Nghiên cứu và xây dựng công cụ hỗ trợ giáo viên trong giảng dạy trực tuyến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN LÝ NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ GIÁO VIÊN TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT PHẦN MỀM Hà Nội- 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN LÝ NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ GIÁO VIÊN TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT PHẦN MỀM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH HÙNG Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tơi viết hồn tồn thống khơng chép, kết đo đạc mô phỏng có luận văn chưa từng đươ ̣c công bố từ tài liệu hình thức Các thơng tin sử du ̣ng luâ ̣n văn có nguồ n gố c và đươ ̣c trích dẫn rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm có dấu hiệu chép kết từ tài liệu khác Hà Nô ̣i, ngày 15 tháng năm 2017 TÁC GIẢ NGUYỄN VĂN LÝ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian ho ̣c tâ ̣p, nghiên cứu và hoàn thiê ̣n luâ ̣n văn, em đã nhâ ̣n đươ ̣c sự giúp đỡ rấ t tâ ̣n tình và chu đáo của các thầ y cô giáo Viện Công nghệ thông tin – Truyền thông Trường Đa ̣i ho ̣c Bách Khoa Hà Nô ̣i Đầ u tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắ c tới TS Nguyễn Thanh Hùng, người đã tâ ̣n tin ̀ h hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luâ ̣n văn tố t nghiê ̣p tha ̣c sỹ suố t thời gian vừa qua Em cũng xin cảm ơn các quý thầ y cô, các anh chi ̣và các ba ̣n ta ̣i Viện Công nghệ thông tin – Truyền thông, Đa ̣i ho ̣c Bách khoa Hà Nội đã có những góp ý kip̣ thời và bổ ích, giúp đỡ em suố t quá trình nghiên cứu luâ ̣n văn này Ngoài ra, em cũng xin bày tỏ lòng biế t ơn sâu sắ c đế n gia đin ̀ h, ba ̣n bè, những người đã ủng hô ̣ em suố t quá trin ̀ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành chương trin ̀ h đào ta ̣o Tha ̣c sỹ ta ̣i Viện Công nghệ thông tin Truyền thông, Đa ̣i ho ̣c Bách khoa Hà nội Mă ̣c dù em đã nỗ lực và cố gắ ng hoàn thiê ̣n luâ ̣n văn bằ ng tấ t cả nhiê ̣t tin ̀ h và lực của mình, nhiên không thể tránh khỏi những thiế u sót, rấ t mong nhâ ̣n đươ ̣c những đóng góp quý báu của quý thầ y cô và các ba ̣n Em xin chân thành cảm ơn Hà Nô ̣i, ngày 15 tháng 09 năm 2017 HỌC VIÊN NGUYỄN VĂN LÝ DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Nghĩa Ký hiệu Từ viết tắt XML eXtensible Markup Language FLAC Free Lossless Audio Codec Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng Bộ giải mã âm không liệu AAC Advanced Audio Coding Mã hóa âm nâng cao WMA Windows Media Audio TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol Giao thức không liên kết LMS Learning Management System Hệ thống quản lý học tập Âm Windows Giao thức điều khiển truyền vận MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG : ĐẶT VẤN ĐỀ 11 1.1 Giới thiệu giáo dục trực tuyến ngày 11 1.2 Lợi ích giáo dục trực tuyến 12 1.3 Phân loại giáo dục trực tuyến 13 1.3.1 Đào tạo đồng 14 1.3.2 Đào tạo không đồng 15 1.4 Một số hệ thống giáo dục trực tuyến 16 1.4.1 Moodle 16 1.4.2 Atutor 18 1.4.3 Dokeos 20 1.5 Khó khăn hạn chế giáo dục trực tuyến 21 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRONG VIỆC TẠO BÀI GIẢNG TRỰC TUYẾN 23 2.1 Một số phương pháp tạo giảng trực tuyến 23 2.1.1 Ghi lại hình (Screencasting) 23 2.1.2 Ảnh động (Animations) 24 2.1.3 Các trang trình bày mơ tả (Narrated Slides) 24 2.2 Nghiên cứu giải pháp 24 2.3 Tìm hiểu cơng nghệ 25 2.3.1 Hệ điều hành Android 25 2.3.2 Công nghệ viết lên hình Android 26 2.3.3 Công nghệ XML kỹ thuật ứng dụng 29 2.3.4 Công nghệ lưu trữ file Audio 31 2.3.5 Công nghệ Socket 34 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 41 3.1 Mô hình hóa liệu giảng video 41 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 44 3.2.1 Đặc tả yêu cầu chức hệ thống 44 3.2.2 Biểu đồ use-case 45 3.2.3 Các biểu đồ 46 3.2.4 Biểu đồ hoạt động hệ thống 51 3.2.5 Thiết kế giao diện ứng dụng 52 3.3 Cài đặt môi trường phát triển 62 3.3.1 Hệ điều hành Android 62 3.3.2 Công cụ phát triển phần mềm Android Studio 62 3.4 Một số kịch kiểm thử ứng dụng 63 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 4.1 Kết đạt 66 4.2 Ưu điểm nhược điểm ứng dụng 66 4.2.1 Ưu điểm 66 4.2.2 Nhược điểm 67 4.3 Hướng phát triển 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng Các phương thức Paint 28 Bảng Các phương thức MediaRecorder 34 Bảng Bảng danh sách điều khiển hình liệt kê giảng 54 Bảng Bảng danh sách điều khiển hình nhập thơng tin giảng 55 Bảng Bảng danh sách điều khiển hình ứng dụng 56 Bảng Bảng danh sách điều khiển hình hiển thị liệu Pdf 58 Bảng Bảng phân tích thành phần giao diện kiểm tra nhanh 60 Bảng Bảng danh sách điều khiển hình hiển thị địa IP 61 Bảng Một số kịch kiểm thử 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Quy mô thị trường giáo dục trực tuyến 12 Hình Màn hình giao diện hệ thống Moodle 17 Hình Màn hình giao diện hệ thống Atutor [8] 19 Hình Màn hình giao diện hệ thống Dekeos [9] 20 Hình Sơ đồ thu liệu video 25 Hình Vẽ đường thẳng Android Canvas 28 Hình Biểu đồ trạng thái Media Recorder 33 Hình 8.Lập trình socket với TCP 38 Hình 9.Lập trình socket với UDP 39 Hình 10 Cấu trúc liệu nét bút 43 Hình 11 Cấu trúc liệu kiểm tra nhanh 44 Hình 12 Biểu đồ use case tổng quát 45 Hình 13 Biểu đồ use case tạo giảng 46 Hình 14 Biểu đồ thu lưu liệu audio 47 Hình 15.Biểu đồ lấy tọa độ nét vẽ ghi vào file xml 48 Hình 16.Biểu đồ mở hiển thị file PDF 49 Hình 17 Biểu đồ live stream giảng 50 Hình 18 Biểu đồ hoạt động hệ thống 51 Hình 19 Màn hình khởi động ứng dụng hình hiển thị tất giảng tạo 53 Hình 20.Màn hình nhập thơng tin giảng 54 Hình 21 Màn hình ứng dụng 55 Hình 22 Màn hình liệt kê hiển thị liệu pdf 57 Hình 23 Màn hình giao diện kiểm tra nhanh 59 Hình 24 Màn hình hiển thị địa IP điện thoại 61 Hình 25 Cấu trúc project Android Studio 62 để giáo viên nhập thông tin giảng, nút “Create” để tạo giảng nhập đầy đủ thông tin giảng Sau bảng phân tích thành phần giao diện: STT Tên Ý nghĩa Kiểu liệu btnCreate Button Bắt đầu tạo giản editLecture EditText Nhập thông tin giảng Bảng Bảng danh sách điều khiển hình nhập thơng tin giảng 3.2.5.3 Màn hình ứng dụng Dưới hình ứng dụng, hiển thị xuyên suốt trình giảng giáo viên Hình 21 Màn hình ứng dụng 55 Trên hình giao diện giáo viên nhấn nút bắt đầu giảng bài, lúc đồng hồ giao diện bắt đầu chạy giúp giáo viên quản lý thời gian giảng Dữ liệu âm ghi lại lúc này, giáo viên nhấn nút bắt đầu giảng bảng trắng bắt đầu tạo để viết Giáo viên nhấn nút tạm dừng chương trình trường hợp cần thiết, lúc liệu âm tạm thời khơng ghi lại Trong q trình giảng bài, bảng trắng viết đầy giáo viên xóa bảng cách nhấn vào nút xóa giao diện Giáo viên giảng với file PDF cách nhấn vào nút chọn file Nút menu giao diện đưa giáo viên đến lựa chọn thực kiểm tra nhanh, giảng trực tuyến Sau bảng phân tích thành phần giao diện: Kiểu liệu Ý nghĩa STT Tên btnClean Button Xóa bảng hay tạo bảng trắng btnOpenPdf Button Mở file PDF để giảng btnPause Button Bắt đầu tạm dừng chương trình btnStart Button Bắt đầu live stream txtTime TextView Hiển thị thời gian giảng Bảng Bảng danh sách điều khiển hình ứng dụng 3.4.4 Màn hình liệt kê hiển thị file PDF 56 Định dạng file PDF định dạng phổ biến giáo viên lựa chọn để giảng Ngồi file PDF sử dụng để đưa câu hỏi nhanh mà không cần thời gian lúc giảng Sau hình giao diện hiển thị file liệu PDF: Hình 22 Màn hình liệt kê hiển thị liệu pdf Giao diện liệt kê tất file liệu PDF thiết bị giúp giáo viên thấy file liệu cần thiết mà khơng thời gian tìm kiếm Trên hình hiển thị liệu PDF giáo viên nhấn vào nút “NEXT” để sang trang nhấn vào nút “PREVIOUS” để trở trang trước Sau bảng phân tích thành phần giao diện: 57 Kiểu liệu Ý nghĩa STT Tên btnNext Button Xem trang btnPrevious Button Xem trang trước imgPdf ImageView Hiển thị liệu Pdf lstPdf ListView Hiển thị file Pdf điện thoại Bảng Bảng danh sách điều khiển hình hiển thị liệu Pdf 3.2.5.4 Màn hình giao diện kiểm tra nhanh Để có tương tác tốt giáo viên học viên trình giảng bài, tránh nhàm chán phải xem video giảng thời gian dài, ứng dụng đưa chức giảng nhanh Chức giúp cho học viên thực hành học giúp giáo viên quản lý đánh giá thành viên tốt Dưới hình giao diện kiểm tra nhanh: 58 Hình 23 Màn hình giao diện kiểm tra nhanh Trên hình giao diện test nhanh gồm có thành phần sau:  Thời gian test : giáo viên cần nhập vào liệu thời gian cho kiểm tra nhanh, giúp cho học sinh biết thời gian làm bải địng thời đánh giá lực  Một phần quan trọng test nội dung câu hỏi hiển thị giao diện  A, B, C, D đáp án kiểm tra nhanh  Key : đáp án xác test  Giáo viên thêm nhiều câu hỏi bái kiểm tra nhanh việc nhấn vào nút “ADD” giao diện 59 Sau bảng phân tích thành phần giao diện: STT Tên Test time Kiểu liệu EditText Ý nghĩa Thời gian làm kiểm tra nhanh Question EditText Nội dung câu hỏi A, B, C, D EditText Các đáp án lựa chọn câu hỏi Key EditText Đáp án câu hỏi Bảng Bảng phân tích thành phần giao diện kiểm tra nhanh 3.2.5.5 Màn hình hiển thị địa IP điện thoại Để học viên xem giảng trực tuyến giáo viên, giáo viên cần thông tin địa IP sử dụng để học viên kết nối tới học trục tuyến Màn hình xem địa IP thiết bị hiển thị sau: 60 Hình 24 Màn hình hiển thị địa IP điện thoại Màn hình giao diện hiển thị địa IP gồm có địa IP thiết bị số cổng port dùng để client kết nối tới Sau bảng phân tích thành phần giao diện: STT Tên txtIp Kiểu liệu TextView Ý nghĩa Hiển thị địa IP điện thoại txtPort TextView btnExit Button Hiển thị port chương trình Thốt hình hiển thị IP Bảng Bảng danh sách điều khiển hình hiển thị địa IP 61 3.3 Cài đặt môi trường phát triển 3.3.1 Hệ điều hành Android Ứng dụng xây dựng cài đặt tảng hệ điều hành Android Ra mắt từ năm 2008, Android nhanh chóng phát triển trở thành hệ điều hành thiết bị phổ biến Chính sách mã nguồn mở Android với tính khơng ràng buộc nhiều cho phép nhà phát triển thiết bị di động lập trình viên điều chỉnh phân phối Android cách tự Ngoài ra, Android cịn có cộng đồng lập trình viên đơng đảo chuyên viết ứng dụng để mở rộng chức thiết bị 3.3.2 Công cụ phát triển phần mềm Android Studio Android Studio IDE (Intergrated Development Environment) google xây dựng cung cấp miễn phí cho nhà phát triển ứng dụng Android Android studio dựa vào IntelliJ IDEA, IDE tốt cho Java Do Android Studio mơi trường phát triển ứng dụng tốt cho Android.Cấu trúc project Android Studio Ta tiến hành mở Project mặc, định activity_main.xml chọn ta có sau: Hình 25 Cấu trúc project Android Studio 62 Ở có phân vùng làm việc mà lập trình viên thường tương tác  Vùng 1: Là nơi cấu trúc hệ thống thông tin Ứng dụng  Vùng 2: Là nơi hiển thị Control mà Android hỗ trợ, cho phép bạn kéo thả trực tiếp vào vùng (giao diện thiết bị) để thiết kế  Vùng 3: Là vùng giao diện thiết bị, cho phép Control kéo thả vào đây, chọn cách hiển thị theo nằm ngang nằm đứng, phóng to thu nhỏ, control, lựa chọn loại thiết bị hiển thị  Vùng 4: Khi hình bạn có nhiều control vùng trở lên hữu ích, cho phép hiển thị giao diện theo dạng cấu trúc Cây, nên bạn dễ dàng quan sát lựa chọn control chúng bị chồng lập giao diện (vùng 3)  Vùng 5: Vùng quan trọng, vùng cho phép thiết lập trạng thái hay thuộc tính cho Control giao diện  Vùng 6: Là vùng tiện lợi giúp ta thao tác nhanh chóng chạy ứng dụng debug ứng dụng, quản lý máy ảo (AVD Manager), quản lý Android SDK Manager (thường dùng để cập nhật) 3.4 Một số kịch kiểm thử ứng dụng Kết thử nghiệm hoạt động ứng dụng STT Tính thử nghiệm Đánh giá Liệt kê tất file Hoạt động tốt giảng tạo Xóa liệu viết Hoạt động tốt hình 63 Hoạt động tốt Liệt kê tất file PDF điện thoại Hiển thị file PDF Hoạt động tốt Viết hình Hoạt động tốt Thu liệu audio Hoạt động tốt Ghi lại tọa độ điểm Hoạt động tốt vẽ hình vào file XML Live stream Hoạt động chưa ổn định (đôi không tạo kết nối Client Server) cần cải thiện thêm Bảng Một số kịch kiểm thử Sau kịch kiểm thử diễn ra, hầu hết chức thành phần giao diện hoạt động tốt, ngoại trừ chức học trực tuyến thời gian thực cần cải tiến thêm Trung bình video giảng có thời gian khoảng 45 phút, hệ thống đáp ứng tốt mức thời gian cao liệu audio XML vượt giới hạn dung lượng cho phép file, hệ thống tạo file audio XML để lưu trữ liệu Trong phiên sau, tác giả đề phương án nâng cao hiệu hoạt động ứng dụng cải tiến việc học thời gian thực Như vậy, ứng dụng thiết kế cài đặt, kết kiểm nghiệm thiết bị thật, ứng dụng vượt qua kịch 64 kiểm thử Phần tiếp theo, tác giả xin nêu kết luận, kiến thức công nghệ nghiên cứu hướng phát triển 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong chương này, tác giả xin tổng kết lại kết mà đề tài đạt đồng thời nêu hướng phát triển Đề tài đưa giải pháp tháo gỡ khó khăn vấn đề tạo giảng video việc học trực tuyến, nhiên nhược điểm cần khắc phục 4.1 Kết đạt Qua việc phát triển đề tài giúp tác giả nắm bổ sung kỹ lập trình thiết bị di dộng:  Hiểu cách viết hình điểm thoại, cách lấy tọa độ nét vẽ  Hiểu cách hiển thị liệu PDF việc sử dụng API có sẵn Android  Lập trình Socket, giao tiếp với nhiểu client thời điểm  Củng cố kỹ phân tích thiết kế hệ thống 4.2 Ưu điểm nhược điểm ứng dụng 4.2.1 Ưu điểm Dưới số ưu điểm bật ứng dụng:  Ứng dụng tạo video giảng với dung lượng thấp so với video giảng truyền thống khoảng 4~5 MB 45 phút giảng Trong video truyền thống thường có dung lượng 600~700 MB Điều giúp cho việc lưu trữ cúng truyền tải video trở nên đơn giản nhiều  Ứng dụng cho thấy không cần dùng thiết bị thu âm thu hình chuyên nghiệp, giáo viên tạo giảng video với chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu học tập học viên 66  Ứng dụng phát triển tính kiểm tra nhanh giúp tương tác tốt giáo viên học viên Tránh nhàm chán cho học viên phải xem video giảng dài  Ứng dụng phù hợp với nhiều đối tượng khác ứng dụng thiết kế dễ sử dụng, đặc biệt thích hợp với giảng cần thiết phải viết lên bảng chữa đề thi, học ngoại ngữ… 4.2.2 Nhược điểm Mặc dù cố gắng trình phát triển để tài, ứng dụng tồn nhược điểm sau đây:  Giao diện cần tối ưu hiển thị tốt Màn hình hiển thị liệu PDF cần tối ưu để hiển thị liệu rõ nét  Chức học trực tuyến theo thời gian thực cần phát triển thêm, cần có kết nối ổn định với Client 4.3 Hướng phát triển Đây đề tài nghiên cứu khoa học có tính áp dụng thực tiễn cao Tuy nhiên thời gian nghiên cứu phát triển ứng dụng ngắn nên khơng tránh khỏi thiếu sót cải tiến phát triển thêm tính Tác giả xin đề xuất số hướng phát triển đề tài sau:  Hoàn thiện tính học trực tuyến thời gian thực, giao diện hỏi đáp giáo viên học viên  Xây dựng ứng dụng web, giúp việc học học viên đơn giản 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Itmazi, Jamil, Gea, M.M., Paderewski, P and Gutierrez, F.L (2005) “A comparison and evaluation of open source learning managment systems” IADIS International Conference-Applied Computing 2005 Algarve, Potugal 22-25 Feb [2] Yuan Jiugen , Xing Ruonan and Yin Luyao (2011) “the Application of the Atutor Learning Content Management System in Teaching” International Conference on Distance Learning and Education IPCSIT vol.12 (2011) © (2011) IACSIT Press, Singapore [3] Lan Umek, Damijana Keržic, Nina Tomaževic and Aleksander Aristovnik (2015), “Moodle E-learning system and students’performance in higher education: the case of public administration programmes”, University of Ljubljana [4] Karlheinz Brandenburg (1999), “MP3 AND AAC EXPLAINED”, Fraunhofer Institute for Integrated Circuits FhG-IIS A, Erlangen, Germany [5] Trịnh Văn Biểu (2012) ,“Một số vấn đề đào tạo trực tuyến (E-Learning)”, Tạp chí khoa học ÐHSP TPHCM, số 40 năm 2012 [6] G-Cube (2017), “Different Types of e-Learning and What Suits Me Best” http://www.gc-solutions.net/resources/articles/different-types-of-e-learning-and-whatsuits-me-best.html [7] Moodle, https://moodle.org/ [8] Atutor, http://www.atutor.ca/ [9] Dokeos, https://www.dokeos.com/ 68 [10] Thang Le Toan (2016), “The 13 Best eLearning Apps for Businesses”, http://support.atcom.vn/index.php?/News/List/Index/103 [11] Oracle (2017), “All About Sockets” https://docs.oracle.com/javase/tutorial/networking/sockets/index.html 69 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN LÝ NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ GIÁO VIÊN TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN Chuyên ngành:... tài tìm hiểu đưa phương pháp giúp giáo viên tạo giảng điện tử cách đơn giản dễ dàng Nội dung luận văn "Nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ giáo viên giảng dạy trực tuyến" gồm phần sau: Chương 1:... triển giáo dục trực tuyến ngày nay, khó khăn gặp phải tạo giảng trực tuyến Chương 2: Một số giải pháp công nghệ việc tạo giảng trực tuyến Ở chương luận văn tìm hiểu nghiên cứu phương pháp hỗ trợ giáo