Luận văn Sử dụng kỹ thuật Logic mờ đánh giá kết quả học tập cho sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Sử dụng kỹ thuật Logic mờ đánh giá kết quả học tập cho sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TÂM ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LOGIC MỜ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHO SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT S K C 0 0 03 27 89 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: GIÁO DỤC HỌC - 601401 S K C 0 0 3 7 9 7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TÂM ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LOGIC MỜ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHO SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: GIÁO DỤC HỌC - 601401 Hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG TRƯỜNG SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Tâm Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/01/1978 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở hiện tại: Nhà số 2385/74/25. Đƣờng Phạm Thế Hiển P6 Q8 Tp.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 08 38960987 08 62609767 Fax: E-mail: 08 38960987 tamnv@hcmute.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1997 đến 12/2001 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sƣ phạm TPHCM Ngành học: Toán học 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 08/2010 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Công nghệ thông tin Tên đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng các phép toán Mophology để xử lý ảnh số Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/05/2010 tại Khoa CNTT Người hướng dẫn: Ths Trần Tiến Đức III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2002-2009 Trường THPT DL Phương Nam Giáo viên Toán 2010-2012 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Giảng viên CNTT Nhân viên P Đào tạo 2012-Đến nay Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Giảng dạy CNTT i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 09 năm 2012 Nguyễn Văn Tâm ii
5. Lời đầu tiên tôi chân thành cảm ơn Thầy TS. Đặng Trường Sơn đã tận tình hướng dẫn từng bước và giúp đỡ về kiến thức một cách có hệ thống để tôi hoàn tất chuyên đề này. Tiếp theo xin cảm ơn các Thầy, Cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, các Anh Chị học viên lớp Cao học Giáo dục khóa 18 và tất cả các thành viên gia đình đã hổ trợ, động viên cho tôi thực hiện chuyên đề theo đúng tiến độ và kế hoạch được giao. Bản thân đã làm việc tích cực trong thời gian được giao đề tài nhưng với thời lượng ngắn ngủi và khối lượng kiến thức có giới hạn nên chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót xin Quý Thầy, Cô và các Anh, Chị giúp đỡ thêm. iii
6. MỤC LỤC PHẦN A: MỞ ĐẦU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ I. TÍNH CẤP THIẾT VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 2. Ý nghĩa của đề tài 1 2.1 Ý nghĩa khoa học 1 2.2 Ý nghĩa thực tiễn 2 II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2 1. Mục tiêu nghiên cứu. 2 2. Nhiệm vụ của đề tài. 2 III. GIẢ THUYẾT NGHIÊN CỨU 2 IV. ĐỐI TƢỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 3 1. Đối tượng nghiên cứu 3 2. Khách thể nghiên cứu 3 V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3 VI. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 3 1. Giai đoạn 1 3 2. Giai đoạn 2 3 3. Giai đoạn 3 4 PHẦN B: NỘI DUNG CHƢƠNG 1 5 CƠ SỞ LÝ LUẬN 5 1.1. Tổng quan chung về đánh giá người học 5 1.2 Đánh giá và các phương pháp đánh giá. 6 1.2.1 Theo cách thực hiện việc đánh giá 7 1.2.2 Theo mục tiêu của việc đánh giá 7 1.2.3 Theo phương hướng sử dụng kết quả đánh giá 8 1.2.4 Kiểm tra, đánh giá là một thành tố trong quá trình dạy học 8
7. 1.3 Các khái niệm về Logic mờ. 9 1.3.1. Sự ra đời của lý thuyết tập mờ 9 1.3.2. Các khái niệm về lý thuyết tập mờ. 12 1.3.3. Các hàm thuộc thường dùng. 14 1.3.4. Ứng dụng 17 1.4 Kết luận 22 CHƢƠNG 2 23 CƠ SỞ THỰC TIỄN 23 2.1 Thực trạng về đánh giá sinh viên tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 23 2.1.1 Cách tính điểm đánh giá học phần 23 2.1.2 Cách tính điểm trung bình chung 24 2.2 Các kết quả nghiên cứu đã công bố 25 2.2.1 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước 25 2.2.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước 33 2.2 Kết luận 40 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ 41 3.1 Xây dựng các mức đánh giá. 41 3.2 Tập mờ qua các mức đánh giá. 42 3.3 Xây dựng hàm thuộc 42 3.3.1.Hàm thuộc đầu vào 42 3.3.2. Dự đoán hàm thuộc đầu ra 44 3.4 Xây dựng hệ các luật 45 3.5. Xây dựng bài toán đánh giá bằng kỹ thuật Logic mờ. 46 3.5.1. Tính độ thuộc giữa hai tập mờ. 46 3.5.2. Xây dựng các tập nền 46 3.5.3. Các bước thực hiện bài toán đánh giá. 48
8. 3.5.4. Áp dụng thuật toán mờ đánh giá học phần. 48 3.5.5. Áp dụng thuật toán mờ đánh giá sinh viên qua điểm số học kỳ. 54 3.6 Cài đặt 66 3.7 Kết luận 67 CHƢƠNG 4 68 XÂY DỰNG CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ VÀ ỨNG DỤNG 68 4.1 Thiết kế giao diện. 68 4.2 Cài đặt thuật toán. 69 4.3 Hướng dẫn sử dụng công cụ đánh giá 82 4.3.1 Định nghĩa các tiêu chí đánh giá 83 4.3.2 Nhập liệu 84 4.3.3 Chạy chương trình và xem kết quả 85 4.4. Thực nghiệm 86 4.4.1 Thực nghiệm với công cụ đánh giá điểm quá trình cho sinh viên 86 4.4.2 Thực nghiệm với công cụ đánh giá cho công tác tuyển dụng 89 PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 I. KẾT LUẬN 92 II. TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 92 III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 93 IV. KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
9. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1a Biểu thị các nhãn chia mức độ đánh giá 27 Bảng 2.1b Giá trị ánh xạ T tại các biến 28 Bảng 2.1c Điểm số 10 câu hỏi theo các lĩnh vực cụ thể 31 Bảng 2.1d Tóm tắt các luật mờ 32 Bảng 2.2 d Kết quả đánh giá xếp loại học sinh từ các giáo viên bộ môn. 37 Bảng 3.1a Các mức xếp loại trong đánh giá môn học 41 Bảng 3.1b Các mức xếp loại trong đánh giá trung bình chung 41 Bảng 3.3.1 Phương trình các hàm thuộc tương ứng các mức xếp loại 43 Bảng 3.5.2 Các mức đánh giá chi tiết 47 Bảng 4.4a Liệt kê thông tin 05 sinh viên làm mẫu đánh giá, xếp loại 86 Bảng 4.4b Xếp loại 05 sinh viên sau khi sử dụng công cụ đánh giá. 88 Bảng 4.4.2 a Điểm số 05 ứng cử viện dự tuyển 89 Bảng 4.4.2 b Điểm số trung bình cơ học 05 ứng cử viên dự tuyển 89 Bảng 4.4.2 c Điểm số trung bình theo logic mờ của 05 ứng cử viên dự tuyển 90
10. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.3.1a L.A.Zadeh, người đưa ra lý thuyết về Logic mờ (Fuzzy Logic ) 10 Hình 1.3.1b Biểu diễn hàm thuộc  A (z) trên tập những người trẻ A. 11 Hình 1.3.1c Biểu diễn sự linh hoạt của hàm thuộc với khái niệm trẻ và không trẻ. 11 Hình 1.3.2a Biểu diễn đồ thị của tập bù của tập mờ 13 Hình 1.3.2b Biểu diễn hai tập mờ A là con của tập mờ B 13 Hình 1.3.2c Biểu diễn hợp của hai tập mờ 13 Hình 1.3.2d Biểu diễn giao của hai tập mờ A và B 14 Hình 1.3.3a Đồ thị của hàm thuộc dạng tam giác 14 Hình 1.3.3b Đồ thị của hàm thuộc dạng hình thang 15 Hình 1.3.3c Đồ thị của hàm thuộc dạng Sigma 15 Hình 1.3.3d Đồ thị của hàm thuộc dạng S-shape 16 Hình 1.3.3e Đồ thị của hàm thuộc dạng Bell-shape 16 Hình 1.3.3f Đồ thị của hàm thuộc dạng Gaussian 17 Hình 1.3.4a Biểu thị các giá trị về màu sắc 17 Hình 1.3.4b Hàm thuộc các đầu ra 18 Hình 1.3.4.c và d thể hiện Input và Output, hình 1.3.4.e là liên hệ giữa hai hàm thuộc biểu diễn hai chiều. 19 Hình 1.3.4g Biểu diễn phép OR của Q1, Q2 và Q3 20 Hình 2.1Quy trình xử lý bằng hệ thống mờ. 30 Hình 2.2 Kết quả xếp loại học tập: Học phần Ngoại ngữ xếp loại Giỏi nhưng Học tập xếp loại Khá 39 Hình 3.3.1 Đồ thị biểu diễn các hàm thuộc trên các mức đánh giá đầu vào. 43 Hình 3.3.2 Đồ thị biểu diễn các hàm thuộc trên 6 mức đánh giá đầu ra 44 Hình 3.5.5 Bảng điểm cuối học kỳ của sinh viên 55 Hình 4.1a Giao diện nhập dữ liệu 68 Hình 4.1b Giao diện lư trữ dữ liệu nhập 69 Hình 4.1c giao diện hiển thị kết quả 69 Hình 4.3 a Hệ thống đánh giá mờ 82 Hình 4.3 b Giao diện công cụ đánh giá 83 Hình 4.3.1Định nghĩa tiêu chí Kiến thức với trọng số là 3 84 Hình 4.3.2a Nhập sinh viên cần đánh giá 84 Hình 4.3.2 b Nhâp điểm số cho tiêu chí Kỹ năng. 84 Hình 4.3.2 c Dữ liệu đã nhập cho sinh viên được đánh giá 85 Hình 4.3.3 Kết quả đánh giá của sinh viên 85 Hình 4.4 Toàn bộ giao diện công cụ đánh giá xếp loại 87
11. DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Sơ đồ 2.1 Phân loại phương pháp đánh giá 6 Biểu đồ 1 Biểu diễn tỉ lệ các lĩnh vực đánh giá bằng trung bình cơ học 53 Biểu đồ 2 Biểu diễn tỉ lệ các lĩnh vực đánh giá bằng Logic mờ 54 Biểu đồ 3 Biểu diễn mức độ quan trọng của các học phần 65 Biểu đồ 4 Phân loại sinh viên theo hai cách tính trung bình 88 Biểu đồ 5 Phân loại 05 ứng cử viên theo hai cách tính trung bình 91
12. I. TÍNH CẤP THIẾT VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1. Tính cấp thiết của đề tài. Theo nghị quyết số 14/2005/NQ-CP ngày 02 tháng 11 năm 2005 của Chính phủ về đổi mới cơ bản và toàn diện giáo dục đại học Việt Nam giai đoạn 2006 – 2020 đã khẳng định “ Đổi mới giáo dục đại học phải bảo đảm tính thực tiễn, hiệu quả và đồng bộ; lựa chọn khâu đột phá, lĩnh vực ưu tiên và cơ sở trọng điểm để tập trung nguồn lực tạo bước chuyển rõ rệt phải tiến hành đổi mới từ mục tiêu, quy trình, nội dung đến phương pháp dạy và học, phương thức đánh giá kết quả học tập; liên thông giữa các ngành, các hình thức, các trình độ đào tạo ”. Đổi mới giáo dục trong đó đổi mới phương pháp đánh giá là một trong những bước quan trọng trong việc nâng cao chất lượng đào tạo. Trong lĩnh vực Giáo dục Đại học nói riêng, việc đánh giá kết quả học tập cho sinh viên là khâu rất quan trọng, là cơ sở cho nhiều công việc khác như xếp loại, khen thưởng, thiết kế chương trình, nhằm đánh giá hiệu quả quá trình giảng dạy và học tập. Việc đánh giá này có nhiều hình thức, phương diện và quy mô khác nhau. Dù ở qui mô hay hình thức nào, đặc điểm chung là nó phụ thuộc nhiều vào chủ quan người đánh giá, thường hay dựa trên ngôn ngữ tự nhiên vốn hàm chứa thông tin mờ. Để giải quyết các vấn đề như trên cần có công cụ trợ giúp để công việc đánh giá đạt được hiệu quả hơn nên người nghiên cứu chọn đề tài “Sử dụng kỹ thuật Logic mờ đánh giá kết quả học tập cho sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình. 2. Ý nghĩa của đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài tập trung đi sâu nghiên cứu một cách có hệ thống cơ sở lý luận về các phương pháp đánh giá người học bằng kỹ thuật Logic mờ và các ứng dụng của lý thuyết mờ trong kỹ thuật. Từ đó nghiên cứu ứng dụng của lý thuyết mờ đánh giá trong giáo dục. [1]
13. 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu về kỹ thuật Logic mờ để xây dựng công cụ tính điểm số trung bình môn học, trung bình học kỳ nhằm đánh giá kết quả học tập của sinh viên qua điểm số tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 1. Mục tiêu nghiên cứu. Xây dựng công cụ đánh giá dựa trên lý thuyết Logic mờ và sử dụng công cụ hỗ trợ cho công tác đánh giá, tuyển dụng, tuyển chọn sinh viên. 2. Nhiệm vụ của đề tài. - Đánh giá thực trạng về cách cho điểm số tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh - Sử dụng kỹ thuật Logic mờ xây dựng công cụ cho điểm, tính toán điểm số trung bình học phần, học kỳ hoặc sắp xếp kết quả điểm số bằng ngôn ngữ lập trình C#. - Ứng dụng công cụ tính toán điểm số trung bình học phần, trung bình học kỳ để đánh giá xếp loại học lực cho sinh viên. Ngoài ra, có thể ứng dụng công cụ để sắp xếp kết quả thi tuyển dụng, dựa vào đó nhà tuyển dụng sẽ ra quyết định tuyển chọn. III. GIẢ THUYẾT NGHIÊN CỨU Nếu sử dụng công cụ được xây dựng trên lý thuyết Logic mờ (Fuzzy Logic) thì sẽ góp phần: - Tính toán điểm số các trung bình chính xác hơn - Giúp công việc đánh giá sinh viên nhanh chóng và tiện lợi - Nâng cao hiệu quả đánh giá, hiệu quả đào tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và tạo nên sự công bằng trong công tác tuyển dụng. [2]
14. IV. ĐỐI TƢỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 1. Đối tƣợng nghiên cứu Phương pháp đánh giá kết quả học tập qua điểm số trung bình bằng kỹ thuật Logic mờ. 2. Khách thể nghiên cứu - Điểm số của sinh viên hệ chính quy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh - Các giảng viên trực tiếp giảng dạy để góp ý, chỉnh sữa phương pháp đánh giá dựa trên kỹ thuật Logic mờ. V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu mô tả qua cách tính điểm số trung bình, các tiêu chuẩn đánh giá, số liệu đánh giá của Bộ Giáo dục & Đào tạo và tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, các bài báo khoa học liên quan trong nước và ngoài nước. - Nghiên cứu thực nghiệm để so sánh giữa phương pháp hiện tại và phương pháp có sử dụng kỹ thuật Logic mờ. VI. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Để thực hiện đề tài này người nghiên cứu tiến hành thực hiện qua ba giai đoạn chính: 1. Giai đoạn 1 - Thu thập tài liệu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp đánh giá - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về sử dụng kỹ thuật Logic mờ trong đánh giá người học qua điểm số. 2. Giai đoạn 2 - Viết và chỉnh sửa cơ sở lý luận - Xây dựng các tiêu chí đánh giá bằng kỹ thuật Logic mờ - Xây dựng công cụ đánh giá - Tiến hành tính toán điểm số trung bình bằng công cụ để cho điểm số quá trình của môn học Lập trình Visual Basic và đánh giá sinh viên năm nhất [3]