Ứng dụng công nghệ Web ngữ nghĩa trong đào tạo điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



PHAN HỒ VIỆT PHƯƠNG




ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WEB NGỮ NGHĨA
TRONG ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ



LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Hà



HÀ NỘI - 2006

iv
Mục lục
Lời cảm ơn i
Tóm tắt ii
Danh mục các từ viết tắt iii
Mục lục iv
Mở đầu 1

Chương 1 Đào tạo điện tử (E-learning) 4
1.1 Đào tạo theo phương pháp truyền thống 4
1.2 Đào tạo trên máy 5
1.3 E-learning 7
1.4 Chuẩn hóa đào tạo điện tử 10
1.5 Chuẩn SCORM 12
1.5.1 Các thành phần nội dung 13
1.5.1.1 Asset 13
1.5.1.2 SCO 14
1.5.1.3 Tổ chức nội dung 15
1.5.2 Tổ chức và đóng gói bài giảng 16
1.5.3 Môi trường SCORM 18
1.5.3.1 Khởi chạy 19
1.5.3.2 Application Programming Interface (API) 20
1.5.3.3 Mô hình dữ liệu RTE 21
1.6 Tổng kết chương 1 22
Chương 2 Web ngữ nghĩa 23
2.1 Siêu dữ liệu (Metadata) 25
2.2 Ontology 27
2.3 Lôgíc 30
2.4 Tác tử (Agent) 33

v
2.5 Tiếp cận theo lớp 34
2.6 Tổng kết chương 2 37
Chương 3 Ứng dụng công nghệ web ngữ nghĩa trong E-Learning 38
3.1 Mô hình quản lý và khai thác tài nguyên E-learning 39
3.1.1 Xây dựng tài nguyên học điện tử 40
3.1.2 Khai thác tài nguyên học điện tử 43
3.2 Biểu diễn ngữ nghĩa cho quản lý nội dung E-Learning 46

3.2.1 Xác định các ontology 46
3.2.1.1 Ontology về cấu trúc 47
3.2.1.2 Ontology về khái niệm, chủ đề 50
3.2.1.3 Ontology về ngữ cảnh 52
3.2.2 Xây dựng, cập nhật ontology và chú thích ngữ nghĩa 55
3.3 Tìm kiếm nội dung học điện tử bằng truy vấn ngữ nghĩa 56
3.4 Tổng kết chương 3 59
Chương 4 Thực nghiệm 61
4.1 Hệ thống thử nghiệm 61
4.2 Dữ liệu khảo sát 63
4.3 Kết quả 64
4.4 Nhận xét 65
Kết luận 66
Tài liệu tham khảo 68
Phụ lục A: Các công trình nghiên cứu 70
Phụ lục B: Một số ontology phục vụ đào tạo 71


iii
Danh mục các từ viết tắt
Từ viết tắt
Cụm từ viết đầy đủ
AI
Artificial Intelligence
API
Application Programming Interface
CAI
Computer-Assisted Instruction
CBT
Computer-Based training

CEI
Computer-Enriched Instruction
CMI
Computer-Managed Instruction
DAML
DARPA Agent Markup Language
HTML
Hypertext markup language
LMS
Learning Management System
OIL
Ontology Inference Layer
Ontology Interchange Language
OWL
Webb Ontology Language
RDF
Resource Description Framework
RTE
Run-Time Environment
SCO
Sharable Content Object
SCORM
Sharable Content Object Reference Model
W3C
World Wide Web Consortium
WWW
World Wide Web
XML
Extensible Markup Language

1
Mở đầu
Đào tạo điện tử (E-learrning) là một hình thức đào tạo mới rất được quan tâm
trong những năm gần đây. Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các giải pháp mới trong
E-learrning nhằm nâng cao chất lượng đào tạo là công việc có ý nghĩa thiết thực.
Trong thời gian đầu, các hệ thống E-learrning được xây dựng một cách tự do,
không đồng bộ, làm cho việc khai thác và chia sẻ tài nguyên là phức tạp và khó khăn.
Để giải quyết vấn đề đó, các tổ chức như IEEE, IMS, ADL, AICC…[15, 16, 17, 18] đã
tham gia nghiên cứu và phát triển các chuẩn về E-learning. Các chuẩn này được xây
dựng nhằm thống nhất cách thức biểu diễn tài nguyên và thống nhất cấu trúc môi
trường thực thi, tạo điều kiện thuận lợi cho trao đổi tài nguyên giữa các hệ thống.
Bên cạnh những thành tựu đạt được, các chuẩn về E-learning hiện nay vẫn còn
một số hạn chế. Thông tin phục vụ cho tìm kiếm, phân loại và tổ chức tài liệu học điện
tử trong các chuẩn này thường được mô tả bằng siêu dữ liệu không hỗ trợ nhiều cho
biểu diễn ngữ nghĩa. Các nội dung học điện tử thường được quản lý theo từ khóa và có
khung cứng nhắc. Do đó, việc sử dụng lại hay kết hợp các thành phần tài liệu học vẫn
còn mang tính thủ công và tồn nhiều công sức. Hơn nữa, các hệ thống hiện tại vẫn
chưa hỗ trợ tự động xây dựng các nội dung học phù hợp với hoàn cảnh và nhu cầu học
tập của học viên như một số hệ thống đào tạo trên máy đã được xây dựng. Một trong
những cách tiếp cận để giải quyết vấn đề trên là áp dụng công nghệ web ngữ nghĩa cho
quản lý và khai thác tài nguyên học điện tử [3, 9].
Web ngữ nghĩa (Semantic Web) là một cách tiếp cận mới trong việc quản lý
và khai thác tài nguyên trên mạng toàn cầu World Wide Web (WWW). Theo cách tiếp
cận này, tài nguyên được khai thác dựa trên các công nghệ web hiện đại hướng tới
dịch vụ thông tin web có thể được hiểu và sử dụng (hay sử dụng lại) bởi cả con người
và máy tính. Bên cạnh các ngôn ngữ thông thường như XML và RDF, các ngôn ngữ
ontology được sử dụng trong siêu dữ liệu phục vụ đào tạo điện tử. Công nghệ thông
minh như hệ chuyên gia, tác tử thông minh, cũng được sử dụng nhằm quản lý vào khai

thác nội dung dựa trên các biểu diễn ngữ nghĩa. Đây là một cách tiếp cận mới, tương
đối phù hợp và cần có sự đầu tư nghiên cứu.

2
Chúng tôi xác định mục tiêu nghiên cứu của đề tài là ứng dụng công nghệ web
ngữ nghĩa trong quản lý và khai thác tài nguyên học điện tử, hướng tới một cơ chế tự
động tích hợp để xây dựng bài giảng điện tử có nội dung phù hợp với ngữ cảnh học tập
của học viên. Ngữ cảnh học tập của học viên được hiểu là các đặc điểm và hoàn cảnh
cụ thể liên quan đến công tác đào tạo như độ tuổi, giới tính, dân tộc, sở thích cá nhân,
quá trình học tập, nhu cầu học tập hiện tại, mục tiêu học tập trong tương lai…
Mục đích của luận văn này là đề xuất mô hình xây dựng và khai thác tài
nguyên học điện tử dựa trên công nghệ web ngữ nghĩa; xây dựng một số ontology cơ
bản phục vụ cho biểu diễn nội dung đào tạo điện tử theo ngữ nghĩa; và khảo sát ứng
dụng truy vấn ngữ nghĩa cho chọn lựa và tích hợp các tài nguyên học điện tử phù hợp
với ngữ cảnh học tập của học viên.
Các phần còn lại của luận văn được cấu trúc như sau:
Chương 1 trình bày một số hình thức đào tạo, ưu điểm và nhược điểm của các
hình thức đào tạo này; một số vấn đề về đào tạo điện tử (E-learning), một mô hình đào
tạo mới dựa trên cơ sở hạ tầng hiện đại, trong đó có môi trường mạng toàn cầu WWW;
và chuẩn SCORM, cơ sở mô tả tài nguyên học điện tử mà luận văn sử dụng.
Chương 2 giới thiệu một số khái niệm về web ngữ nghĩa. Đây là một môi
trường chung cho trao đổi thông tin bằng cách gắn liền biểu diễn tài liệu với xử lý ngữ
nghĩa trong môi trường WWW. Công nghệ web ngữ nghĩa là các công nghệ liên quan
đến chuẩn, ngôn ngữ đánh dấu, các công cụ xử lý phục vụ cho xây dựng và khai thác
web ngữ nghĩa.
Chương 3 trình bày về mô hình quản lý và khai thác tài nguyên học điện tử
theo cách tiếp cận web ngữ nghĩa và giải pháp cho biểu diễn ngữ nghĩa nội dung học
điện tử sử dụng công nghệ web ngữ nghĩa.
Mô hình quản lý và khai thác tài nguyên học điện tử được đề xuất dựa trên ý
tưởng sử dụng kết hợp hệ chuyên gia trong các hệ thống quản lý đào tạo điện tử. Hệ

chuyên gia được sử dụng có thể xây dựng theo các phương pháp khác nhau. Tuy
nhiên, theo mô hình đề xuất, các hệ chuyên gia này có sử dụng tri thức được mô tả
dưới dạng các luật và có thể được chuyển đổi từ các ontology phục vụ đào tạo. Để khai

3
thác các ưu điểm của chuẩn đào tạo đã có, hệ quản lý đào tạo điện tử và các tài nguyên
học điện tử phải tuân theo chuẩn SCORM.
Giải pháp cho biểu diễn ngữ nghĩa nội dung học điện tử bao gồm: ontology
mô tả cấu trúc các thành phần có trong gói bài giảng; ontology mô tả khái niệm, chủ
đề đào tạo và quan hệ giữa các khái niệm, chủ đề đó; ontology mô tả ngữ cảnh học tập
của học viên; và giải pháp về xây dựng, cập nhật cho các ontology này. Ở bước đầu
phát triển, giải pháp về tự động xây dựng và cập nhật các ontology chỉ ở mức đơn giản
là phân tích và sử dụng các thông tin cơ sở có trong siêu dữ liệu của gói bài giảng điện
tử tuân theo chuẩn SCORM.
Chương 4 trình bày một số kết quả khảo sát về tự động xây dựng chú thích
ngữ nghĩa theo mô hình đề xuất ở chương 2 và sử dụng truy vấn ngữ nghĩa cho lựa
chọn tài nguyên học theo ngữ cảnh.
Kết quả khảo sát trên một số dữ liệu bài giảng điện tử cho thấy các ontology
sinh ra là tương đối đơn giản; và các truy vấn ngữ nghĩa cho kết quả là các nội dung
học tương đối phù hợp với nhu cầu học tập cụ thể, đặc biệt là trong trường hợp chọn
lựa tài liệu tham khảo hoặc bài tập luyện tập cho học viên.
Cuối cùng là phần Kết luận gồm một số nhận xét về kết quả đạt được sau quá
trình thực hiện đề tài cùng với các đề xuất về hướng nghiên cứu tiếp theo.



4
Chương 1 Đào tạo điện tử (E-learning)
Đào tạo điện tử (E-learning) là một hình thức đào tạo mới, đánh dấu một bước
tiến quan trọng trong việc áp dụng khoa học công nghệ nhằm nâng cao chất lượng đào

tạo. So với các mô hình đào tạo có trước như đào tạo theo phương pháp truyền thống
sử dụng môi trường lớp học tập trung và đào tạo dựa trên máy thì đào tạo điện tử linh
hoạt hơn về thời gian, địa điểm và phong phú hơn về hình thức truyền tải nội dung.
Sau đây là phần trình bày về một số mô hình đào tạo cùng ưu nhược điểm của
những mô hình này, và một số nét chính về SCORM – một chuẩn đào tạo điện tử rất
được quan tâm hiện nay.
1.1 Đào tạo theo phương pháp truyền thống
Trước đây, hầu hết công tác giảng dạy và học tập đều thông qua trường lớp và
hội thảo. Sinh viên và học sinh thường đến lớp để tham gia học tập, và cán bộ công tác
tại các tổ chức, công ty thì thường tham gia các khóa đào tạo ngắn hạn hay các hội
thảo nhằm nâng cao trình độ chuyên môn. Người học cũng như người giảng dạy muốn
thực hiện công tác đào tạo của mình thì đều phải cố định khoảng thời gian và địa điểm.
Đây chính là hình thức đào tạo truyền thống mà con người đã quen thuộc từ lâu và cho
đến bây giờ vẫn rất phổ biến.
Mặc dù hình thức đào tạo truyền thống có những ưu điểm được khẳng định
trong một thời gian dài nhưng nó cũng có những mặt hạn chế chưa khắc phục được.
Một trong những hạn chế đó là không linh hoạt về mặt thời gian và không gian. Khi
phần lớn thời gian có thể tham gia đào tạo của người học và người dạy không trùng
nhau thì hình thức đào tạo truyền thống lại trở nên bất tiện. Không ít người có nhu cầu
nhưng không thể tham gia các khóa học khác nhau do thời gian diễn ra các khóa học ít
nhiều trùng nhau. Những người đang công tác tại các tổ chức và công ty lại càng eo
hẹp hơn về thời gian và ít có cơ hội tiếp thu thêm kiến thức mà các khóa ngắn hạn hay
các hội thảo chuyên môn không thể mang lại. Bên cạnh đó, không phải ai cũng có điều
kiện sống gần nơi có thể tham gia học tập. Trong trường hợp muốn tổ chức các lớp
học hay các buổi hội thảo, các công ty hay tổ chức cũng thường phải tốn một khoảng
chi phí lớn cho việc đi lại và sinh hoạt trong quá trình học.

5
Hơn nữa, khi thông tin ngày càng nhiều, đòi hỏi mọi người phải liên tục tiếp
thu kiến thức và thông tin mới nhằm đáp ứng cho công việc cũng như cho sinh hoạt

trong cộng đồng thì việc tổ chức dạy và học theo phương pháp truyền thống nhiều khi
trở nên tốn kém, không theo kịp với tốc độ phát triển của thông tin.
1.2 Đào tạo trên máy
Đào tạo trên máy (Computer-based training – CBT là một hình thức đào tạo
mới trong đó học viên tiếp thu kiến thức bằng cách thực hiện các chương trình đào tạo
đặc biệt trên máy tính. Chương trình đào tạo đó cung cấp phần lớn tác nhân kích thích
mà học viên phải đáp ứng, sau đó phân tích đáp ứng của học viên rồi trả lại phản hồi
cho học viên. Đây là hình thức đào tạo hướng đến nhu cầu tự học của học viên.
CBT có thể được phân thành ba loại:
 Chương trình dạy học có trợ giúp của máy tính (Computer-Assisted
Instruction – CAI) là chương trình cung cấp bài tập và thực hành cho học
viên;
 Chương trình dạy học quản lý nhờ máy tính (Computer-Managed
Instruction – CMI) là chương trình đánh giá sinh viên qua bài kiểm tra, chỉ
dẫn sinh viên sử dụng các tài liệu học khác và theo dõi quá trình học;
 Chương trình dạy học nâng cao với máy tính (Computer-Enriched
Instruction – CEI) đóng vai trò làm thiết bị lập trình hay bộ mô phỏng phục
vụ cho việc học tập và thực hành của học viên.
Một số chức năng chính của một chương trình CBT là:
 Đánh giá trình độ học sinh trước khi học sinh bắt đầu tham gia học thật sự;
 Trình diễn các tài liệu đào tạo cho học viên một cách linh hoạt. Học viên có
thể chọn lựa các nội dung hiển thị phù hợp theo ý muốn;
 Cung cấp các bài luyện tập lặp đi lặp lại nhằm nâng cao khả năng áp dụng
kiến thức của học viên;
 Cung cấp các bài luyện tập dưới dạng trò chơi để nâng cao ham muốn học
tập của học viên;

6
 Đánh giá tiến trình học tập của học viên bằng các bài kiểm tra cuối bài học;
 Hướng học viên học tập qua một chuỗi các chương trình hướng dẫn;

 Lưu trữ các hồ sơ về điểm số bài kiểm tra và quá trình học tập của học viên
để phục vụ cho việc hướng dẫn học tập phù hợp hơn.
 Ưu điểm
Trong môi trường CBT, nội dung học được truyền đạt thông qua các chương
trình máy tính. Các nội dung học này có thể được ghi trên phương tiện lưu trữ thông
tin như đĩa CD-ROM và gửi đến người học qua đường bưu điện, hoặc có thể được trực
tiếp tải xuống từ môi trường mạng internet. Do đó, người học có thể chủ động về mặt
thời gian và địa điểm. Học viên sẽ không phải mất thêm chi phí cho việc đi lại và sinh
hoạt.
Hơn nữa, học viên sẽ hoàn toàn chủ động về thời gian học. Họ có thể thu xếp
thời gian học sao cho không làm ảnh hưởng đến những việc khác của mình. Vì vậy
thời gian đào tạo có thể được rút ngắn hơn so với đào tạo theo phương pháp truyền
thống.
Một ưu điểm khác của CBT là chương trình CBT cho phép người học có thể
tự theo dõi quá trình học của mình và chủ động lựa chọn các nội dung học phù hợp với
bản thân. Học viên cũng có thể tùy ý học đi học lại một phần hoặc toàn bộ chương
trình cho đến khi nắm vững kiến thức mà chương trình cung cấp.
 Nhược điểm
Để thiết kế và xây dựng một chương trình học trên máy cần rất nhiều thời
gian, điều này không đáp ứng được yêu cầu học liên tục.
Mặc dù học trên máy tiết kiệm được chi phí đi lại và sinh hoạt trong quá trình
học nhưng chi phí phải bỏ ra để xây dựng chương trình CBT phục vụ đào tạo là rất
lớn. Chương trình CBT có thể được dùng lại nhiều lần nhưng nội dung cung đào tạo
lại phải cập nhật cho phù hợp hơn với sự phát triển của khoa học. Do đó có thể phải
mất thêm chi phí cho việc nâng cấp hay xây dựng mới chương trình CBT.

7
Học trên máy, người học không được nhận trợ giúp trực tiếp khi có vướng
mắc vì chương trình CBT không có cơ chế hỏi đáp và nếu có thì thường chỉ cung cấp
một số các câu hỏi và câu trả lời cơ bản thường gặp. Trong môi trường CBT, người

học thường bị cô lập và tự xử lý mọi tình huống, không có các hoạt động học nhóm.
Theo cách tự học như vậy, rất khó có thể khẳng định được mức độ đảm bảo về chất
lượng đào tạo.
Tuy nhiên, với những ưu điểm đã được đề cập, CBT thực sự là một bước tiến
trong việc đổi mới phương pháp đào tạo. Đây là một sự lựa chọn mới cho người học,
góp phần nâng cao khả năng mở và linh hoạt cho công tác đào tạo. Mặc dù vậy, từ các
nhược điểm của CBT những công nghệ đào tạo mới có cơ chế mở, giao tiếp được và
linh hoạt hơn cần phải được phát triển.
1.3 Đào tạo điện tử (E-learning)
E-learning hay đào tạo điện tử là một khái niệm chung thường được sử dụng
để nói đến môi trường đào tạo trong đó máy tính và các thiết bị đa phương tiện hiện
đại được sử dụng nhằm nâng cao chất lượng học tập và giảng dạy. Các tài nguyên sử
dụng trong môi trường đào tạo này có thể là các tài liệu giảng dạy dựa trên môi trường
web (web-based teaching materials), các đĩa CD-ROM đa phương tiện, các trang web,
thư điện tử, trang web cá nhân blog, chương trình cộng tác, chương trình mô phỏng, hệ
thống bỏ phiếu điện tử, hệ thống hội thảo từ xa, chương trình quản lý đào tạo, trò chơi
điện tử mang tính giáo dục, hoạt hình mang tính giáo dục… Các tài nguyên này có thể
được kết hợp sử dụng đưới nhiều hình thức nhằm mang lại hiệu quả đào tạo cao trong
môi trường công nghệ thông tin hiện đại.
Tuy nhiên, trong khóa luận này khái niệm E-learning được hiểu trong phạm vi
hẹp hơn là mô hình đào tạo trong môi trường World Wide Web (WWW), trong đó đó
nội dung đào tạo được thể hiện bằng các nội dung đa phương tiện, các website và
chương trình trên máy tính.



8
 Đào tạo điện tử trong môi trường World Wide Web (WWW)
Đào tạo dựa trên web (Web-based training - WBT) là hình thức đào tạo có nội
dung học tập đa phương tiện, được truyền bá trên mạng WWW và được hiển thị bởi

các trình duyệt web.
Với sự phát triển của WWW, các nội dung đa phương tiện, các website phục
vụ đào tạo ngày càng trở nên phổ biến. Người dùng có thể truy cập, tìm kiếm thông tin
và kiến thức bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu. WWW đã trở thành một môi trường mở,
linh hoạt và có nhiều tiềm năng phục vụ cho đào tạo. Tuy nhiên khó có thể áp dụng
một cách đơn thuần các mô hình đạo tạo trước trong môi trường này. Ví dụ như kiến
trúc của WWW không phù hợp với nhiều chương trình CBT. Lý do là nội dung của
chương trình CBT thường lưu trữ và xử dụng trên môi trường cục bộ, chương trình
CBT được lập trình bằng các ngôn ngữ riêng và xử lý bằng chương trình dịch riêng
tương ứng. Chuyển từ khai thác tài nguyên cục bộ sang khai thác tài nguyên từ xa và
xây dựng ứng dụng có thể chạy được trên nhiều nền hệ điều hành khác nhau là công
việc rất phức tạp. Do đó, cần phải có những cách tiếp cận khác cho việc tổ chức, quản
lý và hiển thị nội dung học tập cho học viên trong môi trường WWW.
 Hệ quản lý đào tạo điện tử - Learning Management System (LMS)
Mới đầu, các nội dung học tập trên WWW thường là các trang web có khung
cứng nhắc và bị bó buộc bởi môi trường và bối cảnh chung về công nghệ tại thời điểm
đó. Người dùng thường phải tải các công cụ hỗ trợ (plug-in) để hiện thị nội dung. Các
nội dung học thường rời rạc, quá trình học tập cũng không có sự quản lý thích hợp.
Nhu cầu phát triển các hệ thống có khả năng quản lý và điều phối nội dung học tập
trên WWW trở nên thiết yếu. Hệ quản lý đào tạo điện tử - Learning Management
System (LMS) ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu này.
LMS là cơ sở phục vụ cho đào tạo điện tử (E-Learning), gồm các thành phần:
tài liệu học điện tử, các phần mềm giúp quản lý, các phần mềm theo dõi quá trình học.
Các thành phần phần mềm trong LMS có thể là chương trình trên máy tính, có thể là
các trang web có nội dung được xử lý bằng các dịch vụ phía máy chủ, có thể là các
thành phần hỗ trợ (plug-in) cho hiển thị nội dung phía máy khách.

9
LMS thường hỗ trợ và kết hợp dạy với học. Các chức năng chính của LMS là:
phát triển khoá học, quản lý nội dung, quản lý khoá học, truyền tải khoá học, phân tích

đánh giá, liên lạc, theo dõi/báo cáo, hỗ trợ thực hành, diễn đàn giao lưu, giao diện cho
sinh viên, v.v
Mô hình tổng quát một hệ thống LMS được minh họa trong Hình 1.1. Các đối
tượng tham gia vào sử dụng LMS gồm có: người quản lý, giảng viên và học viên.
Trong nhiều trường hợp, giảng viên cũng đóng vai trò là người quản lý, đặc biệt là khi
công tác quản lý đó liên quan trực tiếp đến xây dựng nội dung đào tạo hay truyền đạt
nội dung học tập cho học viên.
Ý nghĩa của LMS với những đối tượng tham gia vào E-Learning:
Với người quản lý:
 Có thể phục vụ nhiều sinh viên hơn
 Theo dõi việc học của sinh viên tốt hơn
 Tăng khả năng lưu giữ thông tin sinh viên
 Thu về nhiều lợi nhuận hơn từ học phí
 Tăng hiệu quả đồng thời giảm chi phí quản lý
 Giảm thời gian quay vòng vốn
Với giảng viên:
 Tăng hiệu quả quản lý khóa học/nội dung
 Cải thiện khả năng đánh giá
 Tăng thêm các cơ hội đánh giá
 Giảm thời gian chuẩn bị cho khóa học
 Cải tiến nội dung
 Chia sẻ nội dung với các giảng viên, với các phương pháp dạy khác
nhau
 Tăng cường liên lạc cả trong và ngoài lớp học
 Tăng hiệu suất làm việc nói chung


10

Hình 1.1 Mô hình hệ quản lý đào tạo (LMS).

Với học viên:
 Tăng kiến thức
 Được hỗ trợ kiến thức phù hợp và kịp thời
 Được hỗ trợ từ các cá nhân (có thể là giáo viên hoặc các học viên khác)
 Tăng khả năng/cơ hội hoàn thành khóa học
 Cái thiện việc học nói chung
1.4 Chuẩn hóa đào tạo điện tử
Cùng với sự phát triển của E-learning, số lượng tài liệu ngày càng tăng với các
công cụ chế bản, công cụ truyển tải và quản lý nội dung ngày càng phong phú. Vấn đề
đặt ra là cần phải có giải pháp để có thể khai thác tối đa các tài nguyên học điện tử có
thể có.
Một trong những giải pháp cho vấn đề trên là xây dựng chuẩn về E-learning.
Đây là chuẩn về tài liệu phục vụ đào tạo (educational document), về siêu dữ liệu
(meta-data), về đối tượng đào tạo (learning object), và về kiến trúc đào tạo (learning
architecture).
Kho nội
dung

Quản lý khóa
học
Theo dõi
API
Thực thi
Quản lý
nội dung
Sắp xếp
thứ tự
Kiểm tra /
Đánh giá
Thông tin

học viên
Truyền tải
Kho nội
dung

Trình duyệt

Gói nội
dung


11
Các chuẩn về E-learning hướng tới việc tái sử dụng và thao tác giữa các thành
phần nội dung. Trong đó, siêu dữ liệu thường được dùng để mô tả các cấu trúc và nội
dung. Nhờ đó nội dung có thể được lưu giữ và quản lý một cách hiệu quả, đảm bảo
cho người dùng có thể tìm kiếm và sử dụng tài nguyên một cách thuận tiện. Đồng thời,
để các hệ thống đào tạo khác nhau có thể trao đổi và sử dụng tài nguyên của nhau khi
cần thiết thì thành phần nội dung phải có khả năng kết hợp được với các tài nguyên
khác. Do đó các thành phần nội dung phải được biểu diễn theo một chuẩn chung. Nhờ
đó, các hệ thống khác nhau cũng có thể trao đổi và sử dụng tài nguyên của nhau khi
cần thiết.
Ý nghĩa trực tiếp của chuẩn về E-learning đối với người sử dụng:
 Nhà cung cấp hệ thống LMS: Việc tuân thủ các tiêu chuẩn mang lại uy tín
về chất lượng cho sản phẩm của họ. Bằng cách mở rộng sản phẩm của mình
cho phép tương tác được với các công cụ khác, họ có thể tăng cường chức
năng cho sản phẩm của mình một cách hiệu quả.
 Giảng viên và người lập chính sách: Việc quản lý và phân phối có thể kết
hợp với nhau, công tác quản trị có thể tổ chức hợp lý hơn và giảm tổng chi
phí. Nội dung/kiến trúc tuân theo các chuẩn sẽ có vòng đời dài hơn và giảm
chi phí một cách hiệu quả.

 Người phát triển nội dung và nhà sản xuất: Họ có được thị trường rộng hơn
khi một sản phẩm chỉ phải làm một lần nhưng sử dụng lại được nhiều lần.
Tác giả và nhà cung cấp có thể gửi bài giảng của họ vào các kho nội dung
và những bài giảng này có thể dễ dàng truy xuất được.
 Học viên: Họ có thêm lựa chọn để hoàn thành mục tiêu học của mình. Hệ
thống tuân theo các chuẩn giúp học viên không chỉ trông chờ vào một nhà
cung cấp. Thay vì tham gia học theo một nơi duy nhất, với lịch học cứng
nhắc, việc học có thể thực hiện trong thời gian dài, tùy thuộc vào thời gian
chủ động của học viên, và phù hợp với trình độ với học viên.


12
Chúng ta đang ở giai đoạn phát triển từ các đặc tả tiến tới các tiêu chuẩn cho
E-Learning. Quá trình phát triển từ đặc tả thành tiêu chuẩn đánh dấu thay đổi trong
nhận thức của cộng đồng. Chuẩn cho E-learning đang dần được hoàn thiện và ngày
càng được chấp nhận rộng rãi hơn. Người dùng bắt đầu tin tưởng vào các chuẩn và
nhìn thấy hiệu quả mang lại từ việc tuân thủ các chuẩn mới đưa ra. Sự phát triển tiến
tới xây dựng chuẩn E-learning đánh dấu bước trưởng thành trong công nghệ E-
learning. Một trong những thành tựu của quá trình phát triển E-learning là sự ra đời
của “Sharable Content Object Reference Model” (SCORM). Chuẩn SCORM đóng vai
trò quan trọng trong việc hướng tới một môi trường thống nhất về đào tạo điện tử, tạo
khả năng liên kết và chia sẻ giữa các hệ thống đào tạo điện tử khác nhau, nâng cao
hiệu quả khai thác tài nguyên học điện tử trong môi trường WWW.
1.5 Chuẩn SCORM
Nhiều tổ chức đã cùng nhau làm việc để đưa ra những chuẩn mới trong công
nghệ phục vụ cho E-learning. Các tổ chức lớn có thể kể đến như IMS, ADL, IEEE.
Nhiều chuẩn mới đã ra đời và được công nhận như LOM, LP, CS, SS … [7].
SCORM (Sharable Content Object Reference Model) là một trong những
chuẩn phục vụ đào tạo được quan tâm nhất hiện nay. SCORM là sự phát triển kế thừa
trên nhiều chuẩn khác nhau về biểu diễn tài liệu, xây dựng ứng dụng và triển khai hệ

thống phục vụ cho đào tạo. Có thể nói SCORM đang đóng vai trò trung tâm trong quá
trình phát triển chuẩn về E-learning (Hình 1.2).

Hình 1.2 Quá trình phát triển chuẩn E-Learning.
Công nghệ mới

Đặc tả

Triển khai

Chuẩn hóa

Nghiên cứu

Nhu cầu

IMS

ADL
SCORM

IEEE

Phản hồi


13
Thừa kế thành quả từ những nghiên cứu đi trước, SCORM hướng tới việc đưa
ra một mô hình xây dựng và triển khai đào tạo từ xa qua việc xây dựng nội dung học
trong các hệ thống LMS. SCORM tập trung vào giải quyết những vấn đề sau:

 Thiết lập các đối tượng khả chuyển
 Phát triển mô hình nội dung
 Phát triển mô hình đánh giá
 Xây dựng mô hình sắp xếp nội dung
 Xây dựng kho dữ liệu tri thức
SCORM được phát triển qua nhiều phiên bản khác nhau. Phiên bản mới nhất
hiện nay là “SCORM 2004 3
rd
Edition”. Tuy nhiên phiên bản được nhiều hệ thống hỗ
trợ nhất là “SCORM 1.3”. Phiên bản này cung cấp tương đối đầy đủ các mô tả về xây
dựng, tổ chức, khai thác và chia sẻ tài nguyên nội dung học điện tử cho E-learning.
Các thành phần cơ bản cấu thành SCORM bao gồm chuẩn về gói nội dung
(content package), chuẩn mô tả các quan hệ sắp xếp, điều hướng (sequencing and
navigation) nội dung hiển thị cho người dùng, và chuẩn về môi trường thực thi
(SCORM Runtime-Environment).
1.5.1 Các thành phần nội dung
Mô hình nội dung SCORM gồm có ba thành phần: Asset, SCO (Sharable
Content Object) và Tổ chức nội dung (Content Organization). Đây là các thành phần
được sử dụng để biểu diễn nội dung của những bài giảng đầy đủ và độc lập, có thể sử
dụng được trên các hệ thống LMS khác nhau tương thích SCORM.
1.5.1.1 Asset
Asset là thành phần nhỏ nhất biểu diễn nội dung trong bài giảng theo chuẩn
SCORM. Một Asset đơn giản chỉ là một tệp văn bản, một trang web tĩnh HTML hay
cũng có thể là các tệp dữ liệu đa phương tiện như âm thanh, video clip hoặc hình ảnh
động (animation picture) v.v (Hình 1.3).

14

Hình 1.3 Ví dụ về Asset.

1.5.1.2 SCO
SCO là tập hợp gồm một hay nhiều thành phần Asset (Hình 1.4). SCO có mối
liên kết với LMS thông qua môi trường thực thi tương thích SCORM (SCORM Run-
Time Environment – SCORM RTE). Đây chính là điểm khác biệt quan trọng giữa
SCO và Asset. Để liên kết với LMS, SCO dùng các giao diện tuân theo chuẩn “IEEE
ECMAScript API”. Còn LMS sử dụng mô hình dữ liệu RTE theo chuẩn SCORM
(RTE Data Model) để theo dõi trạng thái của SCO.
Thông thường SCO phải có các phương thức định vị LMS bao gồm các
phương thức cơ bản như Initialize() và Terminate() để:
 Các LMS có SCORM RTE có thể chạy SCO và theo dõi mà không cần biết
ai đã tạo ra chúng.
 Các LMS có SCORM RTE có thể theo dõi bất kỳ SCO nào và nhận biết khi
nào nó bắt đầu và khi nào kết thúc.
Ngoài ra, các phương thức khác có hay không là phụ thuộc vào nội dung bài
giảng. Với SCORM RTE của các LMS khác nhau, các phương thức có thể được cài
đặt khác nhau. Tuy nhiên, nội dung SCO được xử lý hay hiển thị bởi một phương thức
phải thỏa mãn như đặc tả nhiệm vụ phương thức đó trong chuẩn SCORM.

Asset
WAV
Audio

Asset
MP3
Audio

Asset
JPEG
Image

Asset
GIF
Image

Asset
HTML

Asset
Web
Page

Asset
XML
Document



Asset
Flash Object



Asset
JavaScript
Functions


15

Hình 1.4 Ví dụ về SCO.

SCO được xây dựng độc lập với khoá học nhằm tối ưu hoá khả năng tái sử
dụng. Điều này có nghĩa là SCO có thể sử dụng nhiều lần cho nhiều mục đích học
khác nhau, cho nhiều hoạt động học khác nhau.
SCORM không đặt ra bất cứ ràng buộc nào về kích thước của SCO. Trong quá
trình thiết kế nội dung, việc định ra kích thước của SCO phụ thuộc vào mục đích và ý
đồ của người xây dựng bài giảng.
1.5.1.3 Tổ chức nội dung
Tổ chức nội dung (Content Organization) là lược đồ biểu diễn cách sử dụng
nội dung qua các bài giảng có cấu trúc. Một đơn vị bài giảng có cấu trúc còn được gọi
là một hoạt động động học hay ngắn gọn là hoạt động. Lược đồ cho biết mối liên quan
giữa các hoạt động. Hình 1.5 là một ví dụ về tổ chức nội dung.
Hoạt động biểu diễn trong tổ chức nội dung có thể gồm nhiều hoạt động con
khác. Không có giới hạn về số lượng các mức hoạt động (ví dụ như khóa học, chương,
học phần,…). Mỗi hoạt động đơn lẻ (hoạt động lá) có một thành phần SCO hoặc Asset
để thể hiện nội dung của hoạt động đó.
Asset
WAV
Audio

Asset
JPEG
Image

Asset
HTML



Asset
Flash Object

Asset
JavaScript
Functions

SCO

SCO phải khởi tạo để chạy
và hủy liên với LMS để kết
thúc. Các chức năng của
SCO như sau:
Tìm API Instance của LMS
Dùng API Instance để khởi
tạo liên kết SCO với LMS
Dùng API Instance để lấy
hoặc đặt các giá trị
Dùng API để hủy liên kết
với LMS


16

Hình 1.5 Tổ chức nội dung (Content Organization).
Mỗi một hoạt động trong tổ chức nội dung cũng có thể có các thành phần mô
tả các thuộc tính về sắp xếp và điều hướng của thành phần nội dung đó. Sắp xếp và
điều hướng các hoạt động là một phần trong tổ chức nội dung được xác định thông qua
việc kết hợp thông tin sắp xếp trong tổ chức và kết hợp có điều kiện (hoặc không điều
kiện) các quan hệ giữa các hoạt động học. LMS sẽ dựa vào thông tin sắp xếp và điều

hướng được mô tả trong tổ chức nội dung để thực hiện các thứ tự và kiểm soát thứ tự
thực sự của các tài nguyên học trong thời gian chạy.
1.5.2 Tổ chức và đóng gói bài giảng
 Siêu dữ liệu
Siêu dữ liệu trong SCORM dựa trên các siêu dữ liệu đề xuất bởi IEEE LTSC
LOM phục vụ cho mô tả các thành phần tổ chức nội dung, Asset, SCO và các vấn đề
về kết hợp nội dung một cách thống nhất và có ý nghĩa phục vụ cho tìm kiếm, sử dụng
tài nguyên trong kho nội dung. Siêu dữ liệu SCORM gồm năm thành phần:
 Kết hợp nội dung: Siêu dữ liệu mô tả cách kết hợp toàn bộ nội dung học và
các thông tin liên quan thành một gói nội dung hoàn chỉnh.
 Tổ chức nội dung: Đây là siêu dữ liệu mô tả Tổ chức nội dung, chứa các
thông tin về cấu trúc của nội dung giảng dạy. Siêu dữ liệu Tổ chức nội dung
Tổ chức nội dung

Item

Item

Item

Item

Organization

Resource
(SCO)

Resource
(SCO)

Resource
(Asset)

Resource
(Asset)

Resource
(Asset)

Resource
(Asset)

Resource
(Asset)

Kết hợp
nội
dung

Item


17
có thể tổ chức thành nhóm gọi là các Đa tổ chức nội dung (Organizations),
nhờ đó tăng khả năng tái sử dụng.
 Hoạt động: Đây là siêu dữ liệu mô tả Hoạt động. Mục đích của việc sử dụng
siêu dữ liệu này là có thể truy xuất được tới các hoạt động trong kho nội
dung. Siêu dữ liệu phải mô tả được toàn bộ hoạt động học theo dự định của
người xây dựng bài giảng.
 SCO: SCO siêu dữ liệu cung cấp thông tin về SCO, giúp cho thành phần này

có khả năng tái sử dụng và tìm kiếm được trong kho nội dung.
 Asset: Asset siêu dữ liệu dùng để cung cấp thông tin về Asset, giúp cho
thành phần này có khả năng tái sử dụng và tìm kiếm được trong kho nội
dung.
Siêu dữ liệu trong chuẩn SCORM mang các thông tin mô tả đơn giản, không
hỗ trợ mô tả ngữ nghĩa (phục vụ cho suy diễn) như ontology trong công nghệ web ngữ
nghĩa (Semantic web). Tuy nhiên, với các thành phần siêu dữ liệu này, hầu hết các
thông tin về cấu trúc nội dung, tổ chức nội dung, thành phần nội dung, thông tin tra
cứu phục vụ cho đào tạo đều được mô tả một cách thống nhất và chặt chẽ, tạo nên cơ
chế mở giữa các hệ thống (tuân theo chuẩn).
 Đóng gói nội dung bài giảng
Gói nội dung bài giảng là một thể thống nhất bao gồm các siêu dữ liệu, các tài
nguyên mô tả nội dung và tất cả các tài nguyên khác liên quan, được gói gọn trong một
đối tượng tài nguyên thường là tệp dữ liệu được nén. Gói nội dung phải cung cấp mô
tả hoàn chỉnh về cấu trúc (hay tổ chức) và hoạt động của tập hợp các nội dung học.
Gói nội dung được dùng để chuyển nội dung học đi giữa các LMS, công cụ và kho nội
dung.
Mục đích của việc đóng gói là đưa ra chuẩn trao đổi nội dung giữa các hệ
thống, công cụ khác nhau. Trong SCORM, IMS Content Packaging Specification là
thành phần mô tả đóng gói nội dung, cung cấp chuẩn đầu vào và đầu ra mà bất cứ hệ
thống nào cũng có thể hỗ trợ. Chuẩn SCORM về đóng gói nội dung là các yêu cầu và
hướng dẫn hay mô tả thực hành theo đúng đặc tả đóng gói nội dung của IMS và cung

18
cấp các yêu cầu rõ ràng và hướng dẫn thực hiện để đóng gói Asset, SCO, và Tổ chức
nội dung.
Cơ chế kết hợp các thành phần nội dung là cơ chế xây dựng gói nội dung
(Content Package) theo chuẩn SCORM. Có năm loại siêu dữ liệu có thể áp dụng trong
một gói nội dung:
 Manifest: siêu dữ liệu ở mức liệt kê, tương thích với IEEE LTSC LOM.

Siêu dữ liệu này không thuộc phạm vi đặc tả của chuẩn SCORM và không
thuộc các thành phần đã kể trên.
 Organization: siêu dữ liệu ở mức tổ chức mô tả toàn bộ Tổ chức nội dung
(cấu trúc nội dung) của một khóa học hay bài giảng. Siêu dữ liệu đặt ở mức
tổ chức là siêu dữ liệu Tổ chức nội dung đã nói trên.
 Item: Siêu dữ liệu ở mức “item” mô tả cây phân cấp của các hoạt động theo
ngữ cảnh học tập. Đây là siêu dữ liệu Hoạt động được nói ở trên.
 Resouce: Siêu dữ liệu ở mức tài nguyên chứa các thông tin mô tả SCO hay
Asset theo ngữ cảnh học tập. Siêu dữ liệu này là SCO siêu dữ liệu hoặc
Asset siêu dữ liệu.
 File: siêu dữ liệu ở mức file mô tả Asset theo ngữ cảnh học tập. Siêu dữ liệu
này là Asset siêu dữ liệu.
1.5.3 Môi trường SCORM
Chuẩn SCORM cũng cung cấp mô tả về cơ chế thực thi các hoạt động đối với
đối tượng nội dung, mô tả về cơ chế kết nối giữa các đối với nội dung với LMS, và mô
hình dữ liệu để theo dõi kinh nghiệm của học viên với các đối tượng nội dung.
Mục tiêu của SCORM là làm cho các đối tượng nội dung có khả năng tái sử
dụng và chạy được trên các LMS khác nhau nhưng tương thích chuẩn. Do đó, cần có
một cách thức chung để chạy và quản lý đối tượng nội dung, một cơ chế chung để đối
tượng nội dung giao tiếp với LMS và một “ngôn ngữ” hay các từ vựng xác định cấu
thành cơ sở để giao tiếp.

19

Hình 1.6 Môi trường theo chuẩn SCORM (RTE).
1.5.3.1 Khởi chạy
Quá trình khởi chạy là quá trình xác định phương thức và đối tượng để LMS
chạy (thực thi) hay hiển thị đối tượng nội dung. SCORM có hai kiểu đối tượng nội
dung là SCO và Asset.
Đối với các kiểu đối tượng nội dung khác nhau các yêu cầu chạy là khác nhau.

Đồng thời, các thủ tục và trách nhiệm để thiết lập liên lạc giữa đối tượng nội dung và
LMS trong quá trình khởi chạy cũng có thể khác nhau và tùy thuộc vào kiểu của đối
tượng nội dung.
Tiến trình thực hiện các hoạt động học có thể là có thứ tự, không có thứ tự,
định hướng theo người dùng hay có khả năng thích ứng, phụ thuộc vào thông tin sắp
xếp và tương tác giữa người học và đối tượng nội dung.
LMS cần quản lý thứ tự giữa các hoạt động học và ước lượng thông tin thứ tự
gắn với hoạt động, đồng thời phân tích các sự kiện điều hướng để lựa chọn đúng đối
tượng nội dung để chạy (thực thi) hay hiển thị. Sau khi lựa chọn được đối tượng nội
dung tương ứng với hoạt động học cần thực hiện, LMS phải tải nội dung đó và thực
hiện hiển thị, thực thi nội dung theo phương thức phù hợp với kiểu đối tượng nội dung.
Web Browser

Client Side

Learning Management System
(LMS)



SCO

API
Instance

Asset

Asset

Asset

ECMAScript

Asset

LMS server

Server side

API

RTE
Data

Laucnh


20
Với kiểu đối tượng nội dung là Asset, chỉ cần LMS chạy Asset dùng giao thức
HTTP. Asset không liên kết với LMS qua API và dữ liệu RTE.
Với kiểu đối tượng nội dung là SCO, LMS chạy và theo dõi một SCO tại một
thời điểm (cho mỗi học viên). SCO có thể tự thực thi API Instance (gọi thủ tục API)
với SCO phụ thuộc nghĩa là khởi chạy và theo dõi SCO phụ thuộc. LMS không quan
tâm tới các SCO này. Trong trường hợp đó, SCO khởi chạy bởi LMS (SCO cha) phải
đóng mọi cửa sổ đã mở phục vụ cho SCO con trước khi SCO cha kết thúc phiên làm
việc với LMS. LMS phải chạy SCO trong cửa sổ trình duyệt có tính phụ thuộc (cửa sổ
popup hay khung trình duyệt con trên cửa sổ LMS) để trình bày nội dung như một tài
liệu (Document Object Model – DOM) thông qua các API Instance do LMS cung cấp.
1.5.3.2 Application Programming Interface (API)
API là công cụ hỗ trợ cho yêu cầu tái sử dụng, cung cấp phương thức chuẩn

cho giao tiếp giữa SCO và LMS. Với API, người phát triển SCO không cần phải hiểu
quá trình thực thi liên kết diễn ra như thế nào. Cách thức cài đặt API trong LMS không
nằm trong phạm vi của SCORM. Người phát triển hệ thống có thể thực hiện việc kết
nối này theo bất cứ cách nào. Có một số thuật ngữ sử dụng là API, API
Implementation và API Instance:
 Hiểu đơn giản nhất, API chỉ là tập hợp các hàm hỗ trợ cho việc chạy SCO.
 API Implementation là một phần mềm chức năng có nhiệm vụ thực thi các
hàm trong API. Người phát triển SCO không cần quan tâm đến API
Implementation hoạt động như thế nào vì API Implementation theo chuẩn
có giao diện giống nhau tuân theo chuẩn SCORM. Mỗi LMS có thể cài đặt
API Implementation theo cách riêng nhưng tuân theo chuẩn.
 API Instance là một thể hiện việc gọi các hàm API để API Implementation
thực hiện. API Instance thay thế cho phần mềm tương tác với SCO trong
quá trình chạy.

21

Hình 1.7 API, API Instance, API Implementation.
1.5.3.3 Mô hình dữ liệu RTE
Mục đích xây dựng mô hình dữ liệu chung là để đảm bảo thông tin về SCO có
thể theo dõi được bởi các môi trường LMS khác nhau. Ví dụ, điểm của học viên là yêu
cầu chung, do đó cần có cách báo điểm chung cho các môi trường LMS. Trong trường
hợp SCO dùng một cách thể hiện điểm riêng, các hệ thống LMS có thể không lấy được
thông tin về điểm cũng như lưu trữ hay xử lý thông tin đó.
Mô hình dữ liệu RTE dựa trên chuẩn P1484.11.1 – chuẩn về Mô hình dữ liệu
cho việc liên kết nội dung đưa ra bởi IEEE LTSC CMI. P1484.11.1 xác định các thành
phần dữ liệu dùng để liên kết thông tin từ đối tượng nội dung (như SCO) tới LMS. Các
dữ liệu này gồm có thông tin về học viên, tương tác học viên đã thực hiện với SCO,
thông tin về mục đích, trạng thái hoàn thành (đã hoàn thành hoặc chưa hoàn thành),
trạng thái thành công (đánh giá mức độ hiểu nội dung chứa trong SCO).

Mô hình dữ liệu chuẩn IEEE không đủ để đáp ứng các yêu cầu chuẩn SCORM
về tương tác và quan hệ giữa SCO với API Instance. Vì thế, SCORM đã thêm một số
hướng dẫn kết nối và thực hiện cũng như các yêu cầu với chuẩn P1484.11.1 này.
API Implementation

SCO

Initialize()

Terminate()

Getvalue()

Setvalue()

Commit()

GetLastError()

GetErrorString()

GetDiagnostic()

API

API Instance