Tài liệu Dạy học và sự trợ giúp của máy tính doc

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN





TS. NGUYỄN VŨ QUỐC HƯNG

HÀ NỘI 2004

2

Chơng 1 - Dạy học và sự trợ giúp của máy tính
1.1 Hoạt động dạy học
1.1.1 Chức năng của hoạt động dạy học
Dạy học là một hoạt động giao tiếp giữa ngời thầy và học trò. Ngời
thầy truyền thụ (dạy) và học trò tiếp nhận (học) tri thức. Mục tiêu là chuyển
đợc tri thức cho học trò để học trò có thể phát triển thêm khả năng của mình.
Dạy học cũng là hoạt động đợc tiếp cận trên nhiều phơng diện nhằm
đáp ứng các vấn đề sau:
- Dạy cái gì ? Nội dung của tri thức đợc chuyển tải đợc xác định bởi
chuyên gia của môn học.
- Dạy cho ai? Cách thức dạy đợc xác định cho từng loại đối tợng học
sinh dựa trên cơ sở về tâm lý nhận thức, đó chính là mô hình học trò.
- Dạy nh thế nào? áp dụng nh thế nào các phơng pháp s phạm phù
hợp với tâm lý nhận thức. Tập hợp các phơng pháp đó hình thành một mô hình
s phạm và ta còn nói đến các chiến lợc s phạm khi áp dụng lên một học sinh
cụ thể.
- Dạy bằng gì? Dạy dới sự trợ giúp của các phơng tiện âm thanh, trực
quan đảm bảo cho hoạt động đối thoại hoặc tơng tác giữa thầy và trò. Để sự trợ
giúp này có hiệu quả ta phải có một mô hình giao diện
- Dạy ở đâu? Nói đến hình thể văn hoá xã hội, nơi ta tiến hành hoạt

động dạy học, vị trí là một nhân tố của sự phát triển khi ta đề cập một sự nhận
thức bởi sự tơng tác giữa chủ đề và môi trờng của nó.
- Tại sao dạy? Mục đích cần đạt tới, từ đó ta có một mô hình kiểm tra
đánh giá.
Ngời ta phân biệt các thành phần tham gia vào quá trình dạy học nh
sau:

3

- Nội dung (N) của tri thức môn học.
- Phơng tiện dạy, ngời hay máy (M)
- Đối tợng dạy: học trò (HS) chỉ một cấu trúc tâm lý- nhận thức.
- Môi trờng văn hoá xã hội (MT) nơi dạy.
- Mục đích dạy (MĐ) quy định các tiêu chuẩn thực hiện và kiểm soát
- Phơng pháp dạy (P) điều khiển quá trình giao tiếp giảng dạy
Sơ đồ kiến trúc của hoạt động dạy học đợc mô tả bởi sơ đồ sau đây:
Hình 1.1 Kiến trúc của hoạt động dạy-học
Để đạt đợc mục tiêu dạy học, ngời giáo viên phải lập kế hoạch và tiến
hành một dãy các thao tác dạy học, chính là chức năng của các modun đợc mô
tả ở trên, hoạt động của ngời giáo viên có vai trò chủ đạo trong quá trình hoạt
động tơng tác giữa chúng. Muốn nghiên cứu sâu sắc các hoạt động này thì
chúng ta cũng cần phải mô hình hoá hoặc hình thức hoá quá trình của nó.






MT

N

P
Dạy học
MT

M

HS

MĐ

N


4

1.1.2 Nhận xét
Với các đặc trng đợc nêu ở trên, trong lĩnh vực dạy học ta tìm hiểu xem
máy tính , các hoạt động s phạm cũng là
một nghệ thuật, vì vậy áp dụng phơng tiện Tin học vào giảng dạy là một vấn đề
không đơn giản.
1.2 Vấn đề áp dụng Tin học trong dạy học
Tin học trong dạy học có thể đợc tiếp cận trên nhiều phơng diện: là
công cụ trong môn học (tính toán, tài liệu, ), là môn học (học lập trình, học xử
dụng máy, ), là công cụ trong dạy học (để học, phát hiện, xử lý, ). Xét về

phơng diện nào thì Tin học cũng có khả năng tác động đến học trò, đến giáo
viên và đến việc quản lý. Vấn đề mà chúng ta quan tâm ở đây chính là công cụ
trợ giúp dạy học.
1.2.1 Sơ lợc lịch sử việc Tin học hoá qua trình dạy học
Trong quá trình Tin học hoá hoạt động dạy học, ngòi ta đã đi từ các hệ
thống trợ giúp dạy học bằng máy tính (CAI: Computer Assisted Instruction) đến
các hệ thống thông minh trợ giúp dạy học bằng máy tính (ICAI: Intelligent
Computer Assisted Instruction) hay còn gọi là IT (Intelligent Tutor). Cách thức
tổ chức dạy học đi từ Computer Based Training - CBT đến Web Based Training
- WBT và hiện nay là e-learning. Lịch sử phát triển có thể tóm lợc nh sau:
: Đây là giai đoạn nhấn mạnh đến khái niệm giải
thuật và chơng trình hoá các hoạt động dạy học. Các ngôn ngữ lập trình phát
triển tơng đối mạnh và xuất hiện các hệ tác gia (Authoring System). Các hệ
này là công cụ tạo ra các phần mềm dạy học. Dạy học chơng trình hoá là một
tập các phơng án dạy gắn với các đơn vị tri thức. Tiến trình của các đơn vị tri
thức này là tuyến tính hoặc rẽ nhánh tuỳ thuộc vào mức độ đáp ứng cuả ngời
học. Hệ tác gia là công cụ cho phép ngời thầy soạn thảo bài giảng của mình
theo một kịch bản cho trớc. Các bài giảng và các chơng trình tin học đợc
định hớng đợc gọi là phần mềm dạy học (courseware hoặc didacticiel).

5

: Giai đoạn nàyphần mềm có xu hớng trợ giúp quá
trình nhận thức bằng cách tạo lập môi trờng hoạt động khám phá. Cùng với các
kết quả nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo (AI: Artificial Intelligence), đặc biệt là hệ
chuyên gia, trong CAI bắt đầu hình thành những mô hình về hoạt động nhận
thức và các chiến lợc giảng dạy. Đó chính là mầm mống của hệ thống dạy học
thông minh (IT). Rất nhiều vấn đề đã đợc đặt ra trong khuôn khổ nghiên cứu
của trí tuệ nhân tạo và tâm lý học; khoa học nhận thức cần đợc mô hình hoá
bằng các kỹ thuật của công nghệ thông tin. Thực tế cho thấy trong giai đoạn này

còn có nhiều hạn chế về kỹ thuật.
: Sự phát triển của các phần mềm trợ giúp dạy học
gắn rất chặt với công nghệ mới về phần cứng và phần mềm:
hay cùng với việc tăng hiệu năng của dung
lợng bộ nhớ và tốc độ của máy tính, đặc biệt là môi trờng Internet đã giúp ích
rất nhiều cho các nghiên cứu về đa Tin học vào giảng dạy hầu hết các môn học
khác nhau. Đây chính là nền tảng kỹ thuật cho hình thức tổ chức dạy học CBT,
WBT và e-learning.
nhằm mô phỏng thế giới nhận thức. Nó cho phép tiến hành
giảng dạy theo chế độ tơng tác, phát triển khả năng học trên cơ sở các tri thức đã lĩnh
hội đọc. Mặt khác những thành tựu mới về Tin học (đặc biệt là trong lĩnh vực trí tuệ
nhân tạo) đã cho phép hoạt động dạy học có trợ giúp bởi máy tính đi từ kiến trúc "Hệ
thống + Học sinh" sang kiến trúc tam giác "Hệ thống + Học sinh + Ngời đồng
hành, nghĩa là ngoài giảng viên và học sinh ngời ta giả lập thêm một ngời đồng
hành là phần mềm trợ giúp. Vai trò của ngời đồng hành này nhằm trợ giúp hay
khuyến khích học sinh học tập một cách thoải mái và hợp lý nhất. Mỗi khi có yêu cầu
của học sinh nhằm đợc hỗ trợ từ ngời dạy (hệ thống hoặc giảng viên) nói chung học
sinh sẽ đợc đặt vào môi trờng một cách tự nhiên, không cảm thấy có sự kiểm soát và
đánh giá; Do vậy sự hỗ trợ của ngời đồng hành là một sự hợp tác giống nh chuyển
giao hay trao đổi thông tin nhằm tạo thuận lợi cho việc học tập.


6


Khoa học nhận thức PMDHTM với học tiếp
cận
HyperText và MultiMedia PMDHTM với đa phơng tiện

Trí tuệ nhân tạo PMDHTM

Phần mềm tri thức Các vi thế giới

Hệ thống PMDH

Giải thuật Dạy học chơng trình hoá
Thời gian

60 65 80 85 90
PMDHTM: Phần mềm dạy học thông minh
PMDH: Phần mềm dạy học
Hình 1.2 Lịch sử phát triển của phần mềm dạy học
Kiến trúc của các phần mềm dạy học.
1.2.2.1 Phần mềm dạy học.
Phần mềm dạy học (PMDH) bao gồm các đơn vị tri thức, các bài tập từ
đơn giản đến phức tạp tạo điều kiên cho việc lĩnh hội tri thức.
Các chiến lợc s phạm cho phép cấu trúc hóa các đơn vị tri thức trong
PMDH. Quá trình giảng có thể là tuyến tính hay phân nhánh. Các phần trình bày
phải bao gồm đầy đủ các sự kiện sẽ nảy sinh trong quá trình tơng tác. Các tác
động này phải thực hiện theo những lợc đồ nhất định. Việc phân tích, đánh giá
các đáp ứng của ngời học thờng dựa trên các yêu cầu đã chuẩn bị sẵn. Số
lợng các yêu cầu này là hữu hạn và khó cập nhật. Làm nh vậy thì việc dẫn dắt,

7

trình bày vấn đề rất có hiệu quả, nhng các giải pháp đáp ứng yêu cầu đã cố
định và hạn chế sức sáng tạo của ngời học.
Hệ tác gia (Authoring System) là phần mềm dạng công cụ cho phép ngời
thày soạn bài giảng theo kịch bản đã tạo sẵn, các tuỳ chọn theo chiến lợc s
phạm cũng gắn liền trong bài giảng. Các bài giảng là các phần độc lập, do vậy

kịch bản không có tính linh hoạt và dễ lỗi thời.
Trong các hệ thống này, tri thức và chiến lợc s phạm kết hợp nhau
trong một tập các bài giảng. Để xây dựng đợc bài giảng, ngời soạn bài phải
tiến hành phân tích bài giảng thành các đơn vị nhỏ hơn song song với việc phân
tích đặc thù ngời học. Việc phân tích đặc thù cho phép xác định độ khó của các
bớc trình bày. Trên cơ sở đó, kịch bản đợc xây dựng thành các mô đun chơng
trình có kèm theo các trắc nghiệm đánh giá nhận thức ngời học.
Việc đa tin học vào giảng dạy làm nảy sinh nhiều vấn đề nghiên cứu.
Những vấn đề chung là: điều khiển việc học, cấu trúc tâm lý- nhận thức của trò,
các nguyên lý học của ngời và các chiến lợc s phạm.
Vì bài giảng chuyển tải các tri thức khai báo thành những tri thức dạng
thủ tục, nên có thể mất mát thông tin nhiều. Hơn nữa, quá trình học là tổng hợp
kết quả của nhiều hành động, điều đó khó có thể làm đợc trong các PMDH.
Trong bài giảng kiểu này không thể chứa các yếu tố suy diễn, không cho phép
học trò thực hiện quá trình suy luận, không đáp ứng hay phân xử thông minh
các câu trả lời của học trò.
Mặt khác, các bài giảng gắn với các kịch bản cố định, không tách rời tri
thức cần truyền đạt và vì vậy khó áp dụng các chiến lợc s phạm phù hợp với
sự tiến hoá trong mô hình học trò, mà mô hình này thực tế là rất đa dạng và
phong phú.




8

Hệ thống
Hình 1.3: Kiến trúc của PMDH
1.2.2.2 Phần mềm dạy học thông minh.


Vào những năm 75-80, các nghiên cứu về Tin học bắt đầu phát triển rất
mạnh, xuất hiện các ngôn ngữ rất thuận lợi cho việc lập trình theo các kỹ thuật
của trí tuệ nhân tạo nh LISP, PROLOG, SMALLTALK. Những ngôn ngữ nh
vậy cho phép mô tả thuận lợi các hoạt động thông minh nh: trò chơi, ngôn ngữ,
tối u hoá, giải quyết vấn đề, học và thao tác trên các ký hiệu. Về khía cạnh
khác LISP, PROLOG có các thao tác xử lý trên danh sách, ký hiệu và do vậy
khá thuận tiện để lập luận với các cơ sở tri thức.
Nhờ kỹ thuật biểu diễn tri thức, xử lý logic và các kỹ thuật giải quyết vấn đề,
các hệ chuyên gia đợc đa vào nhiều nhiều lĩnh vực áp dụng khác nhau, kể cả lĩnh
vực dạy học. Mỗi hệ chuyên gia chuyên ngành là một thể hiện cụ thể các mô
hình suy diễn dành cho chuyên ngành. Đặc trng của các hệ này là mô phỏng
các hành động thông minh của con ngời trong việc chẩn đoán, hỗ trợ quyết
định, dự báo, thiết kế tối u. Vấn đề cơ bản ở đây là biểu diễn tri thức khi giải
quyết vấn đề và suy diễn ra những thông tin mới bằng cách kết hợp các sự kiện
ban đầu với các tri thức mà hệ đã tích luỹ trong hệ thống.
Ngoài đặc tính cơ bản của hệ chuyên gia, một phần mềm dạy học thông
minh cần phải có thêm các chức năng khác. Về nguyên tắc, nó bắt chớc cách
Học sinh

Giao diện tơng tác

Bài giảng
Nội dung Chiến lợc s phạm Đơn vị tri thức

9

dạy của ngời thày giáo trong chuyển đổi tri thức, nhng chúng còn có thêm các
chiến lợc s phạm, chỉ rõ "cần làm nh thế nào" nhằm dẫn dắt quá trình học và
thay đổi tác động tuỳ theo tiến trình.
Có thể nói phần mềm dạy học thông minh là một hệ chuyên gia có thêm
những đặc trng sau đây:
- Quản lý có tính s phạm biểu diễn tri thức.
- Lập luận trên tri thức và biết cách giả thích các lập luận đó
- Hớng dẫn, trợ giúp, điều khiển, phân loại, đánh giá quá trình
học của học trò.
- Phát triển mô hình tri thức và cập nhật nhằm thích nghi và hoàn
thiện chúng.

Trong PMDHTM, các mô đun tri thức, chiến lợc dạy và mô hình học trò
không gắn nhau mà tách riêng. Các mô đun này thuận lợi cho việc chuyên biệt
hoá các chức năng, đồng thời cho phép phân tán các lập luận theo các chức năng
đó nhằm làm cho phơng pháp lập luận đợc tinh tế, sâu sắc hơn.







Cơ sở tri thức Chiến lợc s phạm Mô hình học trò
Hệ thống
Hình 1.4: Kiến trúc của một PMDHTM
Học sinh

Giao diện tơng tác


10

Mođun tri thức (cơ sở tri thức)
Cấu trúc modun tri thức cũng nh trong hệ chuyên gia, bao hàm các tri
thức chuyên gia và các sự kiện. Quan niệm này rất quan trọng vì ngời học có
thể tiếp cận đợc các tri thức này, hệ thống có thể đa ra những giải thích về
cách lập luận của mình. Các phơng pháp biểu diễn tri thức đợc chọn sao cho
phù hợp với các dữ kiện và các chức năng s phạm của việc dạy học thông
minh. Các giải pháp chung bao gồm: hệ logic, hệ sản xuất, mạng ngữ nghĩa,
biểu diễn bằng hớng đối tợng. Các lập luận trên cơ sở tri thức cho phép tạo ra
các giải pháp giải quyết vấn đề. Một vấn đề quan trọng là phải kết nối với mô
đun chiến lợc giảng dạy nhằm bám sát và kiểm soát đợc tiến trình học của
học trò.
Mođun chiến lợc giảng dạy

Từ góc độ s phạm, việc dạy học trong các phần mềm dạy học phải tuân
theo cách thức học kinh điển học sinh-thày giáo. Modun này sẽ cho phép áp
dụng các chiến lợc sao cho phù hợp với ngữ cảnh học: tiến trình học của học
trò và mục tiêu định sẵn cho bài giảng. Nó còn quản lý một cách linh hoạt các
quá trình s phạm và sự phát triển nhận thức của học trò sau khi lĩnh hội, luyện
tập và vận dụng .
Mô hình học trong phần mềm dạy học thông minh có thể là:
- Mô hình thực hiện (hay môi trờng học): thực hiện việc học quy
nạp. Tác giả xây dựng trong PMDHTM một mô hình nhận thức để khảo
sát và giải quyết. Học trò quan sát và thực nghiệm lại trên các dữ liệu.
Qua đó chúng hình thành các giả thuyết, khái quát hoá trong khi tự tạo

một mô hình hay sơ đồ áp dụng trong tình huống mới.
- Mô hình huấn luyện: tiến trình học trớc hết là suy diễn. Tác giả
đa vào trong PMDHTM một mô hình nhận thức để phân loại và tổ chức
các khái niệm. Học trò phải tạo ra cách tổng hợp và cách chuyển đổi để
đa ra kết quả mà trò có thể kiểm soát đợc

11

- Mô hình lập luận: tiến trình học là luân phiên giữa quy nạp và
suy diễn. Tác giả đa vào PMDHTM cách thức quản lý đối thoại có bám
sát chủ đề; Nó quản lý trò bằng các gợị ý, câu hỏi, trừu tợng hoá, cụ thể
hoá và hiệu chỉnh nhằm khái quát hoá một tri thức.
Mo đun mô hình học trò

PMDHTM đợc áp dụng trong giảng dạy về cơ bản phải đáp ứng đợc
yêu cầu chuyên biệt hoá đối tợng học, đây là một thế mạnh nếu việc dạy đợc
dựa trên tri thức bản thân của mỗi học trò và xử lý nhận thức của học trò. Mô
hình học trò đa ra những hệ thống thông tin riêng, một cách lý tởng hệ thống
phải thích ứng đợc thái độ của ngời học cũng nh lờng trớc đợc các hành
vi kế tiếp và khả năng chuẩn đoán các lỗi. Việc phán đoán và áp dụng các chiến
lợc s phạm dẫn đến việc làm phù hợp và tối u hoá quá trình học.
Việc biểu diễn tri thức của học trò phải gắn bó với biểu diễn tri thức
chuyên môn. Khi thực hiện, ngời ta có thể xây dựng theo:
- Các mô hình tri thức ghép chồng (overlay): ở đây ta coi các tri
thức học trò chỉ là một phần của cơ sở tri thức.
- Các mô hình tri thức sai lạc: mô đun đa ra tri thức sai và các lỗi.
Việc phân loại lỗi thu thập đợc qua tiến trình học của học trò cho phép
hoạch định và đa ra các chiến lợc s phạm, mặt khác cũng đa ra đợc
các yếu tố trợ giúp, hớng dẫn và giải thích. Việc phân tích lỗi phục vụ
cho việc xác định các mô hình học trò.

Các mô hình trên đợc coi là một bộ phận tri thức tập trung trong phần tri
thức chuyên môn.

12


Hình 1.5 Mô hình tri thức ghép chồng
Mô đun giao diện

Mô đun này chịu trách nhiệm trợ giúp những giao tiếp giữa trò và hệ
thống, chúng biểu diễn đợc các đơn vị tri thức, các câu trả lời, đa ra và hiểu
đợc các tơng tác của các thông báo; đó chính là những yếu tố quan trọng
trong quá trình đối thoại. Giải pháp thờng đợc sử dụng là văn bản hay đồ hoạ
với các thực đơn hay cửa sổ đối thoại.
Trong các bài giảng thông minh các giao tiếp đối thoại thờng bằng ngôn
ngữ tự nhiên có hạn chế về cú pháp và từ vựng. Kiểu giao tiếp này dần dần bị
loại bỏ và đợc thay thế bằng kiểu thực đơn cuộn, sử dụng chuột và cửa sổ. Bởi
lẽ các kỹ thuật hớng tới việc giao tiếp hoàn toàn bằng ngôn ngữ tự nhiên tuy
cho một môi trờng giao tiếp phong phú nhng lại rất bị hạn chế về mặt thực
hiện. Mặt khác, với các lĩnh vực chuyên môn trong đó tri thức đợc biểu diễn có
cấu trúc cao (nh toán học chẳng hạn) thì điều đó không hẳn cần thiết.
Khả năng lập luận là cơ sở của PMDHTM, việc tích hợp các khả năng lập
luận không đơn giản, yêu cầu đặt ra là kết quả lập luận phải đúng và rõ ràng,
khả năng lập luận phải đảm bảo đợc tính chặt chẽ và tính đầy đủ.

13

Để đảm bảo tính chặt chẽ, kết quả lập luận phải là kết quả của quá trình
logic. Hệ phải có khả năng một khi đã chỉ ra một tính chất nào đợc xác nhận là
đúng thì phủ định điều đó không thể khẳng định là đúng đợc.

Để lập luận đầy đủ, hệ phải có khả năng không chỉ thu thập các tính
chất có thể giải thích đợc mà còn khẳng định xem nó có hợp lệ hay không?
Trong giảng dạy, tính đầy đủ sẽ có ý nghĩa cho mọi giải pháp mềm dẻo mà
việc học đa ra. Do vậy tính đầy đủ quyết định chất lợng giảng dạy nhng
rất khó đạt tới do rất khó định nghĩa, và cha có những thuật toán hiệu quả.
1.2.2.3 Vi thế giới trong giảng dạy

Nếu coi các chức năng của các hình thái tin học giáo dục đợc trải trên
một bậc thang mở, thì ngời ta có thể bố trí các hình thái khác nhau trên các
bậc thang đó, PMDH đợc đặt vào đầu của thang. PMDH đợc đặc trng bởi
các sự kiện đa ra trong khi học bằng các hệ thống các câu hỏi và những câu trả
lời ấn định trớc. Xuất phát từ các câu trả lời đa ra trong khi học, PMDH đề
xuất những câu hỏi mới, còn PMDHTM là PMDH dựa trên yếu tố thông minh.
Cũng với những câu hỏi chính xác với những gì có thể trả lời, PMDHTM còn có
khả năng lập luận. Với cách tạo môi trờng giao tiếp tích cực, PMDHTM có khả
năng mô phỏng thế giới thực. PMDHTM có thể đợc chia nhỏ hơn thành
, và
Vi thế giới
ý tỏng của vi thế giới (VTG) là đa ra môi trờng học dới dạng một thế
giới có hạn chế. Khi làm việc với hệ thống ta coi là học sinh bị cách ly với phần còn
lại của thế giới. Trong vi thế giới đó các đối tợng và quan hệ giữa chúng khá đơn
giản, do vậy việc học gắn với quá trình tạo ra các đối tợng mới và vận dụng chúng,
dựa trên các tri thức của nó (gọi là hệ học khám phá). Một trong các mục tiêu của vi
thế giới là cho phép thực hiện những gợi ý và tạo khả năng phán đoán vợt quá các
sự kiện đợc nêu ra. Những sự kiện này trên các đối tợng có thể là bản sao lặp lại
của các sự kiện trong thế giới thực.

14

LOGO đợc xây dựng bởi Minsky và Papert là một điển hình của VTG.

Xuất phát từ các hàm nguyên thuỷ trong vẽ hình phẳng, các thủ tục đợc xây
dựng thêm ngày càng trở nên phức tạp cho phép hình thành các đối tợng mới,
có thể nói VTG phát triển đồng thời với việc học. Các phát triển đó tạo ra sự
khác biệt giữa các VTG và các môi trờng mô phỏng.
Dạy học thông minh

Là một trong các bậc thang của các hình thái dạy học. Khác với vi thế
giới là nó đa ra nhiệm vụ chính xác. Nó dựa trên lập luận đúng để dẫn dắt học
trò trong việc giải quyết nhiệm vụ.
Giảng dạy có trợ giúp khám phá

Giảng dạy thông minh phụ thuộc vào tri thức của trò và phát triển theo
trò, việc dạy có phần lộ liễu, đôi khi gây cảm giác việc học nặng nề. Trong khi
đó, vi thế giới cha đặt ra nhiều vấn đề s phạm. Dạy có trợ giúp khám phá cho
phép theo từng giai đoạn học, đa ra những hành vi của vi thế giới đặc trng cho
dạy học thông minh.
1.3 Những vấn đề nghiên cứu dới góc độ Tin học khi xây
dựng phần mềm dạy học thông minh
Các PMGDTM phải có phơng pháp lập luận với các tri thức của thế giới
thực nhằm phối hợp nhiều kiểu thông tin. Có rất nhiều khía cạnh cần đề cập đến
trong biểu diễn tri thức nh:
- Làm thế nào để chỉ ra đợc các tri thức cần biểu diễn;
- Tổ chức tri thức thế nào; xử lý tri thức nh thế nào cho có hiệu
quả; biểu diễn các kiểu khác nhau của tri thức, kể cả các sự kiện, các khai báo,
các luật và các quá trình;
- Làm sao có thể suy diễn thông tin không tờng minh từ những cơ
sở tri thức; làm sao hiểu đợc các hạn chế hình thức cũng nh thực tiễn của hệ
thống biểu diễn;

15

- Làm sao phối hợp đợc thông tin mới vào hệ thống; làm sao biến
đổi thông tin khi thay đổi tình huống;
- Làm sao cho phép các ngoại lệ và các mâu thuẫn cùng tồn tại
trong hệ biểu diễn; biểu diễn thế nào cho các tình huống giả định; thực hiện các
điều không chắc chắn ra sao;
- v.v
Tập hợp các kỹ thuật cho phép biểu diễn một cách hiệu quả các tri thức và
khai thác chúng tạo thành nền tảng của kỹ nghệ xử lý tri thức.
Việc xây dựng PMGDTM đòi hỏi phải nghiên cứu một cách đầy đủ
những vấn đề nêu trên trên cơ sở vận dụng các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo, các
chiến lợc s phạm. Đơng nhiên, một PMGDTM hiện tại không dễ gì mà đạt
đợc mọi điều nêu trên một cách trọn vẹn. Việc nghiên cứu này luôn phải đặt
trên nền của một chuyên môn nào đó, chính điều đó làm cho PMGDTM có
nhiều ứng dụng khả quan trong khám phá biểu diễn tri thức.
Các vấn đề liên quan tới biểu diễn tri thức:
Việc hình thành các kỹ thuật biểu diễn tri thức góp phần không nhỏ trong
việc thu nạp tri thức trong các cơ sở tri thức nói chung và phần mềm dạy học nói
riêng. Lựa chọn đúng phơng pháp biểu diễn tri thức trong phần mềm dạy học là
yêu cầu cơ bản đặt ra với ngời thiết kế. Họ phải khảo sát toàn bộ các khía cạnh
trong các biểu diễn tri thức thòng dùng. Những lựa chọn này cần phải chú ý
tới sơ đồ biểu diễn đợc sử dụng (logic vị từ, frame, mạng ngữ nghĩa, hệ sản
xuất, ), kích cỡ cơ sở tri thức, sơ đồ lập luận nhằm trích rút tri thức không
tờng minh trong cơ sở tri thức Mặt khác, các nhà thiết kế cần phải nêu ra một
vài đặc thù riêng khi xem xét từng lĩnh vực chuyên môn cụ thể. Từ góc độ tin
học, có thể đa ra những vấn đề khó cần phải giải quyết sau đây:
(i) Biểu diễn các nguồn tri thức chồng chéo nh tri thức chủ đề, tri
thức chung của học trò và tri thức riêng của học trò .

16

(ii) Với bài toán không chỉnh, biểu diễn các khái niệm đã biết của
riêng học trò, cho phép biết đợc hoàn toàn trạng thái của tri thức học trò.
(iii) Phát hiện các sai lạc của học trò cả về tri thức nông lẫn tri thức
sâu.
(iv) Phát hiện tính không nhất quán một cách rõ ràng trong tri thức
và lập luận của học trò .
(v) Cập nhật tri thức khi các hiểu biết của học trò đợc nâng cao và
hiểu biết của ngời thầy về trò phát triển.
Có thể thấy rằng không có một sơ đồ tổng thể cho phép biểu diễn nhiều
nguồn tri thức cần thiết trong một PMGDTM.
Các mô hình giải quyết vấn đề
Cách giải quyết vấn đề hớng theo các hành vi của học trò bao gồm việc
chỉ ra kịp thời những mục tiêu của học trò và hiểu đợc các động cơ nằm bên
dới các tác động đó của học trò; hơn nữa, làm sao tích hợp đợc sự hiểu biết
tơng tự về các hành vi, các mục tiêu dạy với các mục tiêu này của học trò.
Chiến lợc giải quyết vấn đề đợc nhìn theo các khía cạnh: bản thân PMGDTM
phải hình thành từng bớc thực hiện mục tiêu của mình và đoán nhận phơng
thức giải quyết vấn đề của học trò. Khía cạnh thứ nhất không khó bằng khía
cạnh thứ hai. Những cố gắng đoán nhận các chiến lợc sử dụng thông qua các
tham số và các heuristic đều gặp những khó khăn, trớc hết để có thể khắc phục
đợc cần cố gắng áp dụng trong môn học cụ thể và thực hiện các ràng buộc. Các
chiến lợc này thay đổi theo học trò và thay đổi theo thời gian, việc gắn các
ràng buộc do vậy trớc mắt chỉ giải quyết đợc các vấn đề rất hạn chế.
1.3.3 Thể hiện các chiến lợc giảng dạy
Bất cứ PMGDTM nào cũng có tri thức về chủ đề chuyên môn cần đề cập.
Trong PMDH truyền thống, các tri thức này cũng có nhng không giống nh
trong PMGDTM vì chúng không thể lập luận. Các hệ truyền thống có xu hớng
xử lý các chủ đề theo cách dạy và không đợc phân tích bởi hệ thống. Hệ nạp
trớc tri thức dới dạng các ngôn ngữ tự nhiên hay các ảnh tĩnh hoặc động, trình

17

diễn và lặp lại cho học trò đến khi học trò tiếp thu xong. Các hệ dựa trên TTNT
đòi hỏi hệ có thể hiểu đợc ít nhất một số các ẩn ý của nội dung mà hệ đang
truyền đạt.
Có nhiều cách tiếp cận nhằm dạy trên chủ đề đã cho, và việc chọn chiến
lợc dạy thích hợp nhất phụ thuộc rất lớn vào kiểu học trò đợc dạy, tri thức học
trò hiện thời (mô hình học trò) và các thao tác nào học trò đã thực hiện (tham
chiếu tiền sử học trò).
Yêu cầu phối ghép các nguồn tri thức đa dạng rất bức xúc. Thực khó có
thể tách rời các nguồn tri thức trong PMDHTM, chúng cần phải thông hiểu đợc
với nhau. Chiến lợc dạy trong PMDHTM đóng vai trò điều khiển các hoạt
động đó, nhằm đảm bảo:
(i) Kết hợp nhuần nhuyễn đợc các phơng pháp dạy: diễn giải,
tơng tự, mô phỏng, quy nạp từ các ví dụ, tổng quát hoá, chuyên biệt hoá
và phối hợp với sự hiểu biết và lập luận tri thức.
(ii) Biểu diễn và chọn lựa trong các chiến lợc dạy nhiều kiểu khác
nhau, nh buộc học trò thực hiện tờng minh một chơng trình dạy hoặc
đa học trò vào môi trờng học ở đó họ có thể học thông qua những kiến
thức khởi đầu của mình, hoặc thực hiện bắt đầu từ một vị trí nào đó, trong
đó ngời thầy hành động nh một ngời hớng dẫn chỉ khi thực sự cần
thiết.
Các mô hình học trò
Có nhiều kỹ thuật rất hữu ích trong biểu diễn tri thức của học trò. Điều
quan trọng là nhận thấy đợc rằng tri thức học trò đợc biểu diễn phải đáp ứng
đợc các yêu cầu biểu diễn bổ sung tri thức rút ra từ quá trình học. Tri thức nh
vậy có thể đợc các PMDHTM sử dụng nhằm bám vết các trình tự học chuẩn mà
học trò có thể đi qua. Mô hình học trò có thể thể hiện qua các sai lạc mà họ có thể
có; bởi lẽ trạng thái tri thức học trò không chỉ đơn thuần là bao gồm các khái

18

niệm đúng. Điều này sẽ thấy rõ thêm qua tính không chỉnh, không nhất quán,
nhận dạng mục tiêu, biến đổi tri thức và các chiến lợc giải.
Xác định đúng mô hình đòi hỏi phải phân biệt giữa tri thức chung của học
trò với các tri thức đặc thù của từng học trò. Có thể có nhiều cách phối ghép
khác nhau, hoặc các học trò riêng rẽ có thể chia sẻ các nhận thức và các sai lạc
chung hoặc ghép thành nhóm các học trò với các nhận thức và các sai lạc riêng,
hoặc có thể có những hành vi duy nhất cho mỗi học trò đó.
Một vấn đề khác có liên quan đến mô hình học trò là tiền sử tơng tác
giữa hệ dạy và học trò. Nếu mô hình học trò có thể biểu thị trạng thái tri thức
của một học trò ở một thời điểm bất kỳ, tiền sử sẽ chỉ ra những gì đã xảy ra để
học trò đạt đợc trạng thái đó. Điều này quan trọng cho việc lập luận về trạng
thái học trò cũng nh việc hiệu chỉnh mô hình học trò hiện thời. Tiền sử có thể
đợc dùng để dẫn đến các kiểu tơng tác mong muốn giữa hệ thống và học trò
và từ đó cũng có thể học đợc cách tơng tác với học trò và cách dạy học trò tốt
nhất.
Một cách thức đã đợc áp dụng để xây dựng tiền sử học trò qua đồ thị
phát sinh nh một tập các đờng đi có thể trong một cơ sở tri thức. Tiền sử học
trò là một phần của đồ thị phát sinh cho phép xác định đợc đờng đi mà học
trò có thể đi qua.
Các giao tiếp ngời máy
Giao tiếp ngời máy thể hiện mức độ linh hoạt và hiệu quả của hệ thống.
Khó khăn cơ bản trong giao tiếp ngời máy là liên kết nội dung các đối thoại
một cách tự động. Một hệ thống học sử dụng đối thoại ngời máy tiên tiến cần
phải có:
- Đối thoại hỗn hợp kết hợp đợc các mục tiêu s phạm,
- Truyền đạt trung thực nguyên bản: việc học có khả năng đa ra dữ liệu
mới, dẫn dắt học trò xử lý các giả định và mục tiêu s phạm không tờng minh

(để lấp đầy các lỗ hổng đối thoại và đoán mục tiêu tiếp theo)

19

- Đáp ứng: khi có câu hỏi, hệ tìm kiếm các yếu tố cần thiết nhằm tìm một
câu trả lời xác đáng nhất.
- Hiệu chỉnh: hệ có khả năng biến đổi một đại lợng đa vào không phù
hợp với những tri thức mà nó sở hữu (một thông tin đã cho phù hợp một số
thông tin trớc đó)
- Giải thích: hệ có khả năng giải thích cho trò câu trả lời mà nó cung cấp.
1.4 Điểm qua một vài phần mềm dạy học hình học.
Chúng ta xét đến một số đại diện điển hình sau đây:
Logo đợc xây dựng bởi Minsky và Papert
Học sinh (các lớp nhỏ tuổi) dựng hình với một thủ tục điều khiển rùa hình
học: tiến, lùi, quay, Đây là phơng thức học lập trình thông qua hoạt động vẽ
hình. Theo sự phân loại truyền thống, LOGO có thể xem nh vi thế giới.
Cabri-Geometre của Y. Baulac và J. M. Laborde
Đây là một vi thế giới để khám phá các tri thức hình học phẳng dựa trên
các phép dựng hình. Ngời sử dụng thăm dò các hình vẽ bằng cách biến thiên
hình, qua đó phát biểu những tính chất của hình. Các hình vẽ đợc điều khiển
thay đổi vị trí mà vẫn đảm bảo tính chất hình. Ngời sử dụng đợc tiếp xúc với
một giao diện cửa sổ, menu cuộn, chuột, Hiện nay hệ đợc phát triển hớng
tới một phần mềm trợ giúp việc học chứng minh.
Geometry dới sự chỉ đạo của PTS. Nguyễn Thanh Thuỷ và các cộng sự
tại khoa Công nghệ Thông tin, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội. Đây là một
phần mềm trợ giúp chứng minh hình học phẳng, học trò đợc đọc bài toán,
hớng dẫn viết giả thiết, kết luận, vẽ hình và hớng dẫn chúng minh. Trong
phần mềm này lồng ghép một vi thế giới các đối tợng hình, cho phép học sinh
có các hoạt động tự khám phá.

1.5 kết luận

20

Trong chơng này ta đã thảo luận những đặc trng của hoạt động dạy
học, những đặc trng đó đã quy định những tính chất cần thiết cho phần mềm
dạy học. Để đạt tới mức độ dạy học thông minh, phần mềm dạy học thông minh
cần phải giải quyết một loạt các vấn đề trong thiết kế và cài đặt mà chủ yếu là
xây dựng đợc một cách thức cho phép suy diễn, nhận biết một cách tinh tế các
trạng thái của tri thức cũng nh trạng thái của ngời học. Đây là một vấn đề cực
kỳ khó khăn, hầu nh không có một cách thức chung cho tất cả các lĩnh vực tri
thức đợc dạy, chỉ có dựa trên đặc điểm tri thức của từng lĩnh vực mà ta đa ra
những phơng pháp cụ thể. Tri thức của hình học phẳng là một trong những lĩnh
vực có nhiều đặc tính thuận lợi để khai thác cho mục đích đã nêu, chơng tiếp
theo sẽ trình bày những nghiên cứu theo hớng đó.