Đề tài Nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin dạy và học trên mạng Internet/Intranet

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DẠY VÀ HỌC TRÊN MẠNG INTERNET/INTRANET RESEARCH ON THE DEVELOPMENT OF AN INFORMATION SYSTEM FOR TEACHING AND LEARNING ON THE INTERNET/INTRANET LÊ VĂN SƠN - ĐẶNG HÙNG VĨ Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo nhằm vào việc mô hình hóa hệ thống thông tin dạy và học dưới dạng website bằng các công cụ và kỹ thuật tạo web động cho mạng Internet/Intranet trên cơ sở phân tích khả năng ứng dụng của một số phần mềm đào tạo hiện hành. Hệ thống được hình thành theo phương thức đa truy cập diễn ra đồng thời vào các tài nguyên dùng chung phân tán trong điều kiện đảm bảo gắn bó thông tin cho toàn hệ. ABSTRACT This article aims at modelizing the information system for teaching and learning in the form of Website with the tools and techniques of dynamic Web creation for the Internet/Intranet on the basis of application analysis of some current softwares for training. The system is formed by means of multi-accessment occuring synchronically in common resources distributed in case the information coherence of the whole system is assured. 1. Đặt vấn đề
Việc phát triển IPv6, ICMPv6 và các hạ tầng kỹ thuật tiên tiến không chỉ cho phép tăng tốc độ xử lý, trao đổi thông tin với khối lượng lớn mà còn thúc đẩy các dịch vụ ứng dụng mạng Internet/Intranet phát triển nhanh chóng [4]. Một trong những hướng quan trọng có tính chất cơ sở cho các ứng dụng mạng tiếp theo là xây dựng các phần mềm phục vụ công tác đào tạo. Hiện tại, có nhiều phần mềm đã trở thành sản phẩm thương mại hóa dưới các tên gọi khác nhau như trường ảo, lớp học ảo, phòng thí nghiệm ảo, lớp học mọi nơi,...với mục đích đổi mới phương thức dạy và học truyền thống và đã được Yan Bodain Trung tâm nghiên cứu Tin học và Jean-Marc Robert Trường Đại học Bách khoa Montréal Canada tổng hợp lại và công bố trong tài liệu [3]. Các sản phẩm phần mềm (xem hình vẽ 1) được thiết kế dưới dạng các giải pháp trọn gói và hướng vào 3 thực thể cơ bản là dạy, học và công cụ trợ giúp trên nền các website dùng chung được truy cập thông qua hệ thống đường truyền xa. Vấn đề trợ giúp công tác quản lý đào tạo cũng được các nhà thiết kế hệ thống quan tâm [6]. Dẫu rằng các tham số đánh giá còn khiêm tốn so với yêu cầu của một hệ thống dạy và học, nhưng hầu như có rất ít sản phẩm đạt được 100% yêu cầu của một phần mềm dạy và học. Tuy vậy, các giải pháp nêu trên đã có những đóng góp nhất định trong việc cải tiến công cụ và hoàn thiện phương pháp đào tạo (xem hình 2), góp phần khẳng định hướng nghiên cứu của hệ thống thông tin đào tạo trên mạng Internet/Intranet.
Trên cơ sở nguyên lý của hệ tin học phân tán và yêu cầu của giai đoạn 3 của quá trình tiến triển công cụ dạy và học, ta nhận thấy tính tất yếu của việc chuyển từ mô hình truyền thống, tập trung đến phân tán tương ứng với 3 loại công cụ cơ bản là thủ công, máy tính đơn và mạng máy tính. Mạng toàn cầu Internet với tính năng liên mạng đang phát triển nhanh về công nghệ cho phép triển khai các thiết kế phức tạp, đa dạng của hệ thống thông tin dạy và học mà người sử dụng i (i=1..Q, Q là số lượng truy cập cực đại) có thể kết nối với Server j trong môi trường k bất kỳ (j=1..M, M là số lượng môi trường trong liên môi trường mạng, k=1..N, N là số lượng Server của chính môi trường đó) để trao đổi thông tin và khai thác chung tài nguyên. Vấn đề quan trọng khi triển khai các hệ thống thông tin dạy và học trên Internet/Intranet là xây dựng các chuẩn phù hợp với kỹ thuật mạng tiên tiến, trợ giúp tốt cho công tác lập chương trình và triển khai vận hành có hiệu quả [5,1]. Trong phạm vi bài viết này, các tác giả nghiên cứu mô hình hóa với cấu trúc phân tán trên cơ sở các đặc thù và yêu cầu cho hệ thống thông tin dạy và học thể hiện dưới dạng các tham số và xây dựng mô hình đào tạo dùng chung MULVLEN (MULti-user Virtual Learning ENvironment) trên mạng Internet/Intranet. 2. Những đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin dạy và học Vai trò đặc biệt và tầm quan trọng của các thành phần chuẩn cho một phần mềm giáo trình điện tử nói riêng, hệ thống thông tin dạy và học nói chung theo hướng chuyên nghiệp đã được khái quát trong các tài liệu [3,5,6]. Trong phạm vi đề tài, tổ hợp các yếu tố đánh giá được nghiên cứu đề xuất làm cơ sở cho phân tích, nhận xét, xây dựng, thử nghiệm và vận hành các hệ thống thông tin dạy và học theo quan điểm của phân tán. Những thông tin thể hiện trong bảng 1 cho phép trình bày hệ thống các yếu tố đó. Bảng 1. Các thông số của hệ thống thông tin dạy và học TT  THÔNG SỐ  T H U Y Ế T M I N H V Ề C H Ứ C N Ă N G   1  TÌM KIẾM  Thoả mãn mục đích của việc tìm kiếm thông tin, trước hết là những thông tin liên quan mật thiết đến quá trình đào tạo.   2  THÔNG TIN  Giá trị đích thực của thông tin trong hệ thống thông tin với khối lượng và chất lượng tốt. Ngoài ra, còn phải xét đến độ tươi của thông tin cập nhật.   3  MÔ PHỎNG  Tạo ra môi trường đào tạo thuận lợi nhất cho việc dạy và học theo kiểu càng gần với môi trường vật lý càng tốt. Hệ phải được thiết kế phù hợp với tâm lý, có sức lôi cuốn, đòn bẩy cho việc tìm tòi, sáng tạo của người sử dụng. Thân thiện nhưng không tầm thường và không máy móc.   4  TIỆN ÍCH  Có tính khả thi cao và thuận lợi trong quá trình khai thác của người sử dụng. Bố trí khoa học, hợp lý. Hệ hoạt động đủ nhanh. Hệ mở với thư viện điện tử và các website khác.   5  LIÊN THÔNG  Đảm bảo trao đổi thông tin giữa 6 thực thể một cách thông suốt nhưng trong giới hạn cho phép. Đặc biệt là liên thông đa chiều giữa thầy và trò. Hệ thống dữ liệu vừa đóng để đảm bảo an toàn và bản quyền, vừa mở để có thể trao đổi với các hệ thống khác được thuận lợi.   6  CHI PHÍ  Chi phí toàn bộ được tính toán theo hướng nhìn về phía trước trên cơ sở khai thác các kỹ thuật tiên tiến kết hợp với các hệ thống đang sử dụng và xét đến các lần thay đổi version sau này.   7  TIN CẬY  Cần thiết phải so sánh phương án hiện hành với đào tạo mô phỏng về mặt chi phí trong quá trình vận hành các khóa đào tạo. Tìm cách giảm chi phí, tăng độ tin cậy của hệ để tăng hiệu quả đào tạo. Hệ cho phép đăng nhập và đăng ký dạy và học.   8  PHÂN TÁN  Tất cả các thông tin, đặc biệt là CSDL phải được thiết kế theo kiểu phân tán để tăng hiệu năng toàn hệ. Vấn đề đảm bảo gắn bó thông tin phải được giải quyết.   9  KIỂU  Thực hiện được với cả 2 kiểu đồng bộ và dị bộ trong truyền thông để hợp lý hóa việc truyền thông tin giữa các thực thể, đặc biệt thích nghi được với các loại thiết bị viễn thông đã được trang bị.   10  THÍ NGHIỆM  Sự tích hợp các thí nghiệm ảo cho các môn học cần phải thí nghiệm là rất cần thiết. Các thí nghiệm được thiết kế theo hướng phân tán, dùng chung với đa truy cập.   11  THẢO LUẬN  Tích hợp chat có âm thanh và hình ảnh để có thể tăng cường trao đổi thảo luận giữa các thành viên tham gia về lớp học, môn học, về hội thảo, hội nghị, về bài tập và thi vấn đáp.   12  GIẢI TRÍ  Tích hợp các trò chơi, trò đố và các dịch vụ giải trí khác qua mạng.   13  ĐÁNH GIÁ  Tích hợp được vào hệ các hình thức thi và kiểm tra tại chỗ và từ xa. Hệ cho phép đánh giá trình độ người học và người dạy. Theo dõi để khen thưởng và xử phạt.   14  TỔNG HỢP  Thống kê theo thời gian, theo khóa, lớp và các tình hình đào tạo khác để có thể ra các quyết định quản lý và phục vụ báo cáo lên cơ quan cấp trên và công tác lưu trữ.   15  NIÊM YẾT  Thông báo được các thông tin cần thiết đến với các đối tượng tham gia và những người quan tâm.   16  HƯỚNG DẪN  Cần phải biên soạn tài liệu hướng dẫn và chuẩn bị các khóa huấn luyện sử dụng hệ thống thông tin. Tài liệu được tích hợp trong phần Help.   17  DỰ PHÒNG  Hệ thống phải có các giải pháp kỹ thuật đủ tin cậy cho các tình huống bất trắc như sự cố thiết bị, chương trình, dữ liệu, mất nguồn,...   18  ĐA MÔN  Nhiều môn học cùng khai thác hệ đồng thời. Tăng cường khả năng dùng chung các tài nguyên hệ thống.   19  NHÓM  Cơ hội làm việc theo nhóm trong các dự án, đồ án, bài tập lớn.   Hệ thống thông tin dạy và học theo mô hình MULVLEN mang lại những lợi ích nhất định cho người sử dụng và mở ra những cơ hội lớn cho việc cải cách giáo dục. Những vấn đề này có thể khái quát trong hình vẽ 3. Hệ thống thông tin dạy và học được xem như là cơ hội và thách thức trong việc đổi mới hệ thống giáo dục truyền thống, trong đó việc giảng dạy, học tập và công cụ tác động qua lại giữa họ với nhau phải thay đổi một cách căn bản. Nhiều khái niệm và thói quen trong đào tạo truyền thống có thể phải bị thay đổi hoặc phải định nghĩa lại cho phù hợp điều kiện mới.
Hệ thống chuẩn bị các điều kiện kỹ thuật cần thiết để người dạy và người học có thể học ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào và có thể học ngay tại nhà của mình. Đấy là hình ảnh của lớp học, nhà trường học trong tương lai với một loại hình đào tạo cao hơn hẳn [4]. Ngoài ra, hệ còn cho phép giảm thiểu sự cách biệt không đáng có giữa những người học. Mọi người có cơ hội bình đẳng trong học tập và trong quan hệ. Song yếu tố cơ bản nhất vẫn là hệ phải được tổ chức sao cho mọi người có cảm giác gần gũi như thật trong quá trình giảng dạy và học tập. Khi xem xét, phân tích và thiết kế hệ thống thông tin, các yêu cầu kỹ thuật cơ bản được nêu lên như là những thông số cần phải đạt được nhằm đảm bảo sự hoàn thiện của hệ thống dạy và học.
Từ những thông số nêu trong bảng 1, để đảm bảo yêu cầu đối với sản phẩm phần mềm dạy và học cho từng môn học trong điều kiện phân tán qua mạng viễn thông như Internet, tổ hợp các yêu cầu cơ bản được nghiên cứu và có thể phản ảnh trong hình vẽ 4. Theo đó, các mối liên hệ cột và hàng cho thấy mỗi khi có một yêu cầu nào đó được đặt ra, thì lập tức kéo theo hàng loạt các vấn đề lớn khác phải được xét cho đến khi không còn vấn đề nào nữa. Trong môi trường phân tán vốn rất phức tạp, nếu một hệ thống được thiết kế chỉ quan tâm đến việc đáp ứng những đòi hỏi của người sử dụng, mà không chú trọng đúng mức đến vấn đề nhất quán và trình tự trong đa truy cập, thì khi vận hành hệ sẽ mắc phải vấn đề điều khiển trong quá trình khai thác. Hệ quả của vấn đề nêu trên là hệ chỉ đảm bảo khai thác những thông tin với sự gắn bó yếu. Ngoài ra, trong quá trình xây dựng hệ, người ta còn xét đến các yếu tố ngôn ngữ thuật toán, công cụ, hệ cơ sở dữ liệu, hệ điều hành, các phương tiện và chương trình trợ giúp biểu diễn hình ảnh, âm thanh dưới giác độ lệnh, thủ tục và hàm đã hỗ trợ được đến mức cần thiết cho hệ thống thông tin dạy và học. Yếu tố về trình duyệt, độ phân giải, loại và kiểu hoạt động của các vĩ mạch, màn hình cũng được xem xét trong giai đoạn này. 3. Phân tích thiết kế và xây dựng hệ thống thông tin dạy và học Hệ thống thông tin dạy và học là một tập hợp bao gồm nhiều Server kết nối với nhau theo nguyên tắc liên mạng và đa cấp (multilevel) để trao đổi thông tin và khai thác tài nguyên dùng chung bởi các Client. Trên mỗi Server, hệ thống có thể phân tán phần thông tin cố định hoặc tương đối cố định, việc truy cập được tiến hành theo kiểu phi trực tuyến hoặc trực tuyến. Tồn tại một vài Host đóng vai trò trung tâm điều khiển thông tin và thực hiện phép cập nhật mỗi khi cần thay đổi và đảm nhận chức năng trực tuyến. Hệ không sử dụng đồng hồ và bộ nhớ chung. Mô hình kỹ thuật sử dụng thiết bị trong hệ có thể được phản ảnh trong hình vẽ 5.

Người quản trị mạng và tất cả các Client truy cập vào hệ thống khai thác thông tin thông qua các trình duyệt có sẵn bao gồm những đối tượng được phản ảnh trong hình vẽ 6. Các đối tượng này gọi chung là người sử dụng và phải tiến hành các thủ tục cần thiết khi vào hệ nhằm đảm bảo vấn đề an toàn thông tin dùng chung. Tại các Server, hệ thống website dạy và học được cài đặt và địa chỉ của nó được cung cấp cho các người sử dụng để thực hiện việc đăng ký.
Cấu trúc của hệ thống thông tin dạy và học được biểu hiện bằng các mô đun chức năng như trong hình 7, trong đó MULVLEN là khối điều khiển môi trường đào tạo dùng chung cho nhiều môn học. Các mô đun kết nối với các CSDL khác nhau trên hệ thống các tập tin được phân theo loại thông tin nhằm tăng hiệu suất truy cập. Việc đăng ký để giảng dạy, học tập và thực hiện các công việc có liên quan đến đào tạo được tiến hành trên cơ sở của mô đun đăng nhập. Trong quá trình nghiên cứu, hệ thống thông tin dạy và học được xem là một trong những đối tượng quan trọng phải được phân tích, thiết kế và tạo cơ sở cho việc xây dựng các chương trình dạy và học các môn học cụ thể. Việc xây dựng chương trình có thể được tiến hành bằng các ngôn ngữ hay các công cụ xây dựng web động như ASP, PHP, HTML,... trên cơ sở sử dụng các hệ dữ liệu có sẵn như Oracle, Access, FoxPro,... Riêng phần thử nghiệm sản phẩm kết quả, đề tài đã sử dụng PHP trên MySQL với máy chủ Apache 2.0. 4. Kết luận Việc nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin dạy và học trên mạng Internet/Intranet đã đạt được các kết quả nhất định. Đó là: 1. Mô hình hóa hệ thống thông tin dạy và học trên mạng Internet/Intranet, một hình thức đào tạo mới trên mạng máy tính 2. Xây dựng các thông số yêu cầu phần mềm, các tiêu chuẩn của hệ thống và cấu trúc của hệ thống trong điều kiện phân tán 3. Phân tích, thiết kế và xây dựng hệ thống website dạy và học trên PHP với cơ sở dữ liệu MySQL trên máy chủ Apache 2.0. Kết quả này đã được áp dụng trong dạy và học môn học Hệ tin học phân tán cho học viên Cao học ngành Công nghệ Thông tin ở một số cơ sở đào tạo trên địa bàn Đà Nẵng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Mohammad M.Fuad and Michael J. Oudshoorn, AdJava-Automatic Distribution of Java Application, 2001. Lê Văn Sơn, Hệ tin học phân tán, Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002. Toàn văn các báo cáo tại bao gồm: Classroom Anywhere: An Initiative of the United Nations University Internet in the Classroom and at Home: The Bridging Role of Publishers A Framework for Adaptative and Cooperative Learning for the Internet: SMART Learning Investigating Distance Learning on the Internet Lê Văn Sơn, Trần Nguyễn Hồng Phúc, Nghiên cứu các kỹ thuật thông báo lỗi và kỹ thuật truy vấn hệ thống trong mạng Internet bằng ICMP, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các Trường Đại học Kỹ thuật, Hà Nội, Số 38+39 (2002), tr. 23-30. Lê Văn Sơn và các tác giả, Nghiên cứu xây dựng giáo trình điện tử môn Sử-Địa địa phương, Đề tài cấp Bộ trọng điểm, mã số B2000-16-26-TĐ. Hoàng Kiếm, Công nghệ mạng và đa phương tiện đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia: Một số vấn đề chọn lọc của công nghệ thông tin (Báo cáo toàn văn), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hải Phòng, 2001, tr. 91-95.