Ứng dụng web ngữ nghĩa xây dựng hệ thống trợ giúp học tập cho học sinh bậc trung học phổ thông

5
Bảng 1. Kkết quả học tập môn địa lý 12 (CTCB) qua các năm học
Giỏi Khá
Trung
bình
Yếu
Năm
học
Số
lượng
học
sinh
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
2005-
2006
181 12 6.6 54 29.8 104 57.5 11 6.1
2006-
2007
231 19 8.2 62 26.8 131 56.7 19 8.2
2007-
2008
273 22 8.1 69 25.3 166 60.8 16 5.9
2008-
2009
220 12 5.5 47 21.4 138 62.7 23 10.5
2009-
2010
217 18 8.3 60 27.6 127 58.5 12 5.5
2010-
2011
194 19 9.8 67 34.5 99 51 9 4.6










Hình 1. K
ết quả học tập môn địa lý 12 (CTCB)
0
10
20
30
40
50
60
70
2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 2009-2010 2010-2011
giỏi
khá
trung bình
yếu
KẾT QUẢ HỌC TẬP MÔN ĐỊA LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN
TRƯỜNG THCS - THPT SƠN THÀNH

6
Qua kết quả thống kê kết quả môn học địa lý 12 – ban cơ bản
các năm học từ năm 2005 – 2006 đến 2010 – 2011 trên cho ta thấy
được khi áp dụng trợ giúp học tập trên trang web (năm học 2010 –
2011) không những tỷ lệ học sinh giỏi, khá và trung bình cao mà còn
tỷ lệ học sinh yếu thấp hơn các năm học trước.
Thông tin về kết quả điểm thi tốt nghiệp THPT về môn địa
lý 12 (ban cơ bản) cụ thể tại trường THCS – THPT Sơn Thành qua
các năm từ năm 2009 đến 2011 như sau:
Bảng 2. Kết quả thi tốt nghiệp những năm gần đây môn địa lý 12

Giỏi Khá
Trung
bình
Yếu
Năm
Số
lượng
học
sinh
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
SL
Tỷ
lệ
2009 220 3 1.4 17 7.7 107 48.6 93 42.3
2010 217 9 4.1 23 10.6 122 56.2 63 29
2011 194 13 6.7 36 18.6 124 63.9 21 10.8









Hình 2. K
ết quả thi tốt nghiệp THPT môn địa lý 12
0
10
20
30
40
50
60
70
2009 2010 2011
giỏi
khá
trung bình
yếu
KẾT QUẢ THI TỐT NGHIỆP PHỔ THÔNG MÔN HỌC ĐỊA LÝ
TRƯỜNG THCS - THPT SƠN THÀNH

7
Từ hình thống kê kết quả thi tốt nghiệp môn học từ năm
2009 đến năm 2011 tỷ lệ các em đạt điểm 5 trở lên cao theo từng
năm đặc biệt vào năm 2011. Như vậy khi chưa được sử dụng trợ giúp
cho các em học tập trên trang web tư vấn và áp dụng cách thức học
tập chưa thực sự hợp lý sẽ đạt được kết quả chưa cao.
Chính vì vậy việc thiết kế các trang Web ngữ nghĩa – trang
web thông minh giúp cho các em học sinh THPT đặc biệt là các em
học sinh cuối cấp tự ôn tập, củng cố và kiểm tra đánh giá theo quan
điểm của lí luận dạy học hiện đại là hết sức cần thiết. Vì thế tôi chọn
đề tài “Ứng dụng web ngữ nghĩa xây dựng hệ thống trợ giúp học
tập cho học sinh bậc Trung học Phổ thông ” nhằm góp phần nâng
cao khả năng tự học, khả năng sáng tạo, các em tìm ra phương pháp
học tập hợp lý cho bản thân và đồng thời rèn luyện, vận dụng kiến
thức môn học trong trường phổ thông vào thực tiễn hợp lý và hiệu
quả.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết như nguyên nhân hình
thành, cách xây dựng và áp dụng về web ngữ nghĩa. Xây dựng ứng
dụng trang web ngữ nghĩa vào trợ giúp học tập môn địa lý 12 CTCB
cho các em học sinh bậc THPH.
Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý luận và cơ sở thực
tiễn của việc thiết kế trang Web. Tổng hợp dữ liệu (Data Warehouse)
từ các nguồn khác nhau. Nghiên cứu công nghệ web ngữ nghĩa hỗ
trợ học tập. Khảo sát thực trạng học sinh đang học tập tại các trường
phổ thông đối với các môn học nói chung. Tiến hành thực nghiệm
việc sử dụng trang web này vào trong quá trình dạy học tại trường
THPT.

8
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Môn Địa lý
Mô hình, biện pháp và một số trang web hỗ trợ học tập cho học
sinh bậc THPT
Một số luận văn tốt nghiệp khóa trước
Web ngữ nghĩa
Công cụ xây dựng web ngữ nghĩa
Phạm vi nghiên cứu:
Môn địa lý 12 – CTCB
Các đề tài luận văn thạc sỹ đã được công bố tại đại học Đà nẵng
và đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh
Cách thiết kế Web ngữ nghĩa
Phần mềm protégé
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thu thập, phân tích các tài liệu liên quan tới các môn học.
Nghiên cứu tư liệu về cơ sở lí luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt
động học tập tự lực - sáng tạo của học sinh THPT. Nghiên cứu tư
liệu về nội dung môn học địa lí lớp 12 CTCB. Tìm hiểu mọi thông
tin liên quan tới cách xây dựng web ngữ nghĩa và các mô hình trợ
giúp học tập.
5. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích: Tìm hiểu và nghiên cứu web ngữ nghĩa để xây dựng
hệ thống trợ giúp nhằm nâng cao chất lượng học tập cho học sinh bậc
THPT.
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu những vấn đề về web ngữ
ngh
ĩa. Tạo ra tài liệu khoa học để tham khảo về web ngữ nghĩa. Ứng
dụng công nghệ thông tin nhằm trợ giúp học tập.

9
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Báo cáo của luận văn dự kiến tổ chức thành 3 chương chính
như sau:
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương
như sau:
Chương 1. Cơ sở lý thuyết về web ngữ nghĩa
Ở chương 1 sẽ giới thiệu lý thuyết về web ngữ nghĩa, những
ứng dụng và triển vọng của Web ngữ nghĩa trong giai đoạn hiện nay.
Các công nghệ và công cụ sử dụng trong web ngữ nghĩa
Chương 2. Phân tích bài toán trợ giúp học tập tại trường trung
học phổ thông
Trong chương 2 này sẽ phân tích hiện trạng dạy và học môn
địa lý 12 trong giai đoạn hiện nay, phân tích hệ thống thông tin để trợ
giúp học tập, xây dựng kịch bản trợ giúp học tập. Sử dụng các giải
pháp trợ giúp học tập: Sử dụng web ngữ nghĩa và các thư viện phát
triển ứng dụng web ngữ nghĩa.
Chương 3. Ứng dụng web ngữ nghĩa xây dựng hệ thống trợ giúp
học tập
Đối với chương 3, sẽ xây dựng ontology cho bài toán trợ
giúp, xây dựng hệ thống trợ giúp học tập, mô tả hoạt động hệ thống
và chức năng trợ giúp học tập. Hoàn thiện trang web ngữ nghĩa trợ
giúp học tập và đánh giá kết quả của chương trình.


10
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WEB NGỮ NGHĨA
1.1. GIỚI THIỆU WEB NGỮ NGHĨA
1.1.1. Web truyền thống và những hạn chế
World Wide Web (gọi tắt là web) đã trở thành một kho tàn
thông tin khổng lồ, được tạo ra từ các tổ chức, cộng đồng và nhiều cá
nhân với nhiều lý do khác nhau. Tính đơn giản của Web hiện nay đã
dẫn đến một số một hạn chế. Chẳng hạn như chúng ta có thể dễ dàng
bị lạc hay bị phải xử lý với một lượng thông tin không hợp lý và
không liên quan được trả về từ kết quả tìm kiếm trên Web. Vấn đề
đặt ra là làm thế nào để chúng ta có được một kết quả tìm kiếm chính
xác và nhanh chóng theo đúng những gì mà chúng ta mong muốn?
1.1.2. Sự ra đời của web ngữ nghĩa
Sự phổ biến và bùng nổ thông tin trên Web cũng đặt ra một
thách thức mới là làm thế nào để khai thác được thông tin trên Web
một cách hiệu quả. Chính những vấn đề này đã thúc đẩy sự ra đời
của ý tưởng Web ngữ nghĩa.
Mục tiêu của Web có ngữ nghĩa là để phát triển các chuẩn
chung và công nghệ cho phép máy tính có thể hiểu được nhiều hơn
thông tin trên Web, sao cho chúng có thể hỗ trợ tốt hơn việc khám
phá thông tin (thông tin được tìm kiếm nhanh chóng và chính xác
hơn), tích hợp dữ liệu (dữ liệu liên kết động), và tự động hóa các
công việc.
1.1.3. Định nghĩa web ngữ nghĩa
Web ngữ nghĩa là một phương pháp cho phép định nghĩa và
liên kết dữ liệu một cách có ngữ nghĩa hơn nhằm phục vụ cho máy
tính có thể “hiểu” được. Web ngữ nghĩa còn cung cấp một môi
tr
ường chia sẻ và xử lý dữ liệu một cách tự động bằng máy tính.

11
Vấn đề này cũng cho chúng ta mấu chốt để hiểu Web ngữ
nghĩa. Con đường để máy có thể xử lý dữ liệu chủ yếu là tạo ra dữ
liệu thông minh hơn chứ không phải là các xử lý thông minh.










Hình 1.3 Sơ đồ phát triển tính thông minh của dữ liệu
1.1.4. So sánh web truyền thống với web ngữ nghĩa
1.1.5. Kiến trúc của web ngữ nghĩa
1.1.5.1. Giới thiệu
Web ngữ nghĩa là một tập hợp/ một chồng (stack) các ngôn
ngữ






Hình 1.4 Mô hình các tầng của Web Semantic
1.1.5.2. Vai trò các l
ớp trong kiến trúc Web ngữ nghĩa
1.2. ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN VỌNG CỦA WEB NGỮ NGHĨA
Các ontology và các
lập luận
Các phân loại và tài liệu với
các bộ tự vựng hỗn hợp
Tài liệu XML với miền đơn
Văn bản và cơ sở dữ liệu





12
1.3. CÁC NGÔN NGỮ VÀ CÔNG CỤ XÂY DỰNG WEB NGỮ
NGHĨA
1.3.1. Bộ Visual Studio.Net
1.3.2. Sử dụng UML trong thiết kế hệ thống
1.3.3. XML – ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
1.3.4. RDF- nền tảng của web ngữ nghĩa
1.3.4.1. Giới thiệu RDF
1.3.4.2. Mô hình RDF (RDF Model)
1.3.4.3. Bộ ba RDF (RDF Tripple)
1.3.4.4. Cấu trúc của RDF/XML
1.3.5. XML Schema và RDF Schema
1.3.5.1. XML Schema
1.3.5.2. RDF Schema
1.3.6. Ontology
1.3.6.1. Khái niệm ontology
Nói một cách đơn giản ontology là tập từ vựng để mô hình
hóa thế giới bên ngoài, nó đưa ra các khái niệm cơ bản và định nghĩa
quan hệ giữa các khái niệm đó trong một miền lĩnh vực. Đồng thời
ontology còn cung cấp các ràng buộc, là các giả định cơ sở về ý
nghĩa mong muốn của bộ từ vựng.
1.3.6.2. Yêu cầu khi sử dụng ontology
1.3.6.3. Các thành phần ontology
Ontology được sử dụng như là một biểu mẫu trình bày tri
thức về thế giới hay một phần của nó. Ontology thường miêu tả bởi
cá thể, lớp, thuộc tính và các mối liên hệ.
1.3.6.4. Ngôn ngữ OWL
1.3.7. Công c
ụ xây dựng Ontology
1.3.7.1. Thiết kế ontology

13
1.3.7.2. Các bước thiết kế một Ontology
Có thể khái quát mô hình xây dựng ứng dụng Ontology như sau













Chỉ hướng xử lý của tiến trình
Chỉ hướng xem xét lại hệ thống
Hình 1.5 Mô hình chu trình phát triển ứng dụng Ontology
1.3.7.3. Công cụ xây dựng ontology
Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ xây dựng Ontology.
Một trong những phần mềm được sử dụng nhiều nhất là protégé-
OWL. Đây là phần mềm miễn phí dùng để tạo ra các mô hình và các
ứng dụng bằng cách sử dụng các ontology.
1.3.8. Thư viện phát triển ứng dụng
1.3.8.1. SemWeb
1.3.8.2. OwlDotNetApi


Xây dựng và khởi tạo cơ sở tri thức
Xây dựng những trường hợp kiểm thử cho
cơ sở tri thức
Xây dựng và xét duyệt Ontology
Xây dựng công cụ thu nhập tri thức
Kiểm thử ứng dụng

14
1.4. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Trong chương 1 này chúng ta tìm hiểu về những hạn chế của
web truyền thống, lý do hình thành web ngữ nghĩa đồng thời đưa ra
những triển vọng của web ngữ nghĩa trong tương lai và các công cụ
xây dựng trang web ngữ nghĩa. Xuất phát từ những bộ ba dữ liệu để
xây dựng nên RDF, người ta tiếp tục xây dựng những tập luật để
nâng cao khả năng tìm kiếm và xử lý dữ liệu của máy tính.
Công nghệ web 3.0 đang phát triển và ngày càng hoàn thiện
với những tập luật được định nghĩa thông minh của mình. Tất nhiên
các lý thuyết đã được nghiên cứu trên đây chỉ là nền tảng. Việc phát
triển một ứng dụng dựa trên công nghệ này sẽ phụ thuộc vào ngôn
ngữ lập trình, độ lớn ứng dụng…
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN TRỢ GIÚP HỌC
TẬP TẠI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
2.1. PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG
2.1.1. Nội dung giáo dục môn Địa lý ở bậc THPT
Trong chương trình Trung học phổ thông môn Địa lý được
học trong 3 năm học từ lớp 10 đến lớp 12 với sự phân bổ số tiết học
của lớp 12 như sau: 1,5 tiết/ tuần x 35 tuần = 52,5 tiết học. Tùy vào
đặc thù từng trường áp dụng 2 tiết trên tuần học kỳ I hay học kỳ II.
2.1.2. Thực trạng dạy và học môn Địa lý 12
2.1.3. Nhu cầu trợ giúp về môn học Địa lý
2.2. PHÂN TÍCH THÔNG TIN TRỢ GIÚP HỌC TẬP
2.2.1. Lý do trợ giúp học tập môn Địa lý
2.2.2. Đối tượng trợ giúp
2.2.3. Hệ thống thông tin trợ giúp

Xem chi tiết: Ứng dụng web ngữ nghĩa xây dựng hệ thống trợ giúp học tập cho học sinh bậc trung học phổ thông