Xây dựng hệ thống tư vấn hỗ trợ học sinh chọn ban tại trường trung học phổ thông võ văn kiệt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÝ THỊ KIỀU OANH XÂY DỰNG HỆ THỐNG TƯ VẤN HỖ TRỢ HỌC SINH CHỌN BAN TẠI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG VÕ VĂN KIỆT Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THANH BÌNH Phản biện 1: TS TRƯƠNG NGỌC CHÂU Phản biện 2: PGS.TS HOÀNG XUÂN HIỆP Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Khoa học máy tính họp Trường Đại học Trà Vinh vào ngày 16 tháng 09 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển cơng nghệ thơng tin, góp phần lớn đời sống người Nhờ có phát triển công nghệ mà người giảm sức lao động, bên cạnh giúp cho công tác quản lý thuận tiện hiệu Có nhiều tốn quản lý dùng hiệu như: quản lý công nhân xí nghiệp, quản lý nhân viên cơng ty, quản lý bệnh nhân bệnh viện, quản lý hệ thống bán vé máy bay, … Trong trường học phổ thơng sử dụng số tốn quản lý như: quản lý học sinh, quản lý thư viện, quản lý điểm cho học sinh, quản lý nhân viên giáo viên trường học, … Bên cạnh đó, nay, nhu cầu tìm kiếm thơng tin hữu ích nguồn liệu lớn xu hướng phát triển mạnh mẽ Các ứng dụng công nghệ thông tin với sở liệu khổng lồ góp phần khơng nhỏ tất lĩnh vực đời sống xã hội mang lại nguồn lợi lớn cho người dùng Việc khai thác nguồn thông tin từ sở liệu lớn không dựa vào phương pháp truyền thống, mà vận dụng từ kỹ thuật, phương pháp phân tích tổng hợp thơng tin Lượng thông tin định nhỏ phần cốt lõi, có giá trị cao tiến trình định Khai phá liệu trình trích lọc tri thức mẫu tin tiềm ẩn hữu ích từ kiện rời rạc Trong năm gần đây, trường trung học phổ thơng có tổ chức phân ban cho học sinh để học sinh học theo khối thi đại học Theo đó, học sinh chọn theo ban mà u thích hay theo nguyện vọng để thi đại học Cơng việc gặp nhiều khó khăn học sinh thay đổi ban lựa chọn, nguyên nhân em khơng biết chọn ban phù hợp Các em có nhiều vấn đề thắc mắc đặt nhiều câu hỏi để bổ sung kiến thức vào việc chọn ban phù hợp với ngành nghề mà em yêu thích hay theo xu hướng phát triển xã hội Mặc dù xã hội phát triển, Internet khơng xa lạ với em, em xem trang (vì q nhiều trang, trang thơng tin khác nhau) Vì vậy, em cần tư vấn trước chọn ban Việc mở buổi tư vấn khó khăn nhiều thời gian, khơng có giáo viên làm cơng tác này, khó để trả lời hết câu hỏi em học sinh Vì thế, tơi có giải pháp để giảm bớt lo lắng bỡ ngỡ cho học sinh, đồng thời giảm khó khăn cho người quản lý việc chọn ban học sinh, tư vấn cho học sinh chọn ban hệ thống tự động Cho nên chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống tư vấn hỗ trợ học sinh chọn ban trường trung học phổ thông Võ Văn Kiệt” để phục vụ học sinh cán quản lý việc chọn ban đầu năm học Mục đích ý nghĩa đề tài a Mục đích Bước đầu nghiên cứu số sở lý thuyết khai phá liệu để hỗ trợ phần giúp học sinh chọn ban phù hợp đăng kí vào lớp mới, giúp bạn học sinh hiểu rõ việc chọn ban, từ chọn ban học phù hợp với khả ngành nghề sau này, chủ động xây dựng kế hoạch học Đề tài đưa chương trình demo nhỏ minh họa việc xây dựng hệ thống hỗ trợ tư vấn b Ý nghĩa khoa học Đề tài đưa hệ thống tư vấn hỗ trợ công tác tư vấn chọn ban đăng ký ban học cho học sinh trường trung học phổ thông c Ý nghĩa thực tiễn Đề tài tạo kho liệu hỗ trợ tư vấn, tra cứu nhằm nắm thông tin tư vấn chọn ban Bên cạnh đề tài đưa hệ thống chọn ban hỗ trợ việc quản lý xếp lớp học trường THPT Võ Văn Kiệt Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Những kết nghiên cứu nhằm ứng dụng có hiệu cho cơng tác tư vấn quản lý chọn ban trường Trung học phổ thông Võ Văn Kiệt Để hồn thành mục đích, ý tưởng đặt ra, cần nghiên cứu nội dung sau: - Nghiên cứu thực trạng công tác tư vấn quản lý chọn ban trường Trung học phổ thông Võ Văn Kiệt - Nghiên cứu khai phá liệu - Nghiên cứu thuật toán Bayes phân lớp: nghiên cứu cách biểu diễn tri thức để xây dựng kho tri thức cho phù hợp với thuật toán Bayes phân lớp (Naive Bayes classifiers) - Phát biểu, phân tích cài đặt cho toán đặt - Đánh giá kết theo yêu cầu đề tài 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Kho liệu, phương thức quản lý vận hành kho liệu Nghiên cứu kỹ thuật khám phá tri thức khai phá liệu - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu xây dựng, quản lý kho liệu, khai phá liệu công tác tư vấn chọn ban học học sinh Nghiên cứu xây dựng hệ thống hỗ trợ hệ thống chọn ban cho học sinh trường trung học phổ thông Võ Văn Kiệt Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp lý thuyết Dựa vào tri thức khai phá liệu thuật toán suy diễn Bayes để xây dựng hệ thống tư vấn chọn ban trực tuyến mơ hình khai phá liệu Business Intelligence Development Studio Sử dụng công cụ hệ quản trị SQL Server Data Warehouse b Phương pháp thực nghiệm Dựa nghiên cứu lý thuyết để xây dựng ứng dụng “Xây dựng hệ thống tư vấn hỗ trợ học sinh chọn ban trường trung học phổ thông Võ Văn Kiệt” Chạy ứng dụng thử nghiệm máy đơn Phương tiện, công cụ triển khai - Microsoft SQL Server 2008 - Microsoft Visual Studio 2008 Bố cục luận văn Báo cáo luận văn thể chương 5 Chương Cơ sở lý thuyết: Chương giới thiệu tổng quan kho liệu, khám phá tri thức, khai phá liệu giới thiệu sơ phương pháp phân loại Naïve Bayes Chương Giải pháp hệ tư vấn hỗ trợ chọn ban: gồm phần như: giới thiệu công tác tư vấn chọn ban trường THPT Võ Văn Kiệt, phát biểu toán, giải pháp tổng thể, thiết kế chi tiết hệ thống tư vấn Chương Cài đặt thử nghiệm: gồm môi trường cài đặt, liệu đầu vào, cài đặt hệ thống, kết thử nghiệm, đánh giá kết 6 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Từ ứng dụng công nghệ thông tin sử dụng rộng rãi hệ thống máy tính, có khối lượng lớn liệu lưu trữ xử lý máy tính Vấn đề ứng dụng cơng nghệ thơng tin không lưu trữ vận hành liệu, mà việc tổ chức nguồn liệu để rút trích thơng tin hỗ trợ định Đây tiến hố cần thiết cho hệ thống thơng tin 1.1 Kho liệu 1.1.1 Tổng quan kho liệu 1.1.2 Mục đích kho liệu 1.1.3 Đặc tính kho liệu 1.1.4 Quy trình xây dựng kho liệu vấn đề liên quan 1.1.4.1 Kho liệu sở liệu 1.1.4.2 Kiến trúc kho liệu 1.2 Khám phá tri thức khai phá liệu 1.2.1 Tổng quan khai phá tri thức khai phá liệu 1.2.2 Quá trình khám phá tri thức 1.2.3 Quá trình khai phá liệu 1.2.4 Các kỹ thuật khai phá liệu 1.3 Giới thiệu cơng cụ xây dựng mơ hình khai phá liệu Business Intelligence Development Studio (BIDS) Microsoft 1.4 Giới thiệu phương pháp phân lớp Naïve Bayes 1.4.1 Vận dụng phương pháp toán học để phân lớp liệu 1.4.2 Phương pháp phân lớp Naïve Bayes 1.4.3 Thuật tốn Nạve Bayes 1.4.3.1 Mơ hình phân lớp Nạve Bayes 1.4.3.2 Thuật tốn Nạve Bayes 1.4.3.3 Các bước thực thuật tốn phân lớp Nạve Bayes 1.5 Kết luận Chương trình bày phần lý thuyết kho liệu, khai phá liệu, đồng thời nêu rõ việc sử dụng SQL Server công cụ BIDS để khai phá liệu đưa định, từ suy diễn luật, đồng thời giới thiệu sơ phương pháp phân lớp Naïve Bayes 8 CHƯƠNG GIẢI PHÁP HỆ TƯ VẤN HỖ TRỢ CHỌN BAN Trong năm gần phát triển công nghệ thông tin giáo dục, đem lại nhiều lợi ích to lớn cho giáo dục tồn cầu Thơng qua ứng dụng cơng nghệ thơng tin công tác dạy học, giáo dục nhanh chóng đạt nhiều kết khả quan Hưởng ứng với phát triển đó, tơi mạnh dạn tạo hệ thống hỗ trợ tư vấn chọn ban cho trường công tác, trường THPT Võ Văn Kiệt – thị trấn Vũng Liêm – tỉnh Vĩnh Long Để hình thành hệ thống tư vấn tơi có giải pháp hệ tư vấn hỗ trợ chọn ban sau: 2.1 Giới thiệu công tác tư vấn chọn ban trường THPT Võ Văn Kiệt Trường trung học phổ thông (THPT) Võ Văn Kiệt – thị trấn Vũng Liêm – tỉnh Vĩnh Long thành lập năm 2008 Trường có nhiệm vụ tuyển sinh vào lớp 10, phụ trách giảng dạy khối 10, 11, 12 Mỗi năm vào khoảng tháng 5, trường THPT Võ Văn Kiệt thông báo đến em học sinh khối 10 11 việc chọn ban cho năm học tiếp theo, em học sinh lớp thực cơng việc sau đậu kỳ thi tuyển sinh vào trường Học sinh tự chọn ban mà tư vấn trước, nên số chọn không đúng, dẫn đến việc học chuyển ban, nhiều trường hợp chuyển ban trễ (đã học vài tháng), khơng thể giải cho em Cho nên học lực em chưa đạt kết tốt 9 Cho đến trường chưa mở buổi tư vấn cho học sinh, đa phần em học sinh tự hỏi người thân, giáo viên bạn bè có thắc mắc Các học sinh hầu hết không tư vấn trước chọn ban, số cha mẹ, người thân khuyên học ban mà họ cho đúng, nhiều học sinh chọn theo bạn bè, số khác trực tiếp tìm thầy để trả lời câu hỏi mà em thắc mắc Gần đây, trường có website, website đăng nội dung kết học tập, số kế hoạch trường, tổ mơn, hình ảnh hoạt động trường, … chưa có hệ thống tư vấn giúp học sinh lựa chọn ban học Đây hệ thống tư vấn chọn ban trường, học sinh tư vấn website trường Hệ thống hỗ trợ phần đến việc lo lắng, đắn đo em học sinh trước thềm năm học 2.2 Phát biểu tốn tư vấn chọn ban Cơng tác chọn ban từ trước đến trường THPT Võ Văn Kiệt, thực cách giao cho học sinh tự ghi danh sách bạn lớp hay giáo viên chủ nhiệm ghi lại danh sách chọn ban theo ban học sinh lớp nộp cho ban giám hiệu trường Những năm học trước đây, trường THPT Võ Văn Kiệt chia bốn ban: A, B, C, D để đào tạo Bắt đầu từ năm học 20172018, trường đào tạo học sinh theo hai ban: - Ban khoa học tự nhiên: Rèn luyện nâng cao mơn: Lý, Hố, Sinh - Ban khoa học xã hội: Rèn luyện nâng cao môn: Sử, Địa, Giáo dục công dân 10 Học sinh phải chọn mơn học cho vừa sức, theo sở thích, thuận lợi cho việc thi vào trường đại học sau này, em phải chọn ban học Trước thực tế vậy, học sinh cần tư vấn trước lựa chọn ban, để tránh việc chạy ban học nhầm ban Vì thế, cần hệ thống hỗ trợ tư vấn, cung cấp thông tin, góp phần giải đáp thắc mắc cho học sinh phụ huynh 2.3 Phân tích tốn Với tốn đặt trên, ta cần xây dựng CSDL gồm bảng: danh sách học sinh, danh sách ngành nghề, … 2.3.1 Yêu cầu chức - Đăng nhập - Hỗ trợ tư vấn học sinh chọn ban: + Tư vấn dựa điểm trung bình cuối năm môn + Tư vấn dựa chọn môn học yêu thích + Tư vấn dựa ngành nghề - Đăng ký chọn ban - Lưu trữ - Thống kê - Kết xuất 2.3.2 Yêu cầu phi chức - Tính tiện dụng: Giao diện thân thiện dễ sử dụng - Tính hiệu quả: Đảm bảo khả truy xuất nhanh đến cửa sổ khả kiểm sốt lỗi tốt - Tính tương thích: Hỗ trợ trình duyệt Internet Explorer 11 trở lên trình duyệt khác Google Chrome, Opera, Mozilla Firefox, … 11 Hỗ trợ nhiều người dùng truy cập lúc Mã hóa thông tin cần bảo mật (như mật học sinh) 2.3.2.1 Đối với tư vấn chọn ban - Thao tác dễ dàng, đơn giản, cần học sinh có máy vi tính kết nối internet sử dụng Đảm bảo cung cấp đầy đủ thông tin công tác chọn ban trường - Xây dựng chế tư vấn, giúp học sinh chọn ban học, phù hợp với khả năng, việc thi đại học hay ngành nghề sau 2.3.2.2 Đối với việc chọn ban học sinh - Việc sử dụng đơn giản, dễ dàng, phù hợp với người sử dụng - Hệ thống đưa lựa chọn phù hợp cho học sinh việc học như: đưa lời khuyên, đăng ký chọn ban, … 2.4 Giải pháp tổng thể 2.4.1 Ý tưởng Trong báo cáo này, thấy kết tư vấn kết q trình thu thập thơng tin kết hợp với việc phân tích thơng tin thu thập nên phương pháp Bayes phương pháp thích hợp cho hệ tư vấn chọn ban học Phương pháp việc thu thập thông tin điểm trung bình cuối năm mơn mơn học yêu thích vào nhớ làm việc để thực trình tư vấn Trong trình tư vấn, máy suy diễn hệ thống dựa điểm trung bình hay mơn học u thích đầu vào có để thực dựa thuật tốn Bayes máy suy diễn để tư vấn 12 2.4.2 Hoạt động hệ thống 2.3.2.1 Mơ hình giải pháp ĐĂNG NHẬP TƯ VẤN TƯ VẤN THEO MÔN HỌC YÊU THÍCH TƯ VẤN THEO ĐIỂM MƠN HỌC CHỌN BAN TƯ VẤN THEO NGÀNH NGHỀ GHI KẾT QUẢ CHỌN BAN KẾT QUẢ TƯ VẤN KẾT THÚC Hình 2.1 Mơ hình hệ thống 2.3.2.2 Mô tả chi tiết hoạt động hệ thống Hệ thống bắt đầu học sinh nhập họ tên với mã số học sinh Các em học sinh chọn chọn bảng chọn như: Tư vấn, chọn ban, thống kê, … - Nếu học sinh chọn tư vấn: Các em chọn ba phương án tư vấn: + Tư vấn theo điểm mơn học: nhập điểm trung bình cuối năm mơn: Tốn, lý, hố, sinh, văn, sử, địa, giáo dục công dân + Tư vấn theo môn học u thích: chọn mơn học u thích: Tốn, lý, hố, sinh, văn, sử, địa, giáo dục cơng dân, tiếng anh, tin học, thể dục, quốc phịng, cơng nghệ 13 + Tư vấn theo ngành nghề: chọn nhóm ngành, sau chọn ngành mà em muốn học sau Kết tư vấn hiển thị hình - Nếu em chọn ban: Học sinh chọn hai ban: khoa học tự nhiên hay khoa học xã hội, kết chọn ban lưu lại - Thống kê: Học sinh xem kết chọn ban qua bảng chọn ban học sinh chọn ban theo khối - Hệ thống kết thúc học sinh chọn thoát 2.5 Thiết kế chi tiết 2.5.1 Thiết kế sở liệu Tri thức sau thu thập hiệu chỉnh tổ chức dạng database gồm bảng sau: TB_DSHOCSINH (MSHS, HOTEN, LOP, BAN, NGAY, LOPMOI) TB_LUATĐTB (MA, TOAN, LY, HOA, SINH, VAN, SU, DIA, GDCD, KQTV) TB_NHOM (Ma_Nhom, Ten_Nhom) TB_NGANH (Ma_Nganh, Ten_Nganh, Ma_nhom, KQTV) 14 2.5.2 Thiết kế thuật toán 2.5.2.1 Sơ đồ thuật toán chi tiết tư vấn dựa điểm trung bình mơn BẮT ĐẦU CƠ SỞ TRI THỨC CHỨA CÁC LUẬT VỀ CÁCH CHỌN BAN HỌC SINH NHẬP ĐIỂM TRUNG BÌNH CÁC MƠN Hình 2.2 Sơ đồ thuật toán chi tiết tư vấn dựa ÁP DỤNG THUẬT TỐN BAYES TÍNH XÁC SUẤT điểm trung SAI bình mơn X= MAX (XÁC SUẤT) ĐÚNG KẾT LUẬN CHỌN BAN HỌC KẾT THÚC 2.5.2.2 Sơ đồ thuật tốn chi tiết tư vấn dựa mơn học u thích BẮT ĐẦU Hình 2.3 Sơ đồ thuật tốn chi CHỌN MỘT MƠN HỌC U THÍCH KIỂM TRA KHTN? tiết tư vấn dựa SAI ĐÚNG KẾT LUẬN CHỌN BAN KHTN KẾT THÚC KẾT LUẬN CHỌN BAN KHXH môn học u thích 15 2.5.2.3 Sơ đồ thuật tốn chi tiết tư vấn dựa ngành nghề BẮT ĐẦU CƠ SỞ TRI THỨC CHỨA CÁC LUẬT VỀ CÁCH CHỌN BAN HỌC SINH CHỌN NHÓM NGÀNH VÀ CHỌN NGÀNH NGHỀ KIỂM TRA KHTN ? SAI ĐÚNG KẾT LUẬN CHỌN BAN KHXH KẾT LUẬN CHỌN BAN KHTN KẾT THÚC Hình 2.4 Sơ đồ thuật toán chi tiết tư vấn dựa ngành nghề 2.5.2.4 Học sinh chọn ban học Đào tạo theo ban giúp học sinh hứng thú học tập hơn, em có hội học mơn học u thích với số tiết nhiều hơn, thuận lợi em tham gia kỳ thi tốt nghiệp trung học phổ thông Sau tư vấn, học sinh tự đăng kí chọn ban học phù hợp 16 * Sơ đồ chi tiết chọn ban học BẮT ĐẦU CỞ SỞ TRI THỨC CHỨA CÁC DỮ LIỆU HỌC SINH CHỌN BAN BAN KHTN BAN KHXH KẾT THÚC Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán chi tiết chọn ban học sinh 2.6 Kết luận Trong nội dung chương này, trình bày cơng tác tư vấn chọn ban trường THPT Võ Văn Kiệt, đồng thời phát biểu tốn, phân tích tốn, đưa hoạt động hệ thống, mơ tả thuật tốn thiết kế chi tiết thuật toán hoạt động hệ thống tư vấn 17 CHƯƠNG CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM Trong chương cuối luận văn, cài đặt thử nghiệm hệ thống tư vấn chọn ban, địa điểm thực trường THPT Võ Văn Kiệt – thị trấn Vũng Liêm – tỉnh Vĩnh Long, nơi công tác Tôi cài đặt thử nghiệm chương trình suốt thời gian nhà trường phân công từ 15/07/ 2017 đến 26/07/2017, thời gian đó, tơi sử dụng hệ thống tư vấn chọn ban chọn ban cho 1500 học sinh trường 3.1 Môi trường cài đặt - Hệ điều hành Window 7, Window 8, … hệ điều hành khác tương đương trở lên - Microsoft NET Framework 4.5 - Microsoft SQL Server 2008 - Microsoft Visual Studio 2008 3.2 Dữ liệu đầu vào - Đăng nhập: Họ tên Mã số học sinh - Tư vấn dựa vào điểm trung bình mơn: Tốn, lý, hố, sinh, văn, sử, địa, giáo dục công dân - Tư vấn dựa vào lựa chọn mơn học u thích mơn sau: Tốn, lý, hố, sinh, văn, sử, địa, giáo dục công dân, tiếng anh, tin học, thể dục, quốc phịng, cơng nghệ - Tư vấn dựa theo ngành nghề: Các em lựa chọn nhóm ngành ngành nghề có sẵn danh sách - Chọn ban: Ban KHXH hay Ban KHTN 18 3.3 Cài đặt hệ thống 3.3.1 Các chức hệ thống - Đăng nhập hệ thống - Tư vấn: Hệ thống hỗ trợ tư vấn cho học sinh theo cách: Cách 1: Tư vấn theo điểm môn học Cách 2: Tư vấn theo mơn học u thích Cách 3: Tư vấn theo ngành nghề - Chọn ban: Hệ thống cho học sinh chọn ban: KHTN KHXH, lưu kết chọn ban vào CSDL - Thống kê: Thống kê lại kết chọn ban học sinh theo khối 3.3.2 Các thành phần hệ thống 3.2.1 Màn hình hệ thống Giao diện hệ thống với chức cho người dùng đăng nhập vào hệ thống, bảng chọn tư vấn, chọn ban thống kê 3.3.2.2 Màn hình đăng nhập hệ thống Màn hình đăng nhập cho phép người dùng đăng nhập vào hệ thống họ tên, mã số học sinh Trong trường hợp người dùng không đăng nhập click vào nút “THỐT” vào hệ thống kết thúc Khi người dùng phát nhập sai click vào nút “NHẬP LẠI” 3.3.2.3 Màn hình tư vấn theo điểm mơn học Màn hình tư vấn theo điểm mơn học, cho phép học sinh nhập điểm trung bình mơn, sau chọn nút lệnh “TƯ VẤN”, kết tư vấn hiển thị hình Trong trường hợp nhập sai, ... nhỏ minh họa việc xây dựng hệ thống hỗ trợ tư vấn b Ý nghĩa khoa học Đề tài đưa hệ thống tư vấn hỗ trợ công tác tư vấn chọn ban đăng ký ban học cho học sinh trường trung học phổ thông c Ý nghĩa... động trường, … chưa có hệ thống tư vấn giúp học sinh lựa chọn ban học Đây hệ thống tư vấn chọn ban trường, học sinh tư vấn website trường Hệ thống hỗ trợ phần đến việc lo lắng, đắn đo em học sinh. .. kho liệu, khai phá liệu công tác tư vấn chọn ban học học sinh Nghiên cứu xây dựng hệ thống hỗ trợ hệ thống chọn ban cho học sinh trường trung học phổ thông Võ Văn Kiệt Phương pháp nghiên cứu a Phương