Nghiên cứu học cộng tác ứng dụng trong e learning giảng dạy các ngôn ngữ lập trình cơ bản tt

Hiện nay, có nhiều phương pháp giảng dạy được sử dụng với mục đích đem lại sự hiểu biết tốt nhất cho người học, trong các phương pháp này nổi bật lên là phương pháp học cộng tác, đây là

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trọng Khánh

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ mạnh mẽ của công nghệ thông tin và sự phát triển của Internet toàn cầu, đi kèm với đó là các ứng dụng giúp khai thác hết lợi thế

mà chúng mang lại Đặc biệt, việc nâng cao hiệu quả, chất lượng giáo dục, đào tạo

sẽ là nhân tố sống còn quyết định sự tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia, công ty, gia đình và cá nhân Hơn nữa, việc học tập không chỉ bó gọn trong việc học phổ thông, học đại học mà là học suốt đời Hiện nay, có nhiều phương pháp giảng dạy được sử dụng với mục đích đem lại sự hiểu biết tốt nhất cho người học, trong các phương pháp này nổi bật lên là phương pháp học cộng tác, đây là hoạt động học tập theo nhóm được tổ chức sao cho việc học tập phụ thuộc vào sự trao đổi thông tin, được cấu trúc có tính chất xã hội giữa những người học trong các nhóm, trong đó mỗi người học phải tự mình chịu trách nhiệm về việc học tập của bản thân mình, đồng thời được khuyến khích hỗ trợ học tập của những người cùng tham gia Học tập cộng tác là một mô hình trong đó các nhóm người học làm việc theo những nhiệm vụ được cấu trúc (ví dụ: bài tập về nhà, thí nghiệm tại Lab, các dự án thiết kế…) với các điều kiện sau: sự phụ thuộc tích cực, tự chịu trách nhiệm, tương tác giáp mặt, sử dụng hợp lý các kỹ năng cộng tác, tự đánh giá nhóm một cách đều đặn Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi được thực hiện một cách chính xác, đúng đắn, học tập cộng tác sẽ tăng cường khả năng thu nhận, lưu trữ thông tin, các kỹ năng tư duy trình độ cao, kỹ năng truyền thông giao tiếp giữa các cá nhân, sự tự tin Ngoài

ra, để cung cấp cho người học tài nguyên cũng như môi trường học tập một cách có hiệu quả, thêm vào đó là đổi mới phương pháp dạy và học nhằm xây dựng môi trường giảng dạy và học tập điện tử hướng tới giáo dục và người học nhiều hơn, người học có thể chủ động lĩnh hội kiến thức từ kho tài nguyên số cùng các công cụ

hỗ trợ trong các lớp học ảo thì Elearning là giải pháp để giải quyết được vấn đề này Việc ứng dụng phương pháp học cộng tác vào giải pháp E-learning cũng đang là một xu thế tất yếu của thế giới hiện đại

E-Learning là phương pháp học tập với sự hỗ trợ của truyền thông đa phương tiện và Internet Về bản chất E-Learning là một trong những hình thức tổ chức dạy học theo hướng đổi mới Hình thức này cũng được các nhà trường áp dụng nhiều đối với các môn giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy và học Đối với các môn ngôn ngữ lập trình, khi giảng dạy thì sự tương tác giữa học viên với giáo viên, học viên với học viên rất quan trọng Tuy nhiên, với hình thức dạy và học từ xa thông qua Elearning thì việc học các ngôn ngữ lâp trình cơ bản không hiệu quả Sự bất lợi chính của Elearning đó là số lượng học viên nhiều hơn số lượng giáo viên Các học viên thường phải làm việc độc lập khi việc học tập nghiên cứu được thực hiện qua mạng Họ ít được thảo luận và kết giao được với bạn bè mới Học cộng tác chính là một giải pháp để khắc phục những hạn chế trên

Chính vì vậy, trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và được sự đồng ý của

thầy hướng dẫn tôi đã chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu học cộng tác ứng dụng trong E-learning giảng dạy các ngôn ngữ lập trình cơ bản” Trong đề tài này tôi

tập trung tìm hiểu lý thuyết về hệ thống học cộng tác, từ đó áp dụng phương pháp học cộng tác trong Elearning giảng dạy các ngôn ngữ lập trình cơ bản

1.2 Khái niệm, đặc điểm, mục tiêu của học cộng tác

1.2.1 Khái niệm học cộng tác

Cộng tác là một quá trình nhằm chia sẻ sáng tạo [2] Quá trình này nhằm trao đổi, trợ giúp, phối hợp giữa một nhóm người nhằm đạt được một mục tiêu xác định Một nhóm các cá nhân có một vấn đề chung để giải quyết Mỗi thành viên có một quan điểm khác nhau và có sự hiểu biết khác nhau về vấn đề này Họ trao đổi kiến thức và đưa ra ý kiến của mình để giải quyết vấn đề Trong hầu hết các trường hợp, một vấn đề được chia thành các vấn đề con và được giải quyết bởi một hoặc nhiều thành viên của nhóm

Học cộng tác là một thuật ngữ chỉ những cách tiếp cận đào tạo khác nhau liên quan đến việc sử dụng trí tuệ giữa các học viên với nhau hoặc giữa các học viên với giáo viên nhằm tăng cường khả năng tiếp thu tri thức, khả năng vận dụng và áp dụng tri thức vào thực tế trên cơ sở có sự hợp tác của nhiều thành viên Hình thức học cộng tác trong đó không chỉ tập trung vào bài giảng của giáo viên trên lớp, mà

nó còn có cả các hoạt động thảo luận, tương tác tích cực giữa sinh viên với nhau Môi trường này giáo viên không chỉ đóng vai trò là người nắm tri thức để truyền đạt

mà còn có vai trò là chuyên gia thiết kế quá trình, xây dựng môi trường tiếp thu tri thức cho người học

Theo [6], hệ thống cộng tác là một hệ thống dựa trên máy tính hỗ trợ các nhóm người tham gia vào một nhiệm vụ chung

1.2.2 Đặc điểm của học cộng tác

Việc học tập sẽ được thực hiện dưới hình thức cộng tác nhằm phát triển kiến thức Học cộng tác được thể hiện dưới nhiều hình thức khác nhau, và có những đặc trưng sau:

- Trong học cộng tác, quá trình học trở thành quá trình xây dựng tri thức cá nhân một cách tích cực

- Môi trường học cộng tác thách thức sinh viên và phát triển kĩ năng tranh luận và tự giải quyết vấn đề

- Đối tượng người học trong môi trường học cộng tác đa dạng

- Môi trường học cộng tác là nơi mà sinh viên có thể nói, có thể trao đổi với nhau Việc học được thực hiện ngay trong quá trình trao đổi, nói chuyện Trong học cộng tác thì việc học trở thành hoạt động mang tính chất xã hội

1.3.2 Ứng dụng học cộng tác

- Trò chơi, đặc biệt là trò chơi trên mạng

-Workflow, hệ thống cho phép phối hợp Loại hệ thống này giúp nhiều người tham gia quản lý một quy trình làm việc

- Giảng dạy: nơi các hệ thống cộng tác dựa vào phương tiện thông tin và công nghệ mạng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập

- Truyền thông: nơi các hệ thống cộng tác cho phép nhiều thành viên của một nhóm giao tiếp và tham khảo ý kiến thông qua hỗ trợ âm thanh, video hoặc văn bản

- Không gian làm việc được chia sẻ: nơi các hệ thống cộng tác cung cấp một không gian chia sẻ mà ở không gian đó người tham gia các hiện tượng nhân tạo

1.4 Nền tảng cộng tác

Một nền tảng cộng tác là một hệ thống phân phối cung cấp các dịch vụ trao đổi giữa các thành viên của một nhóm thông qua mạng Nó tích hợp: (i) công cụ (hội nghị truyền hình, nhắn tin tức thì, …) để hỗ trợ tương tác giữa mọi người, (ii) các tính năng quản lý người dùng, nhóm và quyền, (iii) bảo mật để đảm bảo tính

bảo mật của dữ liệu người dùng và tính nhất quán Nền tảng cộng tác có thể được coi là nền tảng tập trung các chức năng khác nhau để cộng tác

Trong phần này, chúng ta thảo luận về một số công cụ cộng tác và chức năng của chúng, trước khi tập trung vào các môi trường cộng tác

1.4.1 Công cụ cộng tác

- Một số công cụ cộng tác được sử dụng rộng rãi: Lịch chia sẻ, thông báo, điều tra, thống kê, tham chiếu cá nhân, quản lý nhiệm vụ, quản lý dự án, diễn đàn, tin nhắn tức thì, chủ để, email, hội nghị trực tuyến, sổ địa chỉ

Ngoài ra, nền tảng cộng tác cung cấp các công cụ cho phép:

- Quản lý người sử dụng,

- Xác thực

- Quyền kiểm soát truy cập

- Tạo thành viên và nhóm

- Quản lý hồ sơ người dùng

- Quản lý các tài liệu, hỗ trợ

- Soạn thảo điện tử

- Chia sẻ tài liệu điện tử

1.4.2 Nền tảng cộng tác

Các nền tảng cộng tác bao gồm các công cụ cộng tác thông thường (hội nghị truyền hình, nhắn tin tức thì, lịch được chia sẻ, quản lý nhóm, v.v…) Một nền tảng cộng tác tốt nếu nó đáp ứng các yêu cầu sau: Các công cụ cộng tác cần thiết cho nghiên cứu, khả năng mở rộng, dễ sử dụng, hỗ trợ cho cả cộng tác đồng bộ và không đồng bộ Một số nền tảng cộng tác: XOOPS, WebCT, Sakai, Moodle…

CHƯƠNG 2: HỌC CỘNG TÁC VÀ ỨNG DỤNG VÀO GIẢNG DẠY CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CƠ BẢN

Trong chương 2 tập trung nghiên cứu về học cộng tác và các phương pháp học khác, nghiên cứu về học cộng tác trong hệ thống E-learning Cũng trong chương này sẽ giới thiệu về các hệ thống học cộng tác mã nguồn mở là Moodle và Sakai qua đó so sánh và chọn ra được phần mềm phù hợp với bài toán đặt ra, qua

đó tiến hành cài đặt và sử dụng công cụ Phần cài đặt và sử dụng sẽ được trình bày

cụ thể trong chương 3

2.1 Học cộng tác và phương pháp học truyền thống

Học cộng tác khác với phương pháp truyền thống ở chỗ: học cộng tác có môi trường làm việc nhóm, có thể diễn ra bất cứ lúc nào và có sử dụng các kĩ năng làm việc nhóm, và nó đem lại kết quả rất tích cực

2.2 Học cộng tác trong E-learning

Cộng tác với sự trợ giúp của máy tính (Computer supported collaborative work – CSCW) là hệ thống phần mềm, máy tính được nối mạng nhằm hỗ trợ nhóm làm việc trong hoàn thành nhiệm vụ chung bằng việc cung cấp khả năng chia sẻ giữa các nhóm làm việc với nhau CSCW giúp thiết đặt công việc kiểm soát được mục tiêu và tăng cường thuận tiện trong cộng tác giữa các nhóm CSCW đang được ứng dụng trong giáo dục, máy tính hỗ trợ giáo dục cộng tác (CSCE - Computer Supported Collaborative Education) đang dần trở thành hiện thực Mục tiêu của nó

là hỗ trợ các vai trò phức tạp trong giáo dục như giáo viên, sinh viên để dạy và học hiệu quả hơn

2.2.1 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống E-learning

Sự bất lợi chính của Elearning đó là số lượng sinh viên nhiều hơn so với số lượng giáo viên và sinh viên thường phải làm việc độc lập khi việc học tập nghiên cứu được thực hiện qua mạng Họ ít được thảo luận và kết giao với bạn bè mới Giáo dục cộng tác có thể là một giải pháp Các giáo viên, sinh viên và cha mẹ của

họ khuyến khích cộng tác cùng nhau nhằm tạo cho sinh viên học để hợp tác với những người khác, học từ những người khác và học cách nghiên cứu Do vậy việc cộng tác trong Elearning thật sự là cần thiết

Mục tiêu chính và quan trọng của Elearning đó là học cách nghiên cứu và cộng tác Điều này thấy rõ mô hình giáo dục chuyển từ lấy mô hình giáo dục lấy người giáo viên làm trung tâm, tới mô hình giáo dục lấy người sinh viên làm trung tâm và bây giờ lấy môi trường học tập làm trung tâm Kết quả đạt được đó là sinh viên không chỉ đơn giản là nhớ khi học, mà chuyển sang là chỉ nghĩ và phân tích các vấn

đề Sinh viên sẽ cùng nhau nghĩ và phân tích các vấn đề và các khía cạnh con người

Với mô hình giáo dục lấy môi trường học tập làm trung tâm giáo dục nghĩ rằng những giáo viên, sinh viên và phụ huynh được khuyến khích cộng tác với nhau nhằm hình thành một môi trường tạo cho những sinh viên học cách để có thể hợp tác được với những người khác, học từ những người khác và học cách nghiên cứu như thế nào

Hình 2 1 Sự tiến hóa của giáo dục

2.2.2 Mô hình học cộng tác

2.2.2.1 Mô hình xử lý học tập

Hình 2 2 Mô hình quá trình thử nghiệm

2.2.2.2 Mô hình môi trường học tập

Hình 2 3 Mô hình của môi trường nghiên cứu

2.2.3 Các công nghệ cộng tác trong Elearning

Hình 2 4 Các công nghệ cộng tác trong E-learning

2.3 Ứng dụng học cộng tác trong Elearning vào giảng dạy các ngôn ngữ lập trình

2.3.1 Một số nghiên cứu liên quan

Trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, sự phát triển của công nghệ dịch vụ web cũng như điện toán đám mây đã mở ra một hướng mới trong cho việc xây dựng các IDE: Web-Based IDE - IDE dựa trên nền Web [3] Với xu thế này, nền tảng của IDE (yêu cầu nhiều tài nguyên) được tập trung ở một số máy cấu hình mạnh (máy chủ) Còn người dùng, không phải cài đặt bất cứ môi trường nào, chỉ cần sử dụng

bất cứ trình duyệt nào để soạn và gửi code đến máy (các máy) chứa nền tảng IDE để biên dịch, chạy và trả về kết quả, như hình sau:

Hình 2 5 Web-Based IDE - IDE dựa trên nền Web

2.3.2 Môi trường phát triển tích hợp học cộng tác

Hình 2 6 Mô hình tổng quan

2.3.2.1 Hệ thống quản lý học tập ( Learning Management system – LMS) 2.3.2.2 Web-based IDE

2.4 Một số hệ thống học cộng tác mã nguồn mở

Đề tài này được thực hiện dựa trên một số công cụ mã nguồn mở có sẵn chứ không đi xây dựng từ đầu Qua nghiên cứu cho thấy, có rất nhiều nền tảng mã nguồn mở có sẵn và hỗ trợ các chức năng ưu việt để có thể thực hiện được đề tài Sau đây tôi xin giới thiệu hai mã nguồn mở phổ biến và được sử dụng rất nhiều đó

là Moodle và Sakai

2.4.1 Hệ thống Moodle

Moodle là một hệ thống quản lý học tập (Learning Management System – LMS hoặc người ta còn gọi là Course Management System hoặc VLE - Virtual Learning Environment) mã nguồn mở (do đó miễn phí và có thể chỉnh sửa được mã nguồn), cho phép tạo các khóa học trên mạng Internet hay các website học tập trực tuyến Moodle có thể được cài đặt trên bất kỳ máy tính có thể chạy PHP, và có thể

hỗ trợ một cơ sở dữ liệu kiểu SQL (ví dụ như MySQL) Nó có thể được chạy trên Windows và hệ điều hành Mac và Linux Moodle nổi bật là thiết kế hướng tới giáo dục, dành cho những người làm trong lĩnh vực giáo dục

2.4.1.1 Đặc điểm của Moodle

2.4.1.2 Các tính năng của Moodle

2.4.1.3 Một số công cụ đi kèm với Moodle khi giảng dạy

2.4.2 Hệ thống Sakai

Sakai là một môi trường cộng tác và học tập trung trực tuyến Nhiều người dùng Sakai sử dụng nó để hỗ trợ hoạt động dạy và học, cộng tác nhóm quảng cáo,

hỗ trợ cho việc cộng tác tạo danh mục và nghiên cứu

2.4.2.1 Đặc điểm của Sakai

2.4.2.2 Các chức năng của Sakai

2.4.3 So sánh giữa hai hệ thống mã nguồn mở Moodle và Sakai

- Sakai xuất phát điểm là dành cho các

trường cao đẳng, đại học nên hệ thống

nó sẽ khác với bên Moodle

- Sakai dùng java để viết hệ thống Sakai

dùng java sẽ có ưu thế trội hơn Moodle

vì hệ thống dùng java sẽ bảo mật hơn rất

nhiều so với PHP( các website giao dịch

của ngân hàng hoặc yêu cầu có tính bảo

mật cao thường dùng java Thêm vào đó,

java nó load balance tốt hơn là bên ngôn

ngữ PHP của moodle Nghĩa là khi

người dùng thực hiện truy vấn, java sẽ

đẩy nó vào hàng đợi, lúc đó cứ chia nhỏ

công việc ra cho đến khi thực hiện xong

- Tuy nhiên cộng đồng hỗ trợ của Sakai

còn hơi ít

- Moodle xuất phát điểm là một dự án dành cho học sinh tiểu học và trung học Cho nên hướng tiếp cận đối tượng của

nó sẽ là các bài học theo dành cho học

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ELEARNING HỖ TRỢ HỌC CỘNG TÁC CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CƠ

BẢN TẠI HỌC VIỆN AN NINH

Chương 3 tập trung trình bày về việc ứng dụng mô hình hỗ trợ học cộng tác các ngôn ngữ lập trình tại Học viện An ninh nhân dân Trong chương này cũng trình bày về cách cài đặt và đưa ra hệ thống thử nghiệm các tình huống hay gặp trong thực tế Đặc biệt chương 3 cũng tìm hiểu và đưa ra các công cụ mở rộng để tích hợp vào hệ thống Sakai để giải quyết bài toán trong luận văn

3.1 Ứng dụng mô hình hỗ trợ học cộng tác các ngôn ngữ lập trình tại Học viện An ninh nhân dân

3.2 Cài đặt, cấu hình hệ thống thử nghiệm

3.2.1 Cài đặt và cấu hình chương trình Sakai, Eclipse Che

3.2.1.1 Yêu cầu cài đặt

Bảng 3 1 Cấu hình và chương trình cài đặt

Môi trường cài đặt

- Processor: Intel(R) Core i3 – 3110M CPU @ 2.40GHz