Luận án tiến sĩ Lí luận và phương pháp dạy học: Dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:179

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo" nhằm xây dựng và áp dụng được mô hình, tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI trong dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Lí luận và phương pháp dạy học: Dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---oo0oo--- Đinh Thị Mỹ Hạnh ĐINH THỊ MỸ HẠNH DẠY HỌC CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ AI HỖ TRỢ DẠY HỌC CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC Hà Nội – 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đinh Thị Mỹ Hạnh DẠY HỌC CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO Ngành: Lí luận và phương pháp dạy học Mã số: 9140110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ TỨ THÀNH Hà Nội – 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận án là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa được tác giả khác công bố. Các dữ liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận án đều có nguồn gốc rõ ràng. Tôi xin chịu trách nhiệm về những lời tôi đã cam đoan ở trên. Hà Nội, ngày tháng 8 năm 2023 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU SINH Ngô Tứ Thành Đinh Thị Mỹ Hạnh Trang i
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận án, tôi đã nhận được rất nhiều động viên từ gia đình; thầy, cô giáo; các đồng nghiệp; bạn bè và các bạn sinh viên. Đây là nguồn động lực rất lớn giúp tôi vượt qua các khó khăn, thử thách trong quá trình nghiên cứu đề tài luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến PGS.TS Ngô Tứ Thành đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu; trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo của Viện Sư phạm Kĩ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội – nơi tôi học tập, nghiên cứu; lãnh đạo và đồng nghiệp tại Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các đơn vị, cá nhân đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực nghiệm, khảo sát các nội dung của luận án. Tôi xin cảm ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp, đã luôn sát cánh, giúp đỡ tôi thực hiện thành công những nghiên cứu của luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi tới những bạn sinh viên lời cảm ơn, lòng yêu quý với những hỗ trợ nhiệt tình của các bạn trong các đợt thực nghiệm công trình nghiên cứu. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Đinh Thị Mỹ Hạnh Trang ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... xi DANH MỤC CÔNG THỨC ................................................................................. xiii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1.1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................... 1 1.1.1. Tăng cường ứng dụng Công nghệ Thông tin vào đổi mới giáo dục, đáp ứng yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 ............................................. 1 1.1.2. Vai trò của AI trong dạy học .................................................................. 3 1.1.3. Tác động của AI trong dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin ............................................................................................................................. 5 1.2. Câu hỏi nghiên cứu ....................................................................................... 6 1.3. Giả thuyết nghiên cứu ................................................................................... 6 1.4. Mục đích nghiên cứu..................................................................................... 6 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 6 1.6. Đối tượng và khách thể nghiên cứu .............................................................. 6 1.7. Phạm vi nghiên cứu....................................................................................... 7 1.8. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ................................................... 7 1.8.1. Cách tiếp cận .............................................................................................. 7 1.8.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 7 1.9. Ý nghĩa khoa học của luận án .......................................................................... 8 1.9.1. Về lí luận ................................................................................................ 8 1.9.2. Về thực tiễn ............................................................................................ 8 1.10. Những luận điểm bảo vệ ................................................................................ 8 1.11. Những đóng góp mới của luận án .................................................................. 9 1.12. Cấu trúc của luận án ..................................................................................... 10 Trang iii
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN DẠY HỌC CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO............................................................................... 11 Tóm tắt chương 1 .................................................................................................. 11 1.1. Tổng quan nghiên cứu về AI và AIEd ........................................................... 11 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................... 11 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................... 18 1.1.3. Một số bài học kinh nghiệm và hướng nghiên cứu tiếp theo ............... 23 1.2. Các khái niệm liên quan đến đề tài ................................................................ 23 1.2.1. Khái niệm công cụ ................................................................................... 23 1.2.2. Một số khái niệm khác liên quan ............................................................. 27 1.3. Cơ sở lí luận về dạy học với sự hỗ trợ của AI ............................................... 29 1.3.1. Mô hình dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ ........................................ 29 1.3.2. Các thành tố của quá trình dạy học .......................................................... 32 1.3.3. Những ứng dụng nổi bật của AI trong hỗ trợ dạy học ............................. 34 1.3.4. Tác động và những thách thức của AI đối với việc dạy và học trong giáo dục đại học ................................................................................................. 35 1.3.5. Một số công cụ trong dạy học có sự hỗ trợ của AI.................................. 38 1.4. Các lí thuyết và phương pháp dạy học có liên quan ...................................... 44 1.4.1. Lí thuyết kết nối ....................................................................................... 45 1.4.2. Dạy học tương tác .................................................................................... 47 1.4.3. Dạy học kết hợp ....................................................................................... 49 1.5. Điều kiện triển khai dạy học với sự hỗ trợ của AI ......................................... 50 1.6. Thực trạng dạy học ngành CNTT với sự hỗ trợ của AI ................................. 51 1.6.1. Mục đích khảo sát ................................................................................ 51 1.6.2. Đối tượng ................................................................................................. 51 1.6.3. Nội dung .................................................................................................. 51 1.6.4. Phương pháp......................................................................................... 52 1.6.5. Đánh giá thực trạng về dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI ............ 52 Tiểu kết chương 1 ................................................................................................. 57 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ DẠY HỌC VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC ................................................................................... 59 Tóm tắt chương 2 .................................................................................................. 59 Trang iv
2.1. Đặc điểm ngành Công nghệ thông tin và nhu cầu đào tạo nhân lực ngành Công nghệ thông tin .............................................................................................. 59 2.1.1. Đặc điểm ngành Công nghệ thông tin ..................................................... 59 2.1.2. Nhu cầu đào tạo nhân lực ngành Công nghệ thông tin ............................ 60 2.2. Phân tích chương trình ngành Công nghệ thông tin ...................................... 62 2.2.1. Mục tiêu ................................................................................................... 62 2.2.2. Chuẩn đầu tra ....................................................................................... 62 2.2.3. Phương pháp và công cụ đánh giá ....................................................... 63 2.3. Nguyên tắc thiết kế dạy học với sự hỗ trợ của AI.......................................... 64 2.3.1. Đảm bảo tương tác người và máy ........................................................ 64 2.3.2. Đảm bảo tính thống nhất và khoa học với việc sử dụng các phương tiện dạy học khác ...................................................................................................... 65 2.3.3. Đảm bảo tính hiệu quả ......................................................................... 65 2.3.4. Đảm bảo tính gợi mở, định hướng cho người học ............................... 65 2.3.5. Đảm bảo nguyên tắc về cấu trúc của khóa học trực tuyến ................... 65 2.4. Mô hình dạy học với sự hỗ trợ của AI cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin ..................................................................................................................... 65 2.4.1. Các hình thức dạy học .......................................................................... 65 2.4.2. Mô hình dạy học với sự hỗ trợ của AI cho sin viên ngành Công nghệ thông tin ............................................................................................................. 68 2.5. Thiết kế khóa học học phần cơ sở ngành với sự hỗ trợ của AI...................... 72 2.5.1. Môi trường và phương tiện dạy học ..................................................... 72 2.5.2. Thiết kế học liệu số .............................................................................. 72 2.6. Thiết kế hệ thống dạy học với sự hỗ trợ của AI ............................................. 77 2.6.1. Thiết kế tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của AI .................................. 77 2.6.2. Thiết kế website dạy học với sự hỗ trợ của AI .................................... 80 2.6.3. Chatbot ................................................................................................. 84 2.6.4. Cá nhân hóa .......................................................................................... 94 2.7. Kịch bản dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI ....................................... 101 Tiểu kết chương 2 ............................................................................................... 103 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................... 105 Tóm tắt chương 3 ................................................................................................ 105 3.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp thực nghiệm và đánh giá ..................... 105 3.1.1. Mục đích thực nghiệm và đánh giá ........................................................ 105 Trang v
3.1.2. Địa điểm, đối tượng thực nghiệm và đánh giá ...................................... 105 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm và đánh giá ................................................. 105 3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm ..................................................................... 106 3.2.1. Phương pháp chuyên gia ........................................................................ 106 3.2.2. Phương pháp điều tra thông tin .......................................................... 110 3.2.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ................................................... 115 Tiểu kết chương 3 ............................................................................................... 122 THẢO LUẬN ........................................................................................................ 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 128 1. Kết luận ..................................................................................................... 128 2. Kiến nghị ................................................................................................... 129 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .......................................................................................................................... 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 132 PHỤ LỤC 1: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG ............................................... 1 PHỤ LỤC 2: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG PHIẾU KHẢO SÁT GV..... 4 PHỤ LỤC 3: PHIẾU KHẢO SÁT SINH VIÊN VỀ VIỆC SỬ DỤNG CHATBOT TRONG HỖ TRỢ HỌC TẬP ............................................................ 7 PHỤ LỤC 4: PHIẾU XIN Ý KIẾN SINH VIÊN VỀ VIỆC AI HỖ TRỢ CÁ NHÂN HOÁ HỌC TẬP ........................................................................................... 8 PHỤ LỤC 5: PHIẾU XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA ............................................ 11 PHỤ LỤC 6: DANH SÁCH CHUYÊN GIA XIN Ý KIẾN................................. 13 PHỤ LỤC 7: DANH SÁCH SINH VIÊN LỚP THỰC NGHIỆM NỘI DUNG ỨNG DỤNG CHATBOT HỖ TRỢ DẠY HỌC .................................................. 16 PHỤ LỤC 8: DANH SÁCH SINH VIÊN LỚP ĐỐI CHỨNG NỘI DUNG ỨNG DỤNG CHATBOT HỖ TRỢ DẠY HỌC............................................................. 18 PHỤ LỤC 9: DANH SÁCH SINH VIÊN LỚP THỰC NGHIỆM NỘI DUNG ỨNG DỤNG “CÁ NHÂN HOÁ” ĐỂ HỖ TRỢ DẠY HỌC ............................... 20 PHỤ LỤC 10: DANH SÁCH SINH VIÊN LỚP ĐỐI CHỨNG NỘI DUNG ỨNG DỤNG “CÁ NHÂN HOÁ” ĐỂ HỖ TRỢ DẠY HỌC ............................... 23 Trang vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT * Từ tiếng Việt Từ viết tắt Đọc là CNTT Công nghệ Thông tin CMCN Cách mạng công nghệ CTĐT Chương trình đào tạo ĐTĐM Điện toán đám mây GDĐT Giáo dục và đào tạo GV Giảng viên SV Sinh viên PPDH Phương pháp dạy học TTNT Trí tuệ nhân tạo * Từ tiếng Anh Từ viết tắt Viết đầy đủ Nghĩa tiếng Việt AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo AR Augmented Reality tương tác thực tại ảo AIEd Artificial Intelligence in Education Trí tuệ nhân tạo trong giáo dục ChatGPT Chat Generative Pre-trained Tên của một hệ thống Transformer chatbot AI, ra mắt lần đầu vào tháng 11/2022 DLR Digital Learning Material, Digital Thuật ngữ học liệu số Educational Resources hay Digital Learning Resources IoT Internet of Things Internet vạn vật ICT Information & Communication Công nghệ Thông tin và Technologies Truyền thông ITS Intelligent Tutoring Systems Hệ thống dạy học thông minh ML Machine learning Học máy SMAC Social, Mobile, Analytics và Cloud Mạng xã hội, điện toán đám mây, di động, phân Trang vii
tích dựa trên dữ liệu lớn OLE Online Learning Environment Môi trường học tập trực tuyến OLI Open Learning Initiative Sáng kiến Học tập mở VR Virtual Realtime thực tế ảo STEM Science, Technology, Engineer, Một chương trình giảng Math dạy được thiết kế để trang bị cho người học các kiến thức và kĩ năng liên quan đến lĩnh vực khoa học (Science), công nghệ (Technology), kĩ thuật (Engineer), toán học (Math) KNN K-nearest Neighbor Tên của 1 thuật toán SPSS Statistical Package for the Social Tên của phần mềm thống Sciences kê được sử dụng phổ biến cho các nghiên cứu điều tra xã hội học và kinh tế lượng LMS Learner Management System Hệ thống quản trị người học MOOC Massive Open Online Course Khoá đào tạo từ xa OLMs Open Learner Models Mô hình người học mở RM Recommendation module Module khuyến nghị Trang viii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Điểm dữ liệu đầu vào ................................................................................ 40 Bảng 1.2 Tập dữ liệu huấn luyện .............................................................................. 41 Bảng 1.3 Tập dữ liệu kiểm thử ................................................................................. 41 Bảng 1.4 Tính khoảng cách và sắp xếp đối với tập huấn luyện ............................... 41 Bảng 1.5 Tính khoảng cách từng điểm trong tập dữ liệu kiểm thử .......................... 42 Bảng 1.6 Thông tin kết quả....................................................................................... 42 Bảng 1.7 Một số PPDH tương tác được đề xuất ứng dụng trong thời gian dạy học trực tiếp trên lớp........................................................................................ 48 Bảng 1.8 Thông tin về nội dung khảo sát thực trạng ............................................... 51 Bảng 1.9 Các mức thang đo Likert ........................................................................... 52 Bảng 1.10 Các biến số nghiên cứu với các số câu hỏi và loại đo lường tương ứng 53 Bảng 1.11 Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn của các phát biểu liên quan đến ý kiến và quan điểm của SV về AIEd và mức độ sẵn sàng sử dụng AI ................ 53 Bảng 1.12 Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn của các phát biểu liên quan đến quan điểm của GV về AIEd và mức độ sẵn sàng sử dụng AI để hỗ trợ dạy học 54 Bảng 1.13 Kết quả khảo sát về hệ thống đánh dấu theo dõi .................................... 55 Bảng 1.14 Kết quả khảo sát về các công nghệ AI .................................................... 56 Bảng 1.15 Kết quả khảo sát về những kì vọng đối với công nghệ AI trong hỗ trợ dạy học ...................................................................................................... 56 Bảng 2.1 Chỉ tiêu tuyển sinh ngành CNTT ở bậc đại học tại một số trường ........... 61 Bảng 2.2 Kịch bản dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI .................................. 101 Bảng 3.1 Thông tin lớp thực nghiệm sư phạm ....................................................... 106 Bảng 3.2 Bảng hỏi khảo sát ý kiến của chuyên gia ................................................ 106 Bảng 3.3 Bảng phân tích kết quả khảo sát ý kiến chuyên gia ................................ 107 Bảng 3.4 Kết quả tính cần thiết về mức độ đồng ý ................................................. 108 Bảng 3.5 Kết quả mức độ đồng ý của tiêu chí “Tính hợp lí”................................. 108 Bảng 3.6 Kết quả mức độ đồng ý của tiêu chí “Tính khả thi” ............................... 109 Bảng 3.7 Bộ câu hỏi khảo sát SV về việc sử dụng Chatbot trong hỗ trợ học tập .. 111 Bảng 3.8 Phân bố đánh giá mức độ của thang đo Likert ....................................... 111 Bảng 3.9 Đánh giá trung bình, phương sai và thứ bậc của các câu hỏi................ 111 Bảng 3.10 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về cá nhân hóa học tập ................. 112 Bảng 3.11 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về việc giảng dạy trên khóa học có sử dụng AI ............................................................................................... 113 Bảng 3.12 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về việc AI có thể giúp dự đoán nhu cầu của người học không? ...................................................................... 114 Bảng 3.13 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về mức độ thỏa mãn các nhu cầu tâm lí về học tập của SV có AI ....................................................................... 114 Bảng 3.14 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về khóa học và nội dung ............... 115 Bảng 3.15 Kết quả phân tích dữ liệu khảo sát về hiệu quả sau bài học có AI ....... 115 Trang ix
Bảng 3.16 Thông tin lớp TN và lớp ĐC trong nội dung về Chatbot ...................... 116 Bảng 3.17 Kết quả kiểm định T-test độc lập năng lực của SV trước thực nghiệm của hai lớp TN1 và ĐC1 ................................................................................ 116 Bảng 3.18 Tổng hợp các tham số thống kê của bài kiểm tra ................................. 117 Bảng 3.19 Bảng mô tả nội dung bài học và chuẩn kĩ năng cần đạt ....................... 118 Bảng 3.20 Kết quả đánh giá kĩ năng lập trình C/C++ của hai lớp TN và ĐC ...... 118 Bảng 3.21 Thống kê tổng trị số trung bình và độ lệch chuẩn ................................ 120 Bảng 3.22 Trị số trung bình và phương sai TN-ĐC ............................................... 120 Bảng 3.23 Paired Samples Correlations ................................................................ 121 Bảng 3.24 Kiểm định T-test độc lập ....................................................................... 121 Bảng 3.25 Bảng đối chiếu 1 vài số liệu so sánh giữa lớp TN và lớp ĐC ............... 121 Trang x
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hai quan niệm thay thế về mối kết hợp giữa AI và Ed (Nguồn: [13]) ...... 12 Hình 1.2 Hệ thống sinh thái cho các hệ thống dạy kèm thông minh (Nguồn:[4]) ... 17 Hình 1.3 Hệ sinh thái cơ bản của giáo dục được cá nhân hóa dựa trên AI (Nguồn: [52]) .......................................................................................................... 18 Hình 1.4 Dấu hiệu của quá trình dạy học (Nguồn: [65]) ........................................ 25 Hình 1.5 AI tham gia vào quá trình dạy - học .......................................................... 26 Hình 1.6 Những bước phát triển của giáo dục qua các cuộc CMCN thế giới ......... 30 Hình 1.7 Mô hình TPCK (Nguồn: [75]) ................................................................... 31 Hình 1.8 Mô hình thiết kế dạy học của Dick và Carey (Nguồn: [76])..................... 32 Hình 1.9 Cấu trúc các thành tố của quá trình dạy học (Nguồn: [65]) .................... 33 Hình 1.10 Điều chỉnh của quá trình dạy học (Nguồn: [65]) ................................... 33 Hình 1.11 Minh họa thuật toán phân lớp ................................................................. 39 Hình 1.12. Mức độ công nghệ Chatbot được sử dụng trong các lĩnh vực (Nguồn:[88]) ............................................................................................. 43 Hình 1.13 Mô hình các bình diện của các PPDH (Nguồn: [96]) ............................ 45 Hình 1.14 Mô hình các bình diện của dạy học với sự hỗ trợ của AI ....................... 45 Hình 1.15 Mối quan hệ giữa PPDH theo Lí thuyết kết nối và các lí thuyết dạy học tích cực khác (Nguồn:[100]) ..................................................................... 46 Hình 2.1 Mô hình dạy học với sự hỗ trợ của AI ....................................................... 68 Hình 2.2 Các công nghệ AI ...................................................................................... 70 Hình 2.3 Minh họa bài học, tài liệu.......................................................................... 73 Hình 2.4 Minh họa bài tập theo chương .................................................................. 74 Hình 2.5 Hình minh họa khóa học Đồ họa máy tính ................................................ 74 Hình 2.6 Quản lí thông tin khoá học ........................................................................ 75 Hình 2.7 Chức năng thêm bài giảng ........................................................................ 75 Hình 2.8 Hình ảnh minh họa về chức năng quản lí danh sách bài học ................... 76 Hình 2.9 Chức năng tạo phần Testcase.................................................................... 76 Hình 2.10 Chức năng thêm bài tập nhóm tại module Quản lí bài tập ..................... 76 Hình 2.11 Chức năng tạo cuộc thi tại module Quản lí Cuộc thi .............................. 77 Hình 2.12 Tiến trình tổ chức dạy học với sự hỗ trợ của AI...................................... 77 Hình 2.13 Các công việc trong giai đoạn chuẩn bị dạy học .................................... 78 Hình 2.14 Các công việc trong giai đoạn chuẩn bị dạy học .................................... 79 Hình 2.15 Các công việc trong giai đoạn kiểm tra, đánh giá và điều chỉnh các hoạt động ........................................................................................................... 80 Hình 2.16 Sơ đồ BFD của hệ thống hỗ trợ dạy học ................................................. 82 Hình 2.17 Hệ thống phân cấp chức năng dành cho admin ...................................... 83 Hình 2.18 Cấu trúc chung của Chatbot (Nguồn:[133])........................................... 85 Hình 2.19 Công cụ Chatbot của hệ thống ................................................................ 86 Hình 2.20 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ML course......................................................... 87 Trang xi
Hình 2.21 Kiến trúc hệ thống tương tác E-learning (Nguồn: [67])......................... 88 Hình 2.22 Giao diện của Chatbot trên website ........................................................ 89 Hình 2.23 Giao diện người dùng tương tác với hệ thống qua Chatbot ................... 89 Hình 2.24 Giao diện cửa số tương tác với các câu hỏi gợi ý sẵn ............................ 90 Hình 2.25 Giao diện tạo các nội dung trả lời tự động ............................................. 90 Hình 2.26 Giao diện chức năng xây dựng kịch bản trả lời ...................................... 91 Hình 2.27 Sơ đồ hoạt động của Chatbot .................................................................. 92 Hình 2.28 Giao diện trang OpenAI .......................................................................... 93 Hình 2.29 Giao diện trang kiểm tra dung lượng sử dụng của ChatGPT ................. 93 Hình 2.30 Cá nhân hóa học tập................................................................................ 96 Hình 2.31 Sơ đồ kiến trúc hệ thống (phân hệ tổ chức khóa học) ............................. 97 Hình 2.32 Giao diện các khóa học ........................................................................... 98 Hình 2.33 Giao diện thông báo SV tham gia làm bài kiểm tra ................................ 98 Hình 2.34 Giao diện bài kiểm tra quá trình của SV ................................................. 99 Hình 2.35 Giao diện phần chấm điểm tự động của hệ thống ................................... 99 Hình 2.36 Giao diện chức năng Tạo cuộc thi ảo ................................................... 100 Hình 2.37 Giao diện phần làm bài thi của SV........................................................ 100 Hình 2.38 Hệ thống đưa ra lời nhận xét và kết quả ............................................... 101 Hình 3.1 Biểu đồ so sánh điểm của lớp TN và lớp ĐC .......................................... 121 Hình 3.2 Biểu đồ fi (%) đánh giá kết quả học tập SV .............................................. 122 Hình 3.3 Tổng hợp các tham số thống kê của bài kiểm tra .................................... 122 Trang xii
DANH MỤC CÔNG THỨC Công thức 1.1 Tính khoảng cách giữa 2 điểm theo công thức Euclidean ............... 40 Công thức 3.1 Công thức tính giá trị hệ số ảnh hưởng ES .................................... 117 Trang xiii
MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài 1.1.1. Tăng cường ứng dụng Công nghệ Thông tin vào đổi mới giáo dục, đáp ứng yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 Cuộc Cách mạng Công nghiệp (CMCN) 4.0 sẽ tạo ra những thay đổi sâu sắc về công nghệ sản xuất và lưu thông, phân phối, tạo ra những tác động mạnh mẽ, toàn diện đến mọi mặt của đời sống kinh tế - xã hội thông qua các công nghệ như Internet vạn vật (Internet of Things - IoT), trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI), thực tế ảo (Virtual Realtime - VR), tương tác thực tại ảo (Augmented Reality - AR), mạng xã hội, điện toán đám mây (ĐTĐM), di động, phân tích dựa trên dữ liệu lớn (Social, Mobile, Analytics và Cloud - SMAC)... để chuyển hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số. Trong những năm tới, các đại học trên toàn thế giới sẽ đứng trước những cơ hội và thách thức to lớn về đào tạo nhân lực thích nghi với sự thay đổi to lớn này. Giáo dục nói chung và giáo dục đại học nói riêng sẽ không nằm ngoài tầm ảnh hưởng đó. Xu hướng này phù hợp với hành vi thay đổi bao gồm các đặc tính như: tính song hành, kết nối và trực quan hóa [1], [2]. 1.1.1.1 Cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 đặt ra yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao Đảng ta đã xác định đào tạo nhân lực, nhất là nhân lực chất lượng cao là một trong những khâu đột phá để phát triển đất nước trong những năm tới. Nhu cầu nguồn nhân lực có trình độ cao (tốt nghiệp đại học và sau đại học) với kĩ năng mềm tốt (kĩ năng ngoại ngữ, ứng dụng Công nghệ Thông tin (CNTT), làm việc nhóm…) sẽ gia tăng trong những năm tới. Đảng và Nhà nước đã có nhiều văn bản quan trọng liên quan đến chủ trương, chính sách đầu tư cho công tác đào tạo, bồi dưỡng nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu hội nhập và phát triển của đất nước. Quyết định số 1981/QĐ-TTg ngày 18 tháng 10 năm 2016 về phê duyệt Khung cơ cấu hệ thống giáo dục quốc dân và Quyết định số 1982/QĐ-TTg ngày 18 tháng 10 năm 2016 về phê duyệt Khung trình độ quốc gia Việt Nam. Đây là hai văn bản quan trọng để các trường đại học định hướng mục tiêu đào tạo, điều chỉnh lại chương trình, khung thời gian, chuẩn đầu ra để đào tạo sinh viên (SV) có trình độ và năng lực tương đương với các trường đại học trong khu vực và trên thế giới. Nghị quyết 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 về “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế” ra đời đã có tác động tích cực đến nền giáo dục nước nhà. Theo đó, giáo dục Việt Nam đã có những bước phát triển tích cực. Trang 1
1.1.1.2 Sự chuyển đổi của quá trình dạy học dưới tác động của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 Sự chuyển đổi dạy học trong thế kỉ XXI, đặc biệt dưới tác động của cuộc CMCN 4.0 là quá trình dạy học có sự hỗ trợ của CNTT và Truyền thông (cụm từ trong tiếng Anh là Information & Communication Technologies, viết tắt là ICT), kết hợp dạy học theo những học thuyết kinh điển (Thuyết hành vi – B.F. Skinner, Thuyết nhận thức – E.C. Tolman, Thuyết kiến tạo xã hội – J.Piaget, J.Bruner, L.S.Vugotsky, Thuyết sư phạm tương tác – J.M.Denome, M.Roy v.v.) và học thuyết sư phạm kết nối. Vì vậy, quá trình dạy học trong thế kỉ XXI có sự dịch chuyển lớn, đặc biệt nhấn mạnh sự kết hợp với dạy học số. Việc ứng dụng các tiến bộ trong lĩnh vực ICT vào giáo dục nói chung và quá trình dạy – học nói riêng đã và sẽ tiếp tục đem lại những bước chuyển biến đáng kể. Vai trò của giáo viên và và sinh viên đều cần thay đổi để phù hợp với xu thế. Bảng 1 thể hiện sự chuyển đổi này. Bảng 1 Ứng dụng ICT trong giảng dạy mang lại sự thay đổi trong vai trò của giáo viên và sinh viên (Nguồn:[3]) Sinh viên Giáo viên Vai trò cũ Vai trò mới Vai trò cũ Vai trò mới Người tiếp nhận Người chủ động tìm Người truyền Người hỗ trợ học thông tin, tri thức là kiếm, chia sẻ thông thụ, chuyển giao tập, cộng tác viên, chủ thể thụ động tin, chủ thể tích cực thông tin, tri huấn luyện viên của quá trình dạy của quá trình học thức học tập Người tái hiện lại Người tạo ra tri thức Là nguồn thông Người định hướng kiến thức mới tin chính kiến thức và đồng hành với người học Thực hiện hoạt Thực hiện hoạt Là người kiểm Là người tạo ra cho động học tập đơn động học tập hợp soát và chỉ đạo sinh viên nhiều lựa lẻ, rời rạc tác, cộng tác nhóm tất cả các hoạt chọn và trách nhiệm động của người hơn với việc học học của chính họ Đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) bằng cách áp dụng rộng rãi, triệt để những thành tựu khoa học, đặc biệt CNTT là một trong những việc cần thiết và hiệu quả. Chính sách của Việt Nam về ứng dụng và phát triển CNTT trong Luật CNTT 2006 đã nêu rõ: “Ưu tiên ứng dụng và phát triển CNTT trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội và sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”, …“tạo điều kiện thuận lợi để phát triển cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia”, cho phép ứng dụng những thành tựu của CNTT vào trong giáo dục và đào tạo (GDĐT) thuận lợi. Hệ thống các văn bản chỉ đạo, triển khai từ Đảng, Chính phủ, các Bộ, ngành đã thể hiện sự quyết tâm cao trong việc đẩy mạnh và nâng cao chất lượng của việc ứng dụng CNTT trong đổi mới PPDH. Một số văn bản quan trọng có thể kể đến như Chỉ thị số 5444/BGDĐT-GDĐH, ngày 16 tháng 11 năm 2017 của Bộ GDĐT về áp dụng cơ chế đặc thù đào tạo các ngành thuộc lĩnh vực CNTT trình độ đại học, Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận Cuộc CMCN lần thứ 4, Quyết định số 117/QĐ-TTg ngày 25 Trang 2
tháng 01 năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án “Tăng cường ứng dụng CNTT trong quản lí và hỗ trợ các hoạt động dạy – học, nghiên cứu khoa học góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo giai đoạn 2016-2020 định hướng đến năm 2025”, Quyết định số 749/QĐ-TTg ngày 03 tháng 6 năm 2020 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “Chương trình Chuyển đổi số quốc gia đến năm 2025, định hướng đến năm 2030”... Trên cơ sở các Chỉ thị, Quyết định của Chính phủ, hằng năm, Bộ GDĐT đều ban hành chương trình, nhiệm vụ năm học để triển khai cụ thể hoá. Trong đó, nhiệm vụ về tăng cường CNTT trong dạy và học luôn là nhiệm vụ quan trọng. Gần đây nhất là Công văn số 4003/BGDĐT-CNTT ngày 07/10/2020 về việc hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ CNTT năm học 2020 – 2021. Ngày 26 tháng 01 năm 2021, Thủ tướng Chính phủ đã kí Quyết định số 127/QĐ-TTg ban hành Chiến lược quốc gia về nghiên cứu, phát triển và ứng dụng TTNT đến năm 2030, đặt mục tiêu đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển và ứng dụng AI, đưa AI trở thành lĩnh vực công nghệ quan trọng của Việt Nam trong cuộc CMCN lần thứ tư. Một trong những nội dung quan trọng liên quan đến việc thúc đẩy phát triển và triển khai các ứng dụng AI trong lĩnh vực giáo dục là: “Dự đoán nhu cầu công việc của thị trường; xác định tiêu chí đánh giá SV, hỗ trợ SV xác định được thế mạnh việc làm khi tốt nghiệp; tự động hóa quy trình nghiệp vụ của giáo viên; xác định các tiêu chí nhằm đạt mục tiêu học tập; cá nhân hóa việc học tập, nâng cao hiệu quả học tập có sự trợ giúp của giáo viên và trợ giảng ảo; hỗ trợ nâng cao nhận thức của SV”. 1.1.2. Vai trò của AI trong dạy học Theo dự báo của các chuyên gia kinh tế thế giới thì đến giữa thập niên 2030 sẽ có khoảng 30% lao động hiện nay được thay thế bằng robot. Khoảng thời gian này có thể rút ngắn hơn khi tốc độ phát triển AI, Big Data, IoT ngày càng mạnh mẽ như hiện nay. Trong những năm tới, những công việc đơn giản và mang tính lặp lại sẽ do máy móc thực hiện hoàn toàn. Ngay cả những công việc đòi hỏi trí tuệ như giáo viên, phiên dịch, chuyển ngữ, kế toán… cũng sẽ do robot thực hiện. Các trường đại học vì thế phải nhanh chóng đổi mới chương trình, mục tiêu đào tạo, phương pháp giảng dạy để đào tạo ra thế hệ SV mới có thể thích nghi với môi trường lao động đang biến đổi sâu sắc. Cuộc CMCN 4.0 đã và đang tác động mạnh mẽ đến mọi mặt đời sống xã hội, thông qua các công nghệ như IoT, AI, VR, AR, mạng xã hội, ĐTĐM, di động, phân tích dữ liệu lớn... để chuyển hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số. Cuộc CMCN 4.0 này có ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều lĩnh vực như: Giao thông, thương mại, dịch vụ, giải trí, y tế, nông nghiệp… và giáo dục. Giáo dục 4.0 đáp ứng nhu cầu của xã hội trong “kỉ nguyên sáng tạo”. Xu hướng này phù hợp với hành vi thay đổi với các đặc tính đặc biệt của tính song hành, kết nối và trực quan hóa. Giáo dục nói chung và giáo dục đại học nói riêng sẽ không nằm ngoài tầm ảnh hưởng đó. Giáo dục thay đổi trong nhiều thế kỉ, từ phạm vi kiến thức tới mô hình và không gian học tập. Trong thời đại CMCN 4.0, nhiều quan niệm học tập truyền thống đã thay đổi so với quá khứ, mở ra một viễn cảnh giáo dục rộng mở và linh hoạt hơn. Học tập suốt đời, học tại bất cứ đâu, vai trò của giảng viên (GV) từ chuyên gia thành người điều phối... là những khác biệt trong nền giáo dục. Trang 3
Một trong những công nghệ được nhắc đến nhiều trong một vài năm trở lại đây, góp phần tạo ra những bước đột phá mạnh mẽ và đem lại những kết quả “thần kì” chính là AI. AI là một ngành thuộc lĩnh vực khoa học máy tính, là trí tuệ do con người lập trình tạo nên với mục tiêu giúp máy tính có thể thực hiện tự động hóa các hành vi thông minh như con người. Tiếp cận theo hướng thực tế thì AI là lĩnh vực nghiên cứu triển khai, hướng tới phát triển máy tính (nói riêng) và máy (nói chung) với năng lực trí tuệ có thể chứng minh (cảm nhận, đối sánh; đo đếm, đánh giá) được. Một số năng lực trí tuệ điển hình là: (i) Học từ kinh nghiệm (trích rút tri thức từ kinh nghiệm) và áp dụng tri thức; (ii) Xác định và trích chọn các đặc trưng quan trọng của các đối tượng, sự kiện, quá trình; (iii) Xử lí tình huống phức tạp; (iv) Phản ứng nhanh chóng và chính xác đối với tình huống mới; (v) Nhận dạng và hiểu được ngữ nghĩa hình ảnh; (vi) Xử lí và thao tác kí hiệu (vii) Sáng tạo và có trí tưởng tượng; (viii) Sử dụng heuristic (mẹo). Việc chứng minh khả năng trí tuệ của máy hoặc do con người kiểm định (kiểm thử Turing) hoặc đánh giá khách quan (sử dụng các công cụ thống kê, logic vị từ và mệnh đề) [4]. Từ góc độ khái niệm đến các định hướng thực tế cho thấy, AI sẽ là một trong những “đòn bẩy” giúp CNTT trở nên ngày càng gần gũi trong cuộc sống và đem lại những bước đột phá trong những năm tiếp theo. Năm 2010, AI hầu như chỉ mới xuất hiện trong các bộ phim khoa học viễn tưởng hơn là trong cuộc sống thực hằng ngày. Tuy nhiên, công nghệ này giờ đây đã gần gũi hơn bao giờ hết. Cho đến nay, theo nhiều cách, AI đã trở nên phổ biến ở nhiều khía cạnh trong đời sống hàng ngày của chúng ta. AI xuất hiện trong điện thoại thông minh từ phần mềm nhận dạng khuôn mặt để mở khóa điện thoại cho đến các ứng dụng phổ biến như Google Maps. AI cũng tham gia vào các lĩnh vực khác như: chăm sóc sức khoẻ, nghệ thuật (tạo ra các tác phẩm âm nhạc, hội hoạ … “rất giống” với thứ tương tự mà con người tạo ra) [5]. Hiện nay, AI đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống. Tuy ứng dụng AI trong giáo dục chưa thật sự mạnh mẽ như trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật, nhưng với tính hiệu quả của nó, một số trường học bắt đầu phối hợp với các đơn vị công nghệ tiên phong để đưa AI vào giảng dạy và quản lí. Sự thay đổi trong quản lí, giảng dạy tại các đơn vị này là rất rõ nét. AI được sử dụng như một “giáo viên ảo” [6]. “Giáo viên ảo” ứng dụng học máy (Mearchine Learning) và AI sẽ mang lại một phương pháp học online hiệu quả, thiết thực nhất đến với người dùng. Ngoài việc sử dụng AI để tạo ra một “giáo viên ảo” cùng đồng hành với “giáo viên thật trong quá trình giảng dạy, chúng ta cũng có thể tận dụng sự hỗ trợ của AI bằng cách “nhúng” AI vào các website dạy học, qua đó thu thập, phân tích các “thói quen, hành vi” của SV trong quá trình học tập để đưa ra những “gợi ý”, “tư vấn” cho SV lựa chọn một phương pháp học tập hay một khoá học phù hợp. Đây là một giải pháp hiệu quả, có tính thực tế cao khi mà vai trò của “cố vấn học tập” trong điều kiện học tập theo tín chỉ luôn luôn là một nhiệm vụ quan trọng phải triển khai nhưng vì nhiều lí do khác nhau mà công việc này trên thực tế chưa được thực hiện một cách hiệu quả, còn mang tính hình thức. Việc tạo ra một “trợ lí học tập” trên nền tảng công nghệ AI là một hướng đi cần được quan tâm. Người học sẽ khó có được thành công nếu không giải quyết triệt để Trang 4
những vấn đề khó khăn mà họ gặp phải. Người học luôn cần tận dụng tối đa những “chi phí” về thời gian, công sức, vật chất… bỏ ra để đạt hiệu quả cao nhất. Để có thể làm tốt vai trò “cố vấn” và hỗ trợ cho một cá nhân hay một nhóm người học, một hệ thống thông minh cần phải mô hình hoá những thay đổi xảy ra ở người học, có cách thức để đo lường, đánh giá được năng lực hoặc trạng thái cảm xúc của người học, được lưu trữ trong các “mô hình người dùng”, đại diện cho những gì người học biết, cảm nhận và có thể làm. Phương pháp “học máy” và khai phá dữ liệu được sử dụng để khám phá những loại dữ liệu giáo dục riêng biệt nhằm hiểu rõ hơn về SV và thiết lập những nội dung SV cần học tập, qua đó giúp người học đạt hiệu quả học tập cao hơn. 1.1.3. Tác động của AI trong dạy học cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin Là những người được đào tạo chuyên sâu về CNTT, việc vừa được tiếp cận kiến thức truyền thụ từ GV (và các kênh khác) vừa thấy được các lợi ích thực tế mà CNTT nói chung và AI nói riêng đem lại trong quá trình học tập (thông qua các hệ thống tư vấn, hỗ trợ …) sẽ góp phần giúp SV gắn đào tạo với thực tiễn, có động lực và niềm tin vào ngành nghề, là nền tảng để SV tiếp tục con đường nghiên cứu và cho ra những sản phẩm về CNTT nói chung và AI nói riêng có ý nghĩa với cộng đồng. SV ngành CNTT có nhiều đặc điểm tâm sinh lí, các kĩ năng để dễ dàng tiếp cận các công nghệ mới, trong đó có AI. Những đặc điểm này sẽ được bàn luận kĩ ở các chương tiếp theo của luận án. Ngoài các đặc điểm về môi trường học tập truyền thống như SV các ngành đào tạo khác, về cơ bản, SV ngành CNTT có thời gian học tập, tương tác trên máy tính, Internet cũng như các ứng dụng, phần mềm máy tính nhiều hơn. Các kiến thức thuộc lĩnh vực CNTT nhìn chung thay đổi với tốc độ rất nhanh, sự xuất hiện của các công nghệ mới có thể thay đổi rất nhiều, rất sâu sắc đến các lĩnh vực đời sống, xã hội, trong đó có giáo dục. Điều này hình thành trong SV ngành CNTT sự nhanh nhạy, thích ứng với công nghệ, là đối tượng dễ dàng triển khai các thử nghiệm dạy học mới. Khi đưa AI vào hỗ trợ dạy học cho SV ngành CNTT, công nghệ này sẽ tác động đến nhiều mặt của quá trình dạy học. Trong đó, rõ nét nhất là tác động tích cực đến ý thức chủ động học tập, được trải nghiệm các cách thức dạy học mới với “trợ lí ảo” AI, các tương tác kịp thời và thường xuyên của chatbot giúp SV củng cố kiến thức. Đặc biệt, cá nhân hoá học tập là một trong những giải pháp để góp phần nâng cao chất lượng học tập của SV. Theo quan niệm đánh giá truyền thống, trong một lớp học, SV không theo kịp tiến độ dạy của GV là SV kém. Dưới quan điểm mới của AI, SV không theo kịp bài giảng không hẳn là kém, mà thực ra đó là do cách học và cách dạy không hợp nhau. Ứng dụng AI trong dạy học, với cùng một khái niệm kiến thức, các SV khác nhau có thể tiếp thu khác nhau, lúc này AI có thể biết được năng lực tiếp thu của từng SV và đưa ra chiến lược dạy học khác nhau phù hợp nhận thức của từng SV. Điều đó có nghĩa là, AI trong giáo dục tạo ra mô hình học cá nhân hóa, giúp mỗi SV có thể tự sử dụng chương trình học một cách phù hợp, theo năng lực bản thân. Với chương trình học cá nhân hóa, nội dung học tập được cung cấp sẽ thích nghi với tốc độ nhận thức của từng cá nhân. Nó có thể đưa ra những kiến thức khó hơn hoặc đề xuất, gợi ý những kiến thức, nguồn tài liệu tham Trang 5