Hệ hỗ trợ kiểm tra, đánh giá kiến thức về nhập môn lập trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN TRƯỜNG HẢI

HỆ HỖ TRỢ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC

VỀ NHẬP MÔN LẬP TRÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHOA HỌC MÁY TÍNH

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN TRƯỜNG HẢI

HỆ HỖ TRỢ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC

VỀ NHẬP MÔN LẬP TRÌNH

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số chuyên ngành: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHOA HỌC MÁY TÍNH

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS ĐỖ VĂN NHƠN

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là: NGUYỄN TRƯỜNG HẢI

Ngày sinh: 04/07/1991 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã học viên: 1784801010007

Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho

Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh. Thư viện trường đại học Mở

Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống

thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.

Ký tên

Nguyễn Trường Hải

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Hệ hỗ trợ kiểm tra, đánh giá kiến thức về nhập

môn lập trình” là bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam

đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố

hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận

văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, năm 2020

Nguyễn Trường Hải

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin trân trọng và gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý lãnh đạo,

quý thầy cô Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, khoa Đào tạo sau đại học,

khoa Công nghệ thông tin, quý thầy cô bộ môn đã tận tình chỉ bảo và giảng dạy em

trong suốt thời gian em học tập tại trường đồng thời tạo điều kiện để em thực hiện đề

tài này.

Bên cạnh đó em cũng xin bài tỏ lòng biết ơn chân thành đến giáo viên hướng

dẫn PGS.TS Đỗ Văn Nhơn, người thầy đã luôn tận tâm chỉ bảo và hướng dẫn em

trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Vì kiến thức còn hạn chế, em đã gặp rất

nhiều khó khăn khi thực hiện đề tài, nhưng may mắn được thầy động viên và dẫn dắt,

thầy đã cho em nghị lực, niềm tin để em tiếp tục con đường nghiên cứu của mình.

Con cũng không quên ghi khắc lòng biết ơn và kính trọng đến gia đình, cha

mẹ đã cho con hậu phương, chỗ dựa tinh thần và luôn ủng hộ con trên con đường học

tập, tìm kiếm tri thức. Xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã tư vấn, đóng góp cho

tôi những ý kiến quý báu để tôi làm cơ sở khắc phục thiếu sót và hoàn thành nhiệm

vụ học tập, nghiên cứu này.

Xin gửi lời tri ân!

Học viên

Nguyễn Trường Hải

iii

TÓM TẮT

Trắc nghiệm khách quan là một trong những hình thức kiểm tra, đánh giá kết

quả học tập phổ biến trong các cấp học từ phổ thông đến cao đẳng, đại học. Hình thức

này đã được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực từ khoa học tự nhiên đến khoa học xã

hội. Với xu thế hiện đại và sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin cũng

như định hướng tin học hóa giáo dục, kiểm tra, đánh giá bằng hình thức trắc nghiệm

trên máy tính ngày càng trở nên phổ biến. Theo đó, các ứng dụng thi trắc nghiệm trên

máy tính cũng ngày càng đa dạng, phong phú.

Tuy nhiên, các ứng dụng thi trắc nghiệm hiện nay chỉ tạo ra các đề thi tự động

dựa trên các tham số đầu vào như số lượng câu hỏi, thời gian và cho ra điểm sau khi

kết thúc bài thi mà không thể đánh giá mức độ hiểu biết của người dùng, không thể

định hướng những nội dung kiến thức mà người dùng cần phải cập nhật thông qua

bài kiểm tra.

Đề tài luận văn này đã nghiên cứu và xây dựng một hệ thống hỗ trợ kiểm tra,

đánh giá kiến thức về nhập môn lập trình, một trong những môn học bắt buộc đối với

tất cả các sinh viên ngành công nghệ thông tin. Hệ thống này hỗ trợ sinh viên ôn tập,

tra cứu, tự đánh giá kiến thức của mình về môn nhập môn lập trình thông qua việc

thực hiện các đề thi được tạo ra với nhiều tùy chọn về số lượng, mức độ khó, yếu tố

kiến thức cần kiểm tra, đánh giá.

Hơn thế nữa, hệ thống này còn có thể đánh giá mức độ hiểu biết của sinh viên

đối với từng yếu tố kiến thức, đề xuất định hướng những nội dung kiến thức mà sinh

viên cần phải cập nhật, cải thiện thông qua phân tích kết quả bài thi. Từ đó làm cơ sở

cho sinh viên học tập, hoàn thiện kiến thức môn học.

ABSTRACT

Objective test, one of the forms of testing and evaluating learning results, is

widely used in all educational levels from high school to college and university. It has

been applied in many fields from natural to social sciences. With the modern trend and

the continuous development of information technology as well as the orientation of

computerized education, computer-based testing and evaluating is becoming more and

more popular. And that is the reason why application for multiple choice tests on

computers are more diverse and rich.

The application of multiple choice tests, however, only creates automated exams

based on input parameters such as the number of questions, times and scores after the

end of the test. This cannot assess the user’s level of knowledge as well as direct the

knowledge content that the users need to update through the test.

This thesis has researched and built a support system for the knowledge test and

evaluation about Introduction to Programming, one of the compulsory subjects for all

students of information technology. This system supports students to review, look up,

and self-assess their knowledge of the Introduction to Programming course through

exam questions created with many options such as number of questions, difficulty

levels, and the knowledge factors which should be tested and evaluated.

Besides this system can also assess the student's understanding of each element

of knowledge, propose orientation of knowledge content that students need to update

and improve through analysing test results. And it can also be considered as a basis for

students to learn and improve subject knowledge as well.

iv

MỤC LỤC

Contents

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

TÓM TẮT ................................................................................................................. iii

MỤC LỤC................................................................................................................. iv

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi

DANH MỤC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ............................................................................ vii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI ....................................................................1

1.1. Tổng quan và đặt vấn đề................................................................................1

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi đề tài .........................................................3

1.3. Phương pháp và ý nghĩa luận văn..................................................................6

1.4. Kết cấu luận văn ............................................................................................6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................8

2.1. Biểu diễn tri thức và hệ cơ sở tri thức [4] [8] [10] ........................................8

2.2. Các phương pháp biểu diễn tri thức cơ bản [4] [8] .......................................9

2.2.1. Phương pháp biểu diễn dựa trên logic hình thức ..............................10

2.2.2. Phương pháp biểu diễn tri thức thủ tục (hệ luật dẫn)........................10

2.2.3. Phương pháp biểu diễn tri thức dạng mạng.......................................11

2.2.4. Phương pháp biểu diễn tri thức theo cấu trúc....................................12

2.3. Phương pháp biểu diễn tri thức dựa trên Ontology .....................................12

2.3.1. Một số vấn đề cơ bản về ontology.....................................................12

2.3.2. Các thành phần cơ bản của ontology [4] [8] .....................................14

2.3.3. Phân loại ontology [4] [8] .................................................................15

2.4. Phương pháp kiểm tra, đánh giá bằng trắc nghiệm khách quan..................16

2.4.1. Các phương pháp kiểm tra, đánh giá kết quả học tập thường dùng..16

2.4.2. Đôi nét về phương pháp trắc nghiệm khách quan [15] [19] .............18

2.4.3. Độ khó của câu trắc nghiệm và độ khó của đề kiểm tra, đánh giá....20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ SỞ TRI THỨC, MÔ HÌNH HÓA YÊU CẦU VÀ

XÂY DỰNG THUẬT GIẢI .....................................................................................22

3.1. Mô hình tri thức nhập môn lập trình tiếp cận Ontology..............................22

v

3.2. Mô hình cho ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm và việc thu thập....................25

3.2.1. Mô hình của 1 câu hỏi trắc nghiệm...................................................25

3.2.2. Mô hình ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm...........................................26

3.2.3. Thu thập và xây dựng ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm......................26

3.3. Bảng liên kết giữa câu hỏi trắc nghiệm và yếu tố kiến thức .......................27

3.4. Tổ chức lưu trữ cơ sở dữ liệu và tri thức của hệ thống ...............................28

3.4.1. Các bảng dữ liệu................................................................................28

3.4.2. Mô tả các bảng dữ liệu ......................................................................29

3.5. Xác định yêu cầu và xây dựng thuật giải ....................................................31

3.5.1. Sơ đồ chức năng của hệ thống...........................................................31

3.5.2. Quản lí dữ liệu ...................................................................................31

3.5.3. Tìm kiếm ...........................................................................................40

3.5.4. Tạo đề thi...........................................................................................42

3.5.5. Làm bài thi và nhận xét, đánh giá kết quả.........................................47

CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ......................................53

4.1. Cài đặt một số tác vụ chính .........................................................................53

4.1.1. Tác vụ quản lý người dùng................................................................53

4.1.2. Tác vụ Tra cứu kiến thức...................................................................55

4.1.3. Tác vụ Tra cứu câu hỏi......................................................................57

4.1.4. Tác vụ tạo đề kiểm tra, đánh giá .......................................................59

4.1.5. Tác vụ làm bài thi và nhận xét đánh giá kết quả bài thi....................61

4.1.6. Tác vụ xem lại nhận xét đánh giá nhằm theo dõi quá trình học tập..65

4.2. Thử nghiệm..................................................................................................66

4.2.1. Thử nghiệm tác vụ tạo đề ..................................................................66

4.2.2. Thử nghiệm tác vụ làm bài thi và nhận xét, đánh giá .......................69

4.2.3. So sánh mức độ hỗ trợ của một số ứng dụng thi trắc nghiệm...........80

4.3. Đánh giá.......................................................................................................81

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................82

5.1. Kết quả đạt được..........................................................................................82

5.2. Hạn chế và hướng phát triển........................................................................83

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................85

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1. Giao diện đăng nhập vào hệ thống............................................................53

Hình 4.2. Giao diện người dùng với quyền quản lý..................................................54

Hình 4.3. Giao diện người dùng với quyền giáo viên...............................................54

Hình 4.4. Giao diện người dùng với quyền sinh viên ...............................................55

Hình 4.5. Giao diện quản lý hệ thống .......................................................................55

Hình 4.6. Giao diện tra cứu kiến thức .......................................................................56

Hình 4.7. Thử nghiệm thao tác tra cứu kiến thức .....................................................57

Hình 4.8. Giao diện tìm kiếm câu hỏi trắc nghiệm theo kiến thức ...........................58

Hình 4.9. Thử nghiệm thao tác tìm kiếm câu hỏi trắc nghiệm .................................58

Hình 4.10. Giao diện tạo đề kiểm tra, đánh giá ngẫu nhiên......................................59

Hình 4.11. Giao diện tạo đề kiểm tra, đánh giá theo yếu tố kiến thức......................60

Hình 4.12. Thử nghiệm thao tác tạo đề kiểm tra, đánh giá kiến thức.......................61

Hình 4.13. Giao diện làm bài kiểm tra, đánh giá kiến thức ......................................62

Hình 4.14. Giao diện kết quả bài kiểm tra, đánh giá kiến thức.................................63

Hình 4.15. Thử nghiệm thao tác làm bài kiểm tra, đánh giá kiến thức.....................64

Hình 4.16. Giao diện hiển thị kết quả và nhận xét đánh giá bài làm ........................64

Hình 4.17. Giao diện hiển thị thông tin kết quả các bài làm của sinh viên ..............65

Biểu đồ 4.1. Kết quả kiểm tra, đánh giá với các đề thi có độ khó khác nhau...........69

Biểu đồ 4.2. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về số lượng đề thi có câu sai thuộc kiến thức

về Các kiểu dữ liệu cơ sở. .........................................................................................78

Biểu đồ 4.3. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về số lượng đề thi có câu sai thuộc kiến thức

về Biến.......................................................................................................................78

Biểu đồ 4.4. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về số lượng đề thi có câu sai thuộc kiến thức

về Lệnh. .....................................................................................................................79

Biểu đồ 4.5. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về số lượng đề thi có câu sai thuộc kiến thức

về Các toán tử và biểu thức. .....................................................................................79