1148 Phát triển nội dung dạy học dựa trên mô hình biểu diễn tri thức Knowledge Graph.docx

Lê Đức Long TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PHÁT TRIỂN NỘI DUNG DẠY HỌC DỰA TRÊN MƠ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC KNOWLEDGE GRAPH LÊ ĐỨC LONG* TÓM TẮT Bài báo trình bày cách tiếp cận để thiết kế nội dung dạy học trực tuyến Ý tưởng nghiên cứu phân chia nội dung dạy học thành hai phần, (1) thành phần tri thức nội dung xây dựng dựa mơ hình biểu diễn tri thức Knowledge Graph – mơ hình đảm bảo cho tri thức nội dung đủ, đúng, hợp lí; (2) thành phần tri thức sư phạm dựa vào khuôn mẫu đề xuất – nhằm đảm bảo cho việc trình diễn tri thức cần học cách rõ ràng chi tiết Từ khóa: e-Learning, nội dung dạy học, thiết kế dạy học, TPCK, Knowledg Graph (KG), e-Course ABSTRACT Developing online learning contents based on Knowledge Graph model The paper presents a new approach to designing on-line learning contents The main idea is to divide learning contents into two parts, (1) the content knowledge based on the Knowledge Graph model – a knowledge representation model that ensures the pedagogical features such as completeness, correctness, and logicality; and (2) the pedagogical knowledge based on a proposed framework which ensures the demonstration of content knowledge explicitly and in detail Keywords: e-Learning, learning content, instructional design, TPCK, Knowledge Graph (KG), eCourse Đặt vấn đề Đối với hệ thống dạy học môi trường truyền thống đào tạo trực tuyến, toán phát triển nội dung dạy học xem vấn đề chuyên gia sư phạm hay người thiết kế hệ thống Nội dung dạy học nhìn góc độ sư phạm chia thành hai phần: (1) thành phần tri thức nội dung – tri thức vấn đề khoa học cần dạy Đây phần kiến thức lõi, yêu cầu tính xác mà người học cần phải hiểu ghi nhớ; (2) thành phần tri thức kĩ sư phạm dùng để diễn giải làm rõ, giúp người học hiểu vấn đề nắm bắt tri thức lõi cách dễ dàng Thành phần thứ hai này, thân thành tố quan trọng giúp cho việc dạy học trở nên hiệu hấp dẫn, lại thường không biểu cách tường minh dạy học phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng/kĩ sư phạm người giáo viên Do vậy, vấn đề tin học hóa nội dung dạy học không đơn giản tồn hai thành phần với mục đích khai thác tốt hiệu dạy học hoạt * TS, Trường Đại học Sư phạm TPHCM; Email: longld@hcmup.edu.com động học tập, đặc biệt mơi trường có hạn chế giao tiếp trực tiếp đối tượng dạy học, chẳng hạn hệ đào tạo trực tuyến Hai thập kỉ gần đây, với hàng loạt nghiên cứu lĩnh vực thiết kế dạy học dẫn đến kết đời mơ hình TPCK – Technological Pedagogical Content Knowledge – [1],[8],[10],[11] Mơ hình xem phù hợp với quan điểm dạy học thời đại số nay, nên áp dụng rộng rãi việc đào tạo giáo viên [12] thiết kế nội dung dạy học có ứng dụng ICT [9] Trong đó, ba thành phần mơ hình content knowledge – tri thức nội dung, pedagogical knowledge – tri thức kĩ sư phạm technological knowledge – tri thức công nghệ Phần giao trung tâm ba thành phần Technological Pedagogical Content Knowledge (viết tắt TPCK), lượng tri thức cần thiết cho dạy học, thể cho quan tâm "nhiều″ tính cơng nghệ, ″ nhiều hơn″ tính sư phạm ″ nhiều nữa″ tri thức nội dung, đồng thời nhấn mạnh cân đối ba thành phần thiết kế dạy học cần thiết Bài toán phát triển nội dung ứng dụng e-Learning thường gắn liền với mơ hình thiết kế dạy học để nhằm đảm bảo tính hiệu hấp dẫn người học Tuy nhiên, nghiên cứu trước lĩnh vực thiết kế dạy học thường trọng đến việc xây dựng chiến lược sư phạm cho hiệu qua đó, đo lường mức độ sử dụng hoạt động sư phạm người dạy để đánh giá chất lượng dạy học, bất chấp ″ nội dung chủ đề dạy gì″ , ″ dạy″ ″ đối tượng người học học, biết gì″ ; nghiên cứu không quan tâm đến thành phần tri thức sư phạm việc chuyển tải nội dung việc tạo hiệu cho hoạt động dạy-học [2],[3],[8] Tiếp cận với tốn quan tâm, câu hỏi đặt nghiên cứu là: “Liệu có cách tổ chức nội dung dạy học thỏa mãn số tính chất sư phạm để khai thác cách hiệu mơi trường dạy học có hạn chế mặt giao tiếp người dạy người học hay không?" Bài báo trình bày cách tiếp cận để phát triển nội dung dạy học dựa ý tưởng ứng dụng mơ hình biểu diễn nội dung tri thức – Knowlegde Graph [5],[6],[7] Nghiên cứu trọng đến việc gắn kết tính sư phạm vào kiến thức cần chuyển tải đến người học qua việc khai thác thành phần tri thức nội dung định nghĩa Knowledge Graph kết hợp với thành phần tri thức sư phạm thiết kế khuôn mẫu đề xuất Bài báo gồm phần, tiếp sau phần (1) – đặt vấn đề, phần (2) giới thiệu sơ lược mơ hình Knowledge Graph, phần (3) phần quan trọng nhất, nêu cách tiếp cận để phát triển nội dung dạy học dựa mơ hình Knowledge Graph, phần thứ (4) trình bày quy trình phát triển nội dung dạy học, phần cuối (5) phần kết luận 2 Giới thiệu mơ hình biểu diễn nội dung tri thức - Knowledge Graph Knowledge Graph [6],[7] mơ hình biểu diễn nội dung tri thức dạng tốn học Ý tưởng mơ hình tổ chức lại tri thức nội dung thành đỉnh (node), tính hợp lí (logic) kiến thức thể thành cung (edge) nối đỉnh để hình thành đồ thị tri thức – Knowledge Graph (viết tắt KG) Mơ hình mơ tả chi tiết với nhiều định nghĩa giải thuật liên quan để xây dựng khai thác KG nhiều góc độ khác Thành phần đỉnh đồ thị KG định nghĩa thuật ngữ PI (ý giảng – Prime idea, viết tắt PI), PI biểu diễn cho ″ đơn vị kiến thức sở (nhỏ nhất) cần hiểu ghi nhớ chủ đề (nội dung) học, diễn tả đoạn văn không gây nhập nhằng″ [7] Xem hình Hình Cây phân cấp thành phần KG Xét mối tương quan chương trình đào tạo với KG, hai thể mục tiêu đào tạo mức độ tổng quát Chương trình đào tạo gồm khung chương trình với học phần liên quan, KG chứa đựng thành phần nội dung tri thức làm tảng cho việc xây dựng nội dung dạy học học phần Khi đó, chương trình đào tạo cụ thể tương ứng với đồ thị tri thức KG, chứa đựng thành phần nội dung tri thức tập ý giảng PI (và tập điều kiện quy định tính hợp lí kiến thức); thành phần khác như: học phần, học chủ đề học tương ứng với đồ thị Sub-KG trích xuất từ KG (minh họa hình 2) Như vậy, việc xây dựng chương trình đào tạo không dừng lại việc thiết kế khung chương trình học phần, mà cịn bao gồm việc xây dựng thành phần nội dung tri thức, đóng vai trò kiến thức cốt lõi học phần KG đóng vai trị đảm bảo tính đúng, đủ hợp lí thành phần tri thức nội dung chủ đề học (topic), học (lesson), học phần/môn học (course) chương trình đào tạo (curriculum) Bản thân KG hàm chứa tính sư phạm người thiết kế nội dung từ ban đầu quy trình xây dựng nội dung việc khai thác KG ngữ cảnh dạy học khác cần đến tính hấp dẫn gắn kết người học để nội dung dạy học thực đáp ứng nhu cầu người học Hình KG ứng với thành phần chương trình đào tạo [4] Phát triển nội dung dạy học dựa KG Khái niệm e-Course đề xuất nghiên cứu toán phát triển nội dung dạy học dựa KG tác giả, hướng đến liên kết thành phần tri thức nội dung với thành phần tri thức sư phạm người giáo viên giảng dạy dựa kinh nghiệm khả sư phạm nhằm chuyển tải kiến thức đến người học, giúp họ có hội lĩnh hội kiến thức cần học cách trọn vẹn dễ dàng, đặc biệt trình tự học/tự nghiên cứu qua mạng Hay nói khác đi, e-Course kết hợp thành phần kiến thức lõi trích xuất từ KG thành phần giao diện chứa đựng tính sư phạm giáo viên Xem hình Thành phần kiến thức lõi e-Course đóng vai trị ″ khung xương″ môn học chứa tri thức nội dung Đó phần kiến thức tảng đảm bảo tính đúng, đủ hợp lí dựa Sub-KG trích xuất từ KG Thành phần giao diện e-Course phần thể bên ″ khung xương″ để trình diễn đến người học cho hấp dẫn gắn kết Phần thiết kế phụ thuộc khả kinh nghiệm sư phạm giáo viên cho học viên lĩnh hội kiến thức tảng ″ khung xương″ Câu hỏi đặt ″ làm để thiết kế thành phần giao diện hấp dẫn gắn kết với người học mà kinh nghiệm sư phạm giáo viên cịn hạn chế?″ Để giải vấn đề này, tác giả đề nghị khn mẫu trình bày phần Hình e-Course ý nghĩa thành phần Mỗi e-Course có cấu trúc tương tự học phần thông thường, với số thay đổi bổ sung cho phù hợp với học phần trực tuyến, cụ thể có thành phần sau: topic (tương ứng với chủ đề học), e-Lesson (tương ứng với học) e-Course Thành phần e-Course thực chất topic, topic thể ″ nội dung cần truyền đạt″ giáo viên chủ đề người học, nhằm để người học tự học/tự nghiên cứu lĩnh hội kiến thức cần thiết chủ đề Topic có đặc điểm sau: - Thành phần ″ lõi″ PI muốn thể Một topic không thiết thể PI - Thành phần thể ″ bên ngồi″ thơng qua giao diện người dùng nội dung topic, thay đổi tùy theo thiết kế giáo viên - Nội dung topic phân chia thành dạng khác như: dạng khái niệm, ngun lí hay quy trình, thao tác; dạng lí thuyết hay tập; dạng đơn giản hay phức tạp, để từ nội dung biên soạn trình bày thích hợp theo loại (ở dạng câu hỏi gợi ý, giải thích, hướng dẫn phù hợp) - Tập hợp thành nội dung khác người thiết kế dạy học dựa Sub-KG mục tiêu cho trước Hình Khn mẫu chung để xây dựng e-Course Để xây dựng e-Course thực chất phải tiến hành hai giai đoạn - Giai đoạn 1: Phát sinh Sub-KG học phần từ chương trình đào tạo KG học phần cụ thể dựa mục tiêu môn học - Giai đoạn 2: Xây dựng thành phần giao diện e-Course - cụ thể thiết kế topic e-Course, dựa vào khuôn mẫu đề xuất bên Hình minh họa cho khn mẫu để xây dựng chủ đề dạy học (topic) Xuất phát từ mục tiêu dạy học, giáo viên xác định trọng tâm, trọng tâm chủ đề dạy học để phân tích thành hai thành phần: kiến thức/kĩ cần dạy kiến thức/kĩ cần học Ở đây, giáo viên thiết kế thành phần kiến thức/kĩ cần dạy, dựa việc trả lời câu hỏi gợi ý 4 Quy trình xây dựng e-Course dựa Sub-KG 4.1 Thủ tục xây dựng e-Course tổng quát Sơ đồ tổng quát việc xây dựng e-Course tổng quát, xem hình Hình Cách tiếp cận xây dựng e-Course từ Sub-KG Cụ thể bước thủ tục sau: 1) Xác định tập mục tiêu đầu vào, đầu dựa yêu cầu cụ thể; 2) Phát sinh Sub-KG dựa mục tiêu, kiểm tra Sub-KG môn học; 3) Thiết kế kịch dạy học xây dựng topic, để thực phải: 3a) Sử dụng công cụ hỗ trợ phổ biến để biên soạn xuất nội dung theo chuẩn (thường chuẩn e-Learning thông dụng); 3b) Dựa vào "khuôn mẫu″ (ở hình 4) để thiết kế dạng topic khác nhằm tạo hấp dẫn người học tự học/tự nghiên cứu; 4) Tạo liên kết cho topic tổ chức thành e-Lesson/e-Course; 5) Hoàn thiện xuất e-Course theo ngữ cảnh sử dụng 4.2 Khai thác e-Course ngữ cảnh khác thử nghiệm thực tế e-Course mang ý nghĩa nội dung dạy học thiết kế cho mục tiêu dạy học Vì vậy, e-Course phải đảm bảo thích nghi với ngữ cảnh dạy học cụ thể Trong thực tế giảng dạy cho thấy lớp học hay nhóm đối tượng học khác người dạy phải có thay đổi, điều chỉnh nội dung dạy học hoạt động dạy học cho phù hợp với khả năng, đặc điểm điều kiện đối tượng học đó, chí với lớp học khác khối/cấp lớp có khác q trình dạy học lớp Mặt khác, nội dung dạy học trực tuyến việc phù hợp với đặc điểm cá nhân nhu cầu học cá nhân người học nhóm người học lại phải quan tâm nhiều trình thiết kế, ảnh hưởng đến việc tham gia học tập trực tuyến đối tượng học Người học tham gia hệ thống hệ thống thỏa mãn nhu cầu học tập họ, khơng vấn đề gượng ép từ phía giáo viên nhà quản lí đào tạo Vấn đề đặt ″ điều chỉnh lại nội dung dạy học phù hợp với ngữ cảnh mà không tính đầy đủ hợp lí kiến thức sở?″ Ở ví dụ minh họa hình 6, khóa học trực tuyến với ba nhóm người học có đặc điểm khác nhau, nhóm với đặc điểm thói quen học (habit = ′ >2h′ ); kiểu học (style = ′ active′ ); kiến thức (background = ′ good′ ), nhóm với đặc điểm khác thói quen học (habit = ′