Ứng dụng mạng nơron nhân tạo để tư vấn giáo dục hướng nghiệp cho học sinh Trung học cơ sở huyện Bố Trạch

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN CAO ĐỨC ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ TƯ VẤN GIÁO DỤC HƯỚNG NGHIỆP CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ HUYỆN BỐ TRẠCH Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: Ts Đậu Mạnh Hoàn Phản biện 1: Ts Ninh Khánh Duy Phản biện 2: Ts Trần Văn Cường Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Khoa học Máy tính họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 25 tháng năm 2019 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 - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khai phá liệu lĩnh vực phát triển năm gần đây, thu hút quan tâm nhiều tổ chức nước giới ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Ngày với bùng nổ công nghiệp 4.0 cơng nghệ thơng tin tác động ảnh hưởng đến mặt đời sống xã hội từ văn hóa, giáo dục cơng nghệ lĩnh vực khác Công nghệ thông tin ngày phát triển kéo theo hệ thống thông tin ngày mở rộng để lưu trữ lượng lớn liệu liên quan, với việc lưu trữ liệu trực tuyến với dung lượng lớn tạo kho liệu khổng lồ mà qua người khai phá thơng tin tri thức phục vụ cho công việc, đời sống hàng ngày Mục đích khai phá liệu tìm mơ hình phân loại hữu ích liệu phục vụ cho mục đích dự đốn, mơ tả, phân loại, phân nhóm, rút trích khai thác thông tin lĩnh vực khác đời sống xã hội Sự đời phát triển đáp ứng giải nhiều vấn đề ứng dụng đời sống xã hội mang lại hiệu cao Kỹ thuật khai phá liệu có nhiều ưu việt, q trình lấy liệu hữu ích gọi q trình khai phá tri thức, liệu tri thức học Ứng dụng khai phá liệu vào hoạt động giáo dục xu phổ biến để nâng cao hiệu chất lượng giáo dục đào tạo Lựa chọn nghề nghiệp vấn đề vô quan trọng định tương lai đời sống người Có nghề nghiệp phù hợp với cá nhân, điều kiện môi trường xã hội người có sống ổn định, làm cải vật chất cho thân xã hội Ngày việc lựa chọn nghề nghiệp vấn đề trăn trở em học sinh bậc phụ huynh em đến tuổi trưởng thành Vì vậy, Bộ giáo dục Đào tạo đưa hoạt động giáo dục hướng nghiệp vào nhà trường từ sớm với mục đích giúp cho em học sinh nhận thức đắn nghề nghiệp, có định hướng lựa chọn cho nghề phù hợp với thân đồng thời đáp ứng nhu cầu xã hội Việc giáo dục nghề nghiệp tốt nhà trường góp phần vào việc phân luồng nguồn lao động sử dụng hợp lí nguồn lao động trẻ cách hiệu để thúc đẩy kinh tế, xã hội đất nước phát triển bền vững Xác định vai trò to lớn giáo dục hướng nghiệp học sinh, ngày 19 tháng năm 1981, Hội đồng Chính phủ ban hành định 126/CP công tác hướng nghiệp trường phổ thông việc sử dụng học sinh cấp phổ thông sở phổ thơng trung học tốt nghiệp trường Trong nêu rõ: “Coi trọng công tác hướng nghiệp phân luồng học sinh trung học, chuẩn bị cho niên, thiếu niên vào lao động nghề nghiệp phù hợp với chuyển dịch cấu kinh tế nước địa phương” [24] Nước ta bước vào giai đoạn đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa bối cảnh khoa học – cơng nghệ phát triển vũ bão Sự phát triển kinh tế - xã hội đặt yêu cầu giáo dục Việt Nam phải tạo lớp người lao động có khả làm chủ khoa học – công nghệ đại Nghị TW8 đổi toàn diện giáo dục – đào tạo rõ: “Đẩy mạnh phân luồng sau trung học sở; định hướng nghề nghiệp trung học phổ thông”, “ đảm bảo cho học sinh có trình độ trung học sở (hết lớp 9) có tri thức phổ thơng tảng, đáp ứng phân luồng mạnh sau trung học sở, trung học phổ thông phải tiếp cận nghề nghiệp chuẩn bị cho giai đoạn học sau phổ thơng có chất lượng” Hướng nghiệp giáo dục, với chất hệ thống biện pháp tiến hành ngồi nhà trường để giúp học sinh phổ thơng có kiến thức nghề nghiệp có khả lựa chọn nghề nghiệp sở kết hợp nguyện vọng, sở trường cá nhân với nhu cầu sử dụng lao động xã hội, đóng vai trò quan trọng q trình đạt mục tiêu Trong năm qua hiệu giáo dục hướng nghiệp chuyển biến rõ rệt, số lượng học sinh theo hướng chọn nghề ngày nhiều Tuy nhiên nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan khác hoạt động giáo dục hướng nghiệp công tác phân luồng học sinh hạn chế kết chưa cao Theo thống kê Bộ giáo dục Đào tạo hàng năm số học sinh sau học xong Trung học sở (THCS) không học nghề mà học lên Trung học phổ thông (THPT), học xong THPT lại đăng ký thi vào cao đẳng hay đại học lớn Kết thực tế nhiều yếu tố khách quan, chủ quan khác từ phụ huynh đến học sinh hiệu giáo dục hướng nghiệp Trong thực tế phận học sinh không đủ khả vào THPT học nghề hay khơng thi vào cao đẳng, đại học chọn vào trường dạy nghề để học Quyết định lựa chọn hướng việc làm khó khăn, đòi hỏi học sinh phải hiểu có quan tâm gia đình nhà trường, chọn sai dẫn đến tổn thất lớn vật chất tinh thần cho học sinh gia đình Do việc định hướng chọn ngành nghề giúp em tránh khỏi vấn đề nói Từ thực tiễn giáo dục thực tế hoạt động hướng nghiệp trường mà công tác, nhận thấy việc tư vấn lựa chọn hướng nghiệp cho phụ huynh học sinh đề án giáo dục hướng nghiệp Bộ Giáo dục Đào tạo quan trọng, thông qua liệu từ phụ huynh học sinh để từ sử dụng thơng tin để phục vụ cho công việc tư vấn định hướng cho học sinh hoạt động giáo dục cần thiết cấp bách Vì đề tài “ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ TƯ VẤN GIÁO DỤC HƯỚNG NGHIỆP CHO HỌC SINH THCS HUYỆN BỐ TRẠCH” cần thiết có ý nghĩa mặt lý thuyết thực tiễn Mục đích ý nghĩa đề tài 2.1 Mục đích + Nghiên cứu phương pháp, kỹ thuật khai phá liệu + Sử dụng kỹ thuật học máy để xử lý toán tư vấn giáo dục hướng nghiệp cho học sinh + Nghiên cứu giáo dục hướng nghiệp học sinh trung học sở từ xây dựng ứng dụng Demo tư vấn phân luồng cho học sinh địa bàn Huyện Bố Trạch 2.2 Ý nghĩa khoa học + Qua trình nghiên cứu nắm bắt kỹ thuật khai phá liệu, qua vận dụng để khai thác liệu từ nguồn thông tin thu thập được, thông qua liệu để tư vấn cho phụ huynh học sinh việc lựa chọn giáo dục hướng nghiệp tốt + Rút kết luận có ý nghĩa q trình nghiên cứu tốn 2.3 Ý nghĩa thực tiễn + Thu thập liệu học sinh việc lựa chọn nghề nghiệp giáo dục hướng nghiệp học sinh THCS Huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình Từ xây dựng ứng dụng tư vấn phân luồng cho học sinh THCS địa bàn Huyện Bố Trạch Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 3.1 Mục tiêu + Nghiên cứu vận dụng tốt kỹ thuật khai phá liệu + Sử dụng kỹ thuật học máy vào giải toán tư vấn + Xây dựng Demo ứng dụng tư vấn phân luồng nghề nghiệp giáo dục hướng nghiệp Huyện Bố Trạch 3.2 Nhiệm vụ + Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật khai phá liệu + Nghiên cứu thực tiễn đề án giáo dục hướng nghiệp Bộ Giáo dục Đào tạo + Thu thập liệu giáo dục hướng nghiệp học sinh THCS địa bàn Huyện Bố Trạch, xử lý liệu sau thu thập + Xây dựng toán, xử lý xây dựng ứng dụng Demo Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu + Các kỹ thuật, phương pháp khai phá liệu + Dữ liệu thu thập quan điểm học sinh THCS giáo dục hướng nghiệp địa bàn Huyện Bố Trạch + Các công cụ phần mềm mã nguồn mở hỗ trợ nghiên cứu, thiết kế quy trình thực + Quy trình tham vấn nghề giáo dục hướng nghiệp 4.2 Phạm vi nghiên cứu Trong nghiên cứu giới hạn nghiên cứu vấn đề sau: + Đối tượng nghiên cứu học sinh THCS địa bàn Huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình + Xây dựng cơng việc tư vấn phân luồng hướng nghiệp cho học sinh lựa chọn học lên THPT hay lựa chọn học nghề cho tương lai + Xây dựng ứng dụng Demo Phương pháp nghiên cứu Tiến hành thu thập nghiên cứu tài liệu có liên quan đến đề tài Tổng hợp thông tin liệu nghiên cứu Nghiên cứu kỹ thuật có liên quan đến tốn Nghiên cứu công cụ xử lý việc ứng dụng cơng cụ cho tốn 5.1 Phương pháp lý thuyết + Phương pháp nghiên cứu tài liệu vấn đề có liên quan đến đề tài, nghiên cứu cơng trình cơng bố liên quan đến đề tài, phân tích tổng hợp Nghiên cứu kỹ thuật có liên quan đến tốn, nghiên cứu công cụ xử lý hỗ trợ giải toán + Phương pháp thống kê: Thống kê liệu thu thập trình xử lý + Phương pháp phân tích thiết kế: Phân tích đối tượng cần nghiên cứu để giải vấn đề liên quan thiết kế liệu, thiết kế quy trình xử lý liệu + Phương pháp mơ hình hóa: Mơ hình hóa liệu, mơ hình hóa quy trình xử lý để thực tư vấn toán 5.2 Phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu khai thác công cụ, phần mềm hỗ trợ trình biên tập liệu, khảo sát liệu đánh giá Xây dựng chương trình Demo tư vấn cho phụ huynh học sinh lựa chọn định hướng giáo dục hướng nghiệp Bộ Giáo dục Đào tạo Kiểm tra, thử nghiệm, nhận xét đánh giá kết Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm ba chương: Chương 1: Khai phá liệu vấn đề liên quan Chương 2: Nghiên cứu Giáo dục hướng nghiệp trường THCS mạng nơron nhân tạo Chương 3: Xây dựng ứng dụng tư vấn giáo dục hướng nghiệp cho học sinh THCS huyện Bố Trạch Chương 1- KHAI PHÁ DỮ LIỆU VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan khai phá liệu 1.1.1 Khai phá liệu gì? 1.1.2 Phát tri thức sở liệu 1.1.3 Quá trình khai phá tri thức sở liệu 1.2 Một số phương pháp kỹ thuật khai phá liệu 1.2.1 Các kỹ thuật khai phá liệu 1.2.2 Các phương pháp khai phá liệu 1.3 Ứng dụng khai phá liệu Chương 2- NGHIÊN CỨU VỀ GIÁO DỤC HƯỚNG NGHIỆP TRONG TRƯỜNG THCS VÀ MẠNG NƠRON NHÂN TẠO 2.1 Giáo dục hướng nghiệp trường thcs 2.1.1 Tổng quan hướng nghiệp giáo dục hướng nghiệp 2.1.2 Hoạt động giáo dục hướng nghiệp cho học sinh THCS 2.1.3 Các đường giáo dục hướng nghiệp cho học sinh THCS 2.2 THỰC TRẠNG CÔNG TÁC GIÁO DỤC HƯỚNG NGHIỆP CHO HỌC SINH THCS HUYỆN BỐ TRẠCH 2.2.1 Đặc điểm kinh tế xã hội địa phương Huyện Bố Trạch nằm vị trí bao quanh huyện khác tỉnh Với diện tích tự nhiên 2.124,2 km2 trải rộng từ Tây sang Đông chiếm trọn chiều ngang Đất nước; Vị trí địa lý Huyện Bố Trạch vừa tiếp giáp với biển Đông vừa tiếp giáp với Lào Phía Nam Huyện giáp thành phố Đồng Hới, phía Bắc giáp thị xã Ba Đồn huyện Quảng Trạch Trên địa bàn huyện có 28 xã thị trấn Cơ cấu địa hình Huyện với đầy đủ địa hình đồng bằng, miền núi, trung du ven biển Địa bàn Huyện hội tụ đầy đủ hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt, đường biển có tuyến đường giao thơng huyết mạch chạy qua đường Hồ Chí Minh, quốc lộ 1A, đường sắt Bắc - Nam tỉnh lộ tạo thành mạng lưới giao thông ngang - dọc tương đối hoàn chỉnh 2.2.2 Thực trạng giáo dục hướng nghiệp địa bàn Huyện Bố trạch Kết tuyển sinh vào lớp 10 THPT nhiều học sinh có chất lượng học tập thấp, mức độ đầu tư, động học tập hạn chế Số lượng vào trung cấp chun nghiệp, trường dạy nghề Nhiều học sinh chưa nhận thức cho hướng tương lai mình, nhiều học sinh có học lực việc vận động em HS sau tốt nghiệp THCS đến học nghề trung tâm khó Một số em miền núi lại khơng theo học nghề mà phần lớn sau học xong THCS nhà làm nương rẫy với bố mẹ, lập gia đình sớm Một số khác rời quê hương làm ăn xa với nghề tự Chỉ tiêu tuyển sinh vào lớp 10 năm địa bàn huyện gần tương đương với số HS tốt nghiệp THCS Như rõ ràng, em lựa chọn thi vào lớp 10 trường THPT Nếu em không học trường cơng lập học trường tư thục, trường hợp điểm thấp, khơng thể đỗ em chuyển sang học bổ túc học nghề Khảo sát số trường THCS địa bàn huyện, công tác phân luồng HS dựa vào điểm số Đây nguyên nhân quan trọng khiến số HS lựa chọn học nghề sau tốt nghiệp THCS chiếm tỷ lệ nhỏ Bởi lẽ, việc dựa vào điểm số để phân luồng đối tượng vơ tình tạo nên mặc cảm tâm lý phụ huynh HS Cụ thể, tiến hành phân luồng, giáo viên thường ý vào nhóm đối tượng HS có lực học yếu, hổng kiến thức bản, khó có khả đỗ thi vào trường THPT để học sở GDNN đào tạo trình độ trung cấp, cao đẳng Điều không sai lại tạo cho phụ huynh HS mặc cảm định 2.2.3 Nghiên cứu thực trạng 2.2.3.1 Mục đích khảo sát Trên sở nghiên cứu trạng việc lựa chọn nghề nghiệp học sinh trường địa bàn qua đánh giá thực trạng học sinh việc lựa chọn nghề nghiệp từ rút kết luận cần thiết, làm sở thực tiễn cho việc nghiên cứu đề tài Nắm bắt thông tin ảnh hưởng đến việc lựa chọn nghề nghiệp học sinh qua bảng hỏi qua rút quy luật, yếu tố quan trọng cho việc tư vấn lựa chọn nghề cho học sinh 2.2.3.2 Đối tượng khảo sát Đối tượng khảo sát học sinh khối trường: THCS Phú Định; THCS Hưng Trạch; THCS Vạn Trạch; THCS Mỹ Trạch; THCS Thanh Trạch; THCS Tây Trạch; THCS Đại Trạch; THCS Trung Trạch; THCS Hòa Trạch; THCS Quách Xuân Kỳ 2.2.3.3 Nội dung khảo sát Qua trình nghiên cứu lý thuyết giáo dục hướng nghiệp vấn đề liên quan, tiến hành khảo sát việc lựa chọn nghề nghiệp thông qua yếu tố ảnh hưởng với nội dung bảng 3.1 (chương 3) 2.2.3.4 Phương pháp khảo sát Phương pháp dùng để khảo sát phương pháp điều tra xã hội học thông qua việc xây dựng công cụ điều tra khảo sát gồm phiếu điều tra với thông tin bảng 2.1 thực đối tượng học sinh lớp trường nói trên địa bàn Chúng sử dụng công cụ Google Forms để khảo sát thông tin từ học sinh, kết lưu vào file excel để sau tiến hành xử lý 2.2.4 Kết khảo sát Chúng tiến hành khảo sát 10 trường với số lượng học sinh khảo sát 1000 học sinh Kết khảo sát tiến hành xử lý theo quy trình chương 2.3 Mạng nơron ứng dụng toán tư vấn giáo dục hướng nghiệp 2.3.1 Giới thiệu mạng nơron nhân tạo 2.3.2 Một số tính chất đặc trưng mạng nơron - Là hệ phi tuyến: Mạng nơron có khả to lớn lĩnh vực nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến - Là hệ xử lý song song: Mạng nơron có cấu trúc song song, có tốc độ tính tốn cao phù hợp với lĩnh vực dự báo tư vấn - Là hệ học thích nghi: Mạng luyện từ số liệu có, có khả tự tự học thích nghi với liệu Là hệ nhiều biến: tham số hoạt động có nhiều đầu vào nhiều đầu - Hệ thống gồm tập đơn vị xử lý noron nhân tạo - Giữa đơn vị có liên kết thơng qua giá trị trọng số - Một luật lan truyền định cách tính tín hiệu đơn vị từ đầu vào 10 Bảng 3.1: Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn nghề nghiệp học sinh [10, 11] TT Những yếu tố liên quan Điểm Trọng [1-10] số I Kết học tập cuối khóa 50% II Nguyện vọng thân 10% III Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lựa chọn 40% Mơi trường giáo dục gia đình Nguyện vọng bố mẹ Vị trí xã hội bố, mẹ đem lại Môi trường giáo dục nhà trường Thầy cô giáo Ngày hội hướng nghiệp Định hướng giá trị nghề nghiệp cá nhân Năng lực cá nhân Bạn bè 10 Giá trị xã hội nghề nghiệp 11 Nhu cầu nghề nghiệp xã hội 12 Chính sách phát triển KT-XH 13 Cơ hội tiếp cận với nghề nghiệp 14 Truyền thông đại chúng 15 Tài liệu tuyên truyền Nhà trường Trong cá nhân tham gia tư vấn cần cung cấp giá trị tiêu chí nói cách nhập vào giá trị tiêu chí, hệ thống phần mềm tính tốn xác định nhu cầu cần tư vấn hướng nghiệp cho học sinh theo hai lựa chọn tiếp tục học lên học nghề Cơ sở việc tư vấn giáo dục hướng nghiệp nắm bắt đặc điểm thân học sinh từ trợ giúp học sinh định chọn hướng cho tương lai cách tốt Trên sở lựa chọn thông tin phù hợp với thân điều kiện, hồn cảnh gia đình với lựa chọn nghề tương lai, thông tin đánh giá thân nghề nghiệp trợ giúp học sinh xác định phù hợp việc chọn nghề 11 3.1.2 Mơ hình tổng qt tốn Trên sở thơng tin tốn chúng tơi xây dựng mơ hình tư vấn cho toán hướng nghiệp học sinh THCS sau: Hình 3.1 Mơ hình tốn tư vấn hướng nghiệp cho học sinh Các thành phần tham gia tốn gồm có: - Cơ sở liệu luyện học - Phần mềm tư vấn - Dữ liệu đặc trưng học sinh - Kết tư vấn 3.2 Kỹ thuật xử lý toán 3.2.1 Lựa chọn kỹ thuật Để thực yêu cầu toán, tiến hành khảo sát thông tin từ học sinh để làm liệu mẫu sau sử dụng mạng nơron nhân tạo để xử lý toán 3.2.2 Luyện học sử dụng mạng nơron nhân tạo Quá trình luyện học mạng nơron nhân tạo diễn theo sơ đồ sau, q trình lặp lặp lại với số lần lặp đủ lớn (max epoch) bảo đảm sai số kết hệ thống kết thực tế mức cho phép (error ≤ epsilon) 12 Hình 3.3 Sơ đồ thuật tốn q trình luyện học ANN Trong q trình thực chất lượng đốn nhận hay phân lớp liệu phụ thuộc chặt chẽ vào cấu trúc mạng nơron kho liệu luyện học Số vòng lặp luyện học gặp trường hợp khớp, sai số nhỏ dẫn đến việc phân loại bị nhiều rơi vào trường hợp cá biệt, khơng phân lớp theo cụm liệu mong muốn 3.2.3 Áp dụng kỹ thuật ANN để xử lý tốn Trong thực tế có nhiều phương pháp, kỹ thuật sử dụng để giải cho tốn tư vấn, số phương pháp điển phương pháp thống kê (baysian), phương pháp định (dicision tree), phương pháp nhận dạng mẫu (pattern recognition), phương pháp học máy (machine learning), phương pháp học sâu (deep learning), … Mỗi phương pháp, kỹ thuật có đặc điểm khác nhau, có ưu điểm mạnh khác Một kỹ thuật sử dụng phổ biến mang lại hiệu khả quan ứng dụng nhiều việc giải toán tư vấn sử dụng mạng nơron nhân tạo Như trình bày phần trên, tốn tư vấn chúng tơi sử dụng 17 tiêu chí đánh giá học sinh liên quan đến giáo dục hướng nghiệp để tư vấn chọn kết tư vấn hướng nghiệp gồm 02 trạng thái (học tiếp lên, học nghề), nên toán tương đương với toán phân lớp, nhận dạng định 13 Trong nghiên cứu này, kỹ thuật học máy mạng nơron nhân tạo sử dụng cho hệ thống luyện học cho phân loại hướng nghiệp từ sở liệu luyện học, thực thể (dữ liệu mẫu học sinh) đại diện 17 tiêu chí, kết tư vấn gồm trạng thái học tiếp lên học nghề Cấu trúc mạng nơ ron sau: - Số lớp: 03 lớp (01 lớp vào, 01 lớp ẩn, 01 lớp ra) - Input: 17 nút, nút tương ứng tiêu chí thuộc bảng tiêu chí 3.1, tiêu chí chuẩn hóa giá trị thực thuộc [0, 10] - Output: 02 nút tương ứng 02 kết đầu ra, giá trị đầu thuộc [0, 1], tổng giá trị nút đầu 1.0, giá trị đầu nhận giá trị lớn hơn, hệ thống tư vấn theo kết Trong tốn này, nút đầu output tương ứng giá trị “TIẾP TỤC HỌC LÊN”, nút đầu output tương ứng giá trị “HỌC NGHỀ” - Hidden: 09 nút, số lớp ẩn số nút lớp ẩn lớn độ phức tạp cao Tuy nhiên, độ phức tạp nơron nhân tạo lớn, số liệu luyện học giá trị input, output khơng phức tạp hệ thống dễ dấn đến khó phân lớp tượng khớp Trong tốn này, chúng tơi xây dựng mạng nơron sử dụng 01 lớp ẩn (được đánh giá hiệu số lượng input output khơng phức tạp), q trình thử nghiệm với nhiều cấu trúc xác định với 09 nút ẩn cho thời gian luyện học, cho việc thực đoán nhận cho hiệu tốt Hình 3.4: Cấu trúc mạng nơron Giá trị x nút lớp sau tính theo cơng thức: 𝑥 =∑ 𝑤 ×𝑥 3.3 14 Trong đó, l lớp thứ l, xi giá trị nút i, wij trọng số nút j truyền cho nút i lớp Khi đó, l=2 lớp ẩn, l=3 lớp output 3.2.4 Thuật toán tư vấn hướng nghiệp cho toán Trong thuật toán tư vấn hướng nghiệp, mạng nơ ron (ANN) sử dụng tiếp nhận tiêu chí học sinh, dựa tri thức luyện học, mạng nơ ron thực phân lớp liệu, lớp đầu có độ xác cao thấp, với độ xác cao hơn, hệ thống tư vấn thiên hướng theo hướng nghiệp Q trình tư vấn lựa chọn hướng nghiệp cho học sinh thực sau: Bước 1: Đăng nhập theo tài khoản cấp (username, password) Bước 2: Lựa chọn giá trị 17 tiêu chí cá nhân (như bảng 3.1) Bước 3: Nhấn nút “NHẬN TƯ VẤN” để hệ thống xử lý cho kết Bước 4: Hiển thị kết trả lời Sơ đồ thực thuật toán: Hình 3.5 Sơ đồ thuật tốn phân lớp cho tốn tư vấn hướng nghiệp 15 3.3 Mơ tả liệu 3.3.1 Dữ liệu huấn luyện Dữ liệu huấn luyện gồm 1.000 (một nghìn) mẫu, mẫu gồm 17 tiêu chí (phụ lục kèm theo) lưu file excel, liệu lưu trữ xử lý chương Các trọng số cho tiêu chí xác định bảng sau: Bảng 3.2 Trọng số tiêu chí sử dụng phần mềm TT I Những yếu tố liên quan Kết học tập cuối khóa Trọng số Chuẩn hóa trọng số 0.5 0.5 (50%) II Nguyện Vọng thân 0.1 0.1 (10%) III Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lựa chọn 0.4 0.4 (40%) 10 11 12 13 14 15 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.03 0.03 0.04 0.02 0.02 Mơi trường giáo dục gia đình Nguyện vọng bố mẹ Vị trí xã hội bố, mẹ đem lại Môi trường giáo dục nhà trường Thầy cô giáo Ngày hội hướng nghiệp Định hướng giá trị nghề nghiệp cá nhân Năng lực cá nhân Bạn bè Giá trị xã hội nghề nghiệp Nhu cầu nghề nghiệp xã hội Chính sách phát triển KT-XH Cơ hội tiếp cận với nghề nghiệp Truyền thông đại chúng Tài liệu tuyên truyền Nhà trường 0.085714286×40% 0.085714286×40% 0.085714286×40% 0.057142857×40% 0.057142857×40% 0.028571429×40% 0.085714286×40% 0.085714286×40% 0.028571429×40% 0.057142857×40% 0.085714286×40% 0.085714286×40% 0.114285714×40% 0.028571429×40% 0.028571429×40% Cách tính: Gọi cột Trọng số thuộc hàng có thứ tự i thuộc bảng 3.2 ti, i=1 15; giá trị chuẩn hóa θi thuộc hàng thứ tự i tính sau [20]: 𝜃 =∑ × 40% 3.4 16 Các trọng số chọn xác định dựa kinh nghiệm từ cơng trình nghiên cứu Tuy nhiên, điều kiện vùng miền có biến đổi khác nên trọng số có thay đổi Giá trị tiêu chí sau chuẩn hóa giá trị input thuộc lớp input mạng nơron nhân tạo sử dụng thuật toán 3.3.1 Dữ liệu kiểm thử Dữ liệu kiểm thử trích rút từ kho liệu mẫu theo tỷ lệ: Luyện học 90%, kiểm thử 10% Quá trình nghiên cứu sử dụng kho liệu mẫu gồm 1.000 mẫu thu thập từ số liệu thực sở đào tạo, số liệu phản ảnh giá trị theo vùng miền thu thập Sử dụng 900 mẫu cho luyện học 100 mẫu cho kiểm thử 3.4 Phân tích thiết kế hệ thống 3.4.1 Tác nhân Học sinh: học sinh sử dụng phần mềm với mục đích cần tư vấn hướng nghiệp để lựa chọn hướng sau kết thúc học THCS Mỗi học sinh sử dụng cần nhập 17 giá trị tiêu chí cá nhân cần đánh giá theo bảng 3.1 Quản trị: người quản trị thực sử dụng phần mềm, nạp số liệu luyện học, trọng số, thay đổi giá trị hệ thống 3.4.2 Danh sách ca sử dụng - U1: Đăng nhập: tác nhân thực đăng nhập hệ thống - U2: Thoát: tác nhân thoát khỏi hệ thống - U3: Tư vấn: học sinh thực tư vấn hướng nghiệp - U4: Quản lý liệu luyện học: quản trị viên thực quản lý liệu luyện học - U5: Quản lý trọng số: quản trị viên thực quản lý trọng số tiêu chí - U6: Luyện học: quản trị viên thực luyện học lại cho hệ thống - U7: Xem hệ số mạng nơ ron: quản trị viên xem hệ số mạng nơ ron sau luyện học 17 3.4.3 Biểu đồ ca sử dụng Hình 3.6 Biểu đồ ca sử dụng 3.4.4 Lớp quan hệ lớp a Xác định lớp - Training: lớp liệu luyện học - Wtraining (Weight Training): lớp trọng số (mô tả Bảng 3) - Weighting: lớp lưu trữ hệ số tri thức mạng nơron - Account: lớp người dùng b Quan hệ lớp 3.4.5 Biểu đồ trạng thái a Biểu đồ trạng thái Học sinh nhận tư vấn b Biểu đồ trạng thái Quản trị viên thực luyện học cho hệ thống 3.5 Kết thực nghiệm 3.5.1 Công cụ môi trường thực nghiệm Môi trường thực nghiệm: Hệ điều hành Microsoft Windows 8.1, vi xử lý Intel Core I5 52000, Ram 8.0 GB Chương trình viết ngơn ngữ C#, môi trường Visual Studio Express 2013 Sử dụng hệ quản trị sở liệu SQL Server 2012 18 Sử dụng hệ quản trị sở liệu SQL Server 2012 lưu trữ liệu luyện học, tham số tri thức mạng nơ ron nhân tạo 3.5.2 Một số kết a Giao diện phần mềm Dưới số hình ảnh minh họa hệ thống thực tư vấn cho học sinh Hình 3.11: Màn hình Hình 3.12: Màn hình đăng nhập Tài khoản đăng nhập hệ thống gồm (tên, mật khẩu) cấp theo học sinh (user1, huongnghiep1), (user2, huongnghiep2),…, (userN, huongnghiepN) Tài khoản ghi nhận liệu tiêu chí học sinh tham gia, từ làm giàu kho liệu mẫu, giúp hệ thống tự học thông minh theo thời gian 19 Hình 3.13: Màn hình liệu huấn luyện Tập tin excel nhập liệu vào hệ thống có cấu trúc sau: Hình 3.14: Các tiêu chí giá trị tương ứng Bảng 3.1 Hình 3.15: Màn hình huấn luyện hệ thống Trong hình Traning trên, 90% liệu mẫu sử dụng luyện học cho hệ thống, số vòng lặp tối đa (max epoch), sai số huấn luyện 20 (epsilon) nhập theo lần thử (trong kết thử nghiệm trình bày 03 lần thử) Hình 3.16: Màn hình tư vấn hướng nghiệp cho học sinh 21 b Thống kê kết Bảng 3.4: Kết huấn luyện toán Nội dung Số mẫu (training 90%, test Lần Lần Lần Lần4 900 900 900 900 100,000 200,000 500,000 1,000,000 Sai số lớn (max error) 10E-3 10E-3 10E-3 10E-10 Sai số kiểm thử (evaluated 0.00098 0.00096 0.0082 0.0004 Thời gian training 115s 220s 397s 1,503s Điều kiện dừng training max max max max epoch epoch epoch error 10%) Số lần lặp (max epoch) error) Điều kiện dừng hàng cuối bảng thể thuật toán dừng lại gặp điều kiện đạt số vòng lặp tối đa (max epoch) nhỏ sai số tối đa (max error) c Đánh giá kết Quan sát bảng số liệu cho thấy, training Lần Lần số vòng lặp 100,000 200,000 không đủ để bảo đảm sai số mong muốn (max error) nên điều kiện dừng max epoch Kết cho thấy, thuật tốn bị rơi vào điểm tối ưu cục mà khơng tìm sai số mong muốn nên thuật toán bị dừng lại đạt giá trị tối đa số vòng lặp q trình luyện học Đối với Lần 3, số vòng lặp tối đa tăng, sai số mong muốn đạt sớm, sai số kiểm thử giảm, chất lượng phân loại (tư vấn) tốt Trường hợp cho thấy số vòng lặp lớn hơn, thuật tốn tìm kiếm giá trị hội tụ hơn, tức giá trị sai số tiến vượt qua khỏi điểm tối ưu cục Qua lần thử cho thấy, trình luyện học, với số liệu cần thử nghiệm với tham số số vòng lặp tối đa (max epoch) sai số lớn (max error) Ý nghĩa rút cần có số liệu mẫu 22 phong phú, thử nghiệm với tham số đa dạng để rút tham số phù hợp Đối với Lần 4, điều kiện dừng đạt số vòng lặp tối đa, điều cho thấy tối ưu hàm sai số đánh giá bị nghẽn Giá trị kiểm thử có sai số không cải thiện nhiều, nhiều trường hợp tương tự, huấn luyện sai số nhỏ số vòng lặp lớn dễ dẫn đến vấn đề khớp (overfit), tượng làm cho kết đoán nhận, phân lớp bị rối loạn Kết cho thấy, thử nghiệm với số liệu 1.000 mẫu, 90% sử dụng luyện học 10% sử dụng cho kiểm thử cho lại kết thống kê với giá trị đánh giá khác thể thuật toán phản ánh quy luật phương pháp phân lớp, mà đặc trưng phương pháp phân lớp theo mạng nơron nhân tạo KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Giáo dục hướng nghiệp hoạt động có vai trò quan trọng việc phân loại lao động quốc gia Trong tư vấn nghề đường giáo dục hướng nghiệp đại nhiều nước giới khai thác có hiệu Đối với nước ta việc sử dụng đường tư vấn nghề chưa khai thác cách triệt để giáo dục hướng nghiệp cho học sinh phổ thơng Qua q trình nghiên cứu lý thuyết giáo dục hướng nghiệp xem hoạt động tư vấn nghề với hỗ trợ phần mềm đường giáo dục hướng nghiệp độc lập Hoạt động tư vấn nghề có mục tiêu có nội dung riêng, tiến hành qua tiêu chí cho trước theo quy trình định, trình đảm bảo cho hoạt động tư vấn nghề phát huy hết ưu đáp ứng mục tiêu giáo dục hướng nghiệp nhà trường THCS Hiện hoạt động giáo dục hướng nghiệp nhà trường THCS địa bàn huyện Bố Trạch thực đường phổ biến thông qua học môn Hoạt động giáo dục hướng nghiệp Tuy nhiên, hiệu mang lại hoạt động giáo dục hướng nghiệp qua đường chưa cao, đặc biệt chưa phân luồng học sinh sau kết thúc cấp học Vì chúng tơi mạnh dạn nghiên cứu sử dụng 23 tư vấn nghề qua hỗ trợ hệ thống phần mềm đường thứ hoạt động giáo dục hướng nghiệp địa bàn Quá trình hoạt động tư vấn nghề cho học thực theo quy trình mang tính khoa học giáo dục Quy trình tư vấn nghề khơng có sẵn mà xây dựng dựa sở khoa học nhiều công trình nghiên cứu với ứng dụng kỹ thuật học máy thực mục tiêu giáo dục hướng nghiệp Trong trình nghiên cứu đề tài tập trung nghiên cứu sở lý thuyết, khảo sát thực tiễn vấn đề hướng nghiệp cho học sinh địa bàn Huyện Bố Trạch Bài tốn tư vấn chúng tơi giải có nhiều cơng trình nghiên cứu thực hiện, nhiên cơng trình nghiên cứu có mục tiêu cách tiếp cận giải toán khác nhau, hiệu nghiên cứu mà đề tài mang lại có kết khả quan khác biệt Mục tiêu nghiên cứu phân luồng học sinh thành hai nhóm “tiếp tục học lên” “học nghề” thơng qua 17 tiêu chí giáo dục ảnh hưởng đến hoạt động giáo dục hướng nghiệp Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này, việc phân lớp liệu thực dựa kỹ thuật mạng nơron nhân tạo thực liệu mẫu tiến hành khảo sát trước cho thấy kết khả quan Qua kết thực nghiệm với số liệu 1000 mẫu, 90% sử dụng luyện học 10% sử dụng cho kiểm thử qua lần thực với số vòng lặp khác khẳng định hiệu tư vấn khả quan mang lại kết thống kê với giá trị đánh giá khác thể thuật toán phản ánh quy luật phương pháp phân lớp, mà đặc trưng phương pháp phân lớp theo mạng nơron nhân tạo, số liệu kiểm thử trình thực chấp nhận Kết nghiên cứu sở minh chứng sử dụng đường tư vấn để thực hoạt động giáo dục hướng nghiệp Tuy nhiên, kết tư vấn ảnh hưởng nhiều yếu tố khác trọng số ảnh hưởng tiêu chí phụ thuộc vùng miền, phụ thuộc mục tiêu đơn vị, phụ thuộc môi trường yếu tố ngoại cảnh xã hội tác động vào Chính vậy, đóng góp đề tài cung cấp cách tiếp cận cho việc giải toán hướng nghiệp 24 Ngoài độ lớn phân bố liệu mẫu có vai trò quan trọng định đến kết nghiên cứu, việc cải thiện liệu mẫu, số mẫu thử nghiệm trọng số khác làm thuật tốn thơng minh hơn, giúp cho việc tư vấn hiệu Bài toán tư vấn hoạt động giáo dục hướng nghiệp toán phức tạp đa dạng theo nghĩa lựa chọn đa tiêu chí đầu vào đầu khác nhau, việc nâng cao chất lượng giáo dục hướng nghiệp mục tiêu mà Đảng Nhà nước hướng tới Trong tương lai tiếp tục nghiên cứu để xây dựng hệ thống ứng dụng tư vấn tốt phục vụ hoạt động giáo dục hướng nghiệp địa phương Hướng phát triển Hướng phát triển đề tài giải tồn mà đề tài chưa thực tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm số liệu mẫu lớn hơn, phong phú phân bố số hớn, đặc biệt trọng số phù hợp vùng miền Trên sở tiếp tục nghiên cứu điều chỉnh giá trị tham số thuật tốn cải thiện hiệu thời gian tính toán (training) Vấn đề cải tiến cho cấu trúc mạng nơron phương pháp tính tốn giá trịnh trọng số weighting nút mạng nhằm cải thiện tốt hiệu thời gian luyện học nội dung nghiên cứu mà hướng đến hướng phát triển đề tài Ngoài nghiên cứu này, thực nghiệm tư vấn kỹ thuật học máy Mạng Nơron nhân tạo mà chưa thử nghiệm phương pháp khác, cần tiến hành thử nghiệm với kỹ thuật khác để tìm kết tốt ... sau trung học sở; định hướng nghề nghiệp trung học phổ thơng”, “ đảm bảo cho học sinh có trình độ trung học sở (hết lớp 9) có tri thức phổ thông tảng, đáp ứng phân luồng mạnh sau trung học sở, trung. .. kỹ thuật học máy để xử lý toán tư vấn giáo dục hướng nghiệp cho học sinh + Nghiên cứu giáo dục hướng nghiệp học sinh trung học sở từ xây dựng ứng dụng Demo tư vấn phân luồng cho học sinh địa... nghiệp học sinh THCS sau: Hình 3.1 Mơ hình tốn tư vấn hướng nghiệp cho học sinh Các thành phần tham gia tốn gồm có: - Cơ sở liệu luyện học - Phần mềm tư vấn - Dữ liệu đặc trưng học sinh - Kết tư