiết kế nội dung dạy học trực tuyến phải tuân thủ nguyên tắc dạy – tự học Đây là nội dung còn khá mới đối với các giáo viên trong nước và khó triển khai trong điều kiện hiện nay

• Trong đào tạo trực tuyến, thầy và trò không giao tiếp trực tiếp với nhau Do đó, người thầy không nắm được năng lực, sở trường cũng như các điểm yếu của người học nên khó có thể đưa ra các ứng xử sư phạm hợp lý đối với từng người học

Để khắc phục những nhược điểm trên, chúng ta cần đưa ra một phương pháp

tự động phân loại người học để từ đó xây dựng những bài giảng phù hợp với từng đối tượng người học

Có nhiều phương pháp phân loại người học một cách tự động như sử dụng trí tuệ nhân tạo, lý thuyết chuyên gia, mạng nơ-ron nhân tạo… Trong phạm vi đề tài này, tôi sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để tự động phân loại người học

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NƠ-RON

2.1 Giới thiệu chung về mạng nơ ron

Bộ não con người là một tặng vật tuyệt diệu của tạo hóa Bộ não con người không chỉ tinh vi về mặt cấu tạo mà còn phức tạp về mặt hoạt động Vì vậy, tìm hiểu về bộ não người đã là mong muốn từ xa xưa của con người Với số lượng hơn mười lăm tỷ nơ-ron thần kinh, não người được coi là cơ chế sinh học phức tạp nhất Não người có khả năng giải quyết những vấn đề về cảm giác, vận động và đặc biệt là tư duy Não thực hiện xử lý thông tin nhờ mạng nơ-non và điều khiển mối liên lạc giữa các nơ-ron đó nhờ các xung thần kinh Các nơ-ron liên kết với nhau tạo thành mạng với hàng chục vạn phần tử hoạt động đồng thời và thống nhất với nhau Việc nghiên cứu thực hiện các mạng nơ-ron nhân tạo có khả năng xử lý như bộ não của con người và ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo trong nhận dạng, điều khiển, phân loại … đang là một hướng đi mới đầy triển vọng

Các nhà toán học từ lâu đã nghiên cứu mô phỏng bộ não con người dưới dạng toán học Trên cơ sở các nghiên cứu này, mô hình mạng nơ-ron nhân tạo ra đời Mạng nơ-ron nhân tạo là một bộ phận của khoa học trí tuệ nhân tạo, lĩnh vực tin học nghiên cứu ứng dụng máy tính điện tử thông minh hoạt động theo

cơ chế mô phỏng tư duy của con người Mạng nơ-ron nhân tạo có khả năng học và tái tạo lại những gì đã được học Chính nhờ đặc điểm này mà hiện nay mạng nơ-ron đang được phát triển rất mạnh và ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như: nhận dạng hình ảnh, đọc chữ viết, phân loại, điều khiển, rô-bốt, ứng dụng trong các thiết bị y tế như chẩn đoán bệnh, dự báo thời tiết,

dự báo tài chính và thương mại…

Quá trình nghiên cứu và phát triển mạng nơ-ron được chia thành 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Có thể tính từ nghiên cứu của William năm 1890 về tâm lý học

với sự liên kết các nơ-ron thần kinh Các nghiên cứu của Mc Culloch và Pitt vào năm 1940 đã cho biết nơ-ron có thể được mô hình hóa như thiết bị

ngưỡng (giới hạn) để thực hiện các phép tính logic Cũng thời gian đó Wiener

đã xét các mối liên quan giữa nguyên lý phản hồi và chức năng bộ não

Giai đoạn 2: Vào những năm 1960, gần như đồng thời một số mô hình

nơ-ron hoàn hảo hơn đã được đưa ra, đó là mô hình Perceptnơ-ron của Rosenblatt, Adaline của Widrow, ma trận học của Steinbuck

Giai đoạn 3: Vào khoảng đầu những năm 1980, những đóng góp to lớn cho

mạng nơ-ron giai đoạn này phải kể đến Grossberg, Kohonen, Rumelhart và Hopfied

Giai đoạn 4: Từ năm 1987 đến nay là giai đoạn mà việc nghiên cứu ứng dụng

mạng nơ-ron nhân tạo vào nhiều lĩnh vực khác nhau đã có những thành công lớn Hàng năm, thế giới đều mở hội nghị toàn cầu chuyên ngành nơ-ron

IJCNN (International Joint Conference on Neural Networks) Hàng loạt lĩnh

vực khác nhau như kỹ thuật tính, tối ưu, sinh học, y học, thống kê, hóa học…

đã đóng góp nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng mạng nơ-ron vào các lĩnh vực đó

2.2 Mô hình nơ-ron sinh học

Khi chúng ta nói về mạng nơ-ron, chúng ta cần phải nói một cách chính xác là

mạng ron nhân tạo (ANN - Artificial Neural Networks) bởi vì mạng ron sinh học (BNN - Biological Neural Networks) phức tạp và tinh vi hơn rất

nơ-nhiều các mô hình toán học chúng ta sử dụng cho các mạng nơ-ron nhân tạo Những mạng nơ-ron nhân tạo này đại diện cho một thế hệ mới đầy triển vọng của các hệ thống xử lý thông tin

Có nhiều cách định nghĩa mạng nơ-ron, song phần lớn những người làm việc trong lĩnh vực mạng nơ-ron có thể nhất trí với định nghĩa sau: “Mạng nơ-ron

là một hệ thống bao gồm rất nhiều phần tử xử lý đơn giản hoạt động song song Tính năng của hệ thống này phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống, cường

độ liên kết giữa các phần tử và quá trình xử lý bên trong các phần tử Hệ thống này có thể “học” các số liệu và có khả năng tổng quát hóa từ các số liệu học được.”

Mạng nơ-ron không phải hoàn toàn là mô hình của các mạng nơ-ron sinh học, nhưng phần lớn các mạng nơ-ron được xây dựng nhằm mục đích mô phỏng các chức năng của mạng nơ-ron sinh học Do đó, chúng ta sẽ xem xét một cách khái quát mô hình sinh học của mạng nơ-ron

Hình vẽ 2.1 Cấu tạo của các tế bào thần kinh sinh học

Hệ thần kinh ở người có khoảng 1011 tế bào thần kinh được gọi là các nơ-ron Mặc dù có ít nhất năm loại nơ-ron khác nhau nhưng chúng ta chỉ đề cập đến một loại nơ-ron điển hình Hình 2.1 minh họa cấu tạo của một nơ-ron, mỗi nơ-ron gồm có ba phần chính: