I. Vì sao cần Ma trận kiến thức

Ma trận kiến thức hay Phạm vi kiến thức là một khái niệm rất quan trọng trong mô hình các phần mềm Ngân hàng câu hỏi kiểm tra. Điều này là hiển nhiên vì mục đích chính của mọi Ngân hàng câu hỏi là thiết lập được các đề kiểm tra kiến thức môn học cho học sinh một cách tự động, nhanh nhất và thuận tiện nhất. Do vậy mọi Ngân hàng câu hỏi phải liên kết và gắn chặt với các phạm vi kiến thức tương ứng của các câu hỏi trong ngân hàng này.

Giữa các câu hỏi và phạm vi kiến thức phải có một quan hệ chặt chẽ. Mỗi câu hỏi trong CSDL ngân hàng câu hỏi phải tương ứng với duy nhất một chủ đề kiến thức nào đó trong Ma trận kiến thức. Do vậy một vấn đề đặt ra là cách tổ chức thông tin của các chủ đề kiến thức này như thế nào.

Như sơ đồ trên đã chỉ ra toàn bộ thông tin kiến thức đóng vai trò là thông tin tham chiếu cho các câu hỏi lưu trữ trong một CSDL ngân hàng câu hỏi.

Thông thường với đa số các phần mềm ngân hàng câu hỏi hiện có trên thị trường, phạm vi kiến thức thường được mô tả bởi một dãy kiến thức (ma trận kiến thức 1 chiều). Cách làm này khá đơn giản và cũng dễ hiểu. Tuy nhiên trên thực tế phạm vi kiến thức thường được tổ chức khá phức tạp và mô hình dãy kiến thức trên không thỏa mãn được nhu cầu thực tế của các ngân hàng câu hỏi.

Sau đây tôi sẽ cùng các bạn tìm hiểu sâu hơn về mô hình Ma trận kiến thức của phần mềm iQB, một mô hình tuy tương đối phức tạp nhưng rất phù hợp với thực tế hiện nay và có khả năng mở rộng trong tương lai. Mô hình phạm vi kiến thức của phần mềm iQB thỏa mãn 2 điều kiện sau:

- Là một mô hình thông tin dạng cây. Như vậy các chủ đề kiến thức được phép xây dựng theo một cấu trúc cây hoàn toàn mở, không hạn chế số cành cây được tạo, do đó đáp ứng được mọi nhu cầu xây dựng của tập hợp các chủ đề kiến thức này.

- Có thể được thể hiện bằng hình cây hoặc bằng bảng 2 chiều như một ma trận thông tin. Với đặc tính này, bảng ma trận kiến thức có thể in ra trên khổ giấy bình thường và mọi người đều xem và hiểu được.

II. Các đối tượng và khái niệm liên quan đến ma trận kiến thức

Mỗi CSDL ngân hàng câu hỏi sẽ tương ứng với một phạm vi kiến thức nhất định của một hoặc một số môn học nào đó. Toàn bộ thông tin liên quan đến kiến thức của các câu hỏi trong CSDL hiện thời được gọi là Ma trận Kiến thức.

Ví dụ: Nếu ta có một CSDL ngân hàng câu hỏi môn Vật lý lớp 9, khi đó Ma trận kiển thức tương ứng của CSDL này là chương trình học môn Vật lý của khối 9, THCS.

Chú ý quan trọng: Ma trận kiến thức trong mô hình phần mềm iQB hoàn toàn không có liên quan gì đến Chương trình môn học của các môn học tương ứng trong nhà trường phổ thông do Bộ Giáo dục & Đào tạo ban hành. Ma trận kiến thức hoàn toàn do người thiết kế và là tác giả của CSDL tạo ra nhằm mục đích phục vụ cho các đối tượng của CSDL này. Ví dụ cùng là CSDL Ngân hàng câu hỏi môn Toán 12, nhưng có thể có các đối tượng người dùng và mục đích khác nhau (ví dụ phục vụ thi tốt nghiệp, phục vụ thi đại học, phục vụ cho học chuyên sâu, ...) thì Ma trận kiến thức của các CSDL này sẽ hoàn toàn khác nhau.

Trong phần mềm iQB, khái niệm Phạm vi kiến thức câu hỏi liên quan đến 2 loại dữ liệu sau:

1. Chủ đề kiến thức.

2. Kỹ năng câu hỏi.

Như vậy mỗi câu hỏi trong phần mềm iQB sẽ được gán với 2 loại thông tin: chủ đề kiến thức và kỹ năng câu hỏi. Ta sẽ lần lượt

2.1. Chủ đề kiến thức

Toàn bộ phạm vi kiến thức của các câu hỏi trong CSDL được chia thành các Chủ đề kiến thức (Knowledge Topic) nhỏ. Mỗi câu hỏi sẽ tương ứng bắt buộc với 01 chủ đề kiến thức cụ thể. Danh sách các chủ đề kiến thức được tổ chức theo mô hình cây và được thể hiện trên màn hình hoặc dưới dạng một bảng (gọi là Ma trận kiến thức) hoặc dưới dạng một cây thông tin.

Mô hình bảng ma trận kiến thức: mỗi ô trong bảng trên thể hiện một chủ đề kiến thức cụ thể. Ta cần chú ý và phân biệt thông tin chủ đề kiến thức trên lưới và thông tin trên các cột tiêu đề. Trong phần sau của bài viết sẽ phân biệt rõ sự khác nhau giữa hai loại thông tin này.

Mô hình cây của ma trận kiến thức.

2.2. Kỹ năng câu hỏi

Mỗi câu hỏi cũng sẽ tương ứng (không bắt buộc) với một kỹ năng học tập nhất định mà câu hỏi này muốn kiểm tra. Danh sách các kỹ năng câu hỏi đuợc lưu trữ trong CSDL như một bảng thông tin một chiều. Các ví dụ về kỹ năng có thể là: kỹ năng tính toán, kỹ năng suy luận, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng nghe, kỹ năng đọc hiểu, kỹ năng vận dụng.

III. Mô hình thông tin của bảng Ma trận kiến thức

Để hiểu rõ các khái niệm liên quan đến Ma trận kiến thức chúng ta hãy cùng nhau xem xét kỹ một mô hình kiến thức cụ thể: chương trình môn Toán cho học sinh Tiểu học.

3.1. Chủ đề kiến thức lõi và chủ đề kiến thức tiêu đề

Trên lưới chính của bảng trên là danh sách các chủ đề kiến thức cụ thể của ma trận kiến thức.

- Các thông tin ghi trên các ô nằm trên các hàng tiêu đề của bảng được gọi là Tiêu đề kiến thức hay Chủ đề kiến thức mức tiêu đề. Thông tin Tiêu đề của Ma trận kiến thức có mô hình tương tự cấu trúc cây thư mục như hình dưới đây:

Tuy nhiên cấu trúc này có những ràng buộc nhất định có liên quan đến các chủ đề kiến thức mức lõi chúng ta sẽ xem xét ngay dưới đây.

- Thông tin nằm trong các ô phía dưới (vùng data) của bảng chính là các chủ đề kiến thức lõi của Ma trận kiến thức. Mỗi câu hỏi trong CSDL sẽ phải tương ứng với duy nhất 01 chủ đề kiến thức lõi này.

Hình sau cho ta nhìn rõ các chủ đề kiến thức lõi nằm trong các tiêu đề kiến thức như thế nào:

Quan hệ giữa chủ đề kiến thức lõi chủ đề kiến thức tiêu đề được qui định như sau trong phần mềm iQB.

- Mỗi chủ đề lõi phải nằm trong 01 tiêu đề kiến thức.

- Mỗi tiêu đề kiến thức đều có thể chứa nhiều chủ đề kiến thức lõi.

- Chủ đề kiến thức tiêu đề có thể chứa các chủ đề tiêu đề con nhưng với điều kiện: chủ đề này không chứa bất cứ chủ đề kiến thức lõi nào. Hay nói cách khác, một tiêu đề kiến thức trong bảng Ma trận kiến thức sẽ được phép chứa các tiêu đề con khi và chỉ khi nó không chứa bất cứ chủ đề lõi nào. Tính chất này được đưa ra để đảm bảo cho việc có thể hiện Ma trận kiến thức dưới dạng một bảng 2 chiều trong đó các chủ đề tiêu đề sẽ nằm trên các hàng tiêu đề của bảng, các chủ đề lõi sẽ nằm trong vùng dữ liệu của bảng.

Các qui định trên liên quan đến chủ đề kiến thức vừa mô tả tính chất cây của các chủ đề kiến thức, vừa đảm bảo khả năng thể hiện Ma trận kiến thức trong một bảng hai chiều thông thường như chúng ta vừa nhìn thấy.

3.2. Phạm vi hệ thống và mức của phạm vi

Trên Ma trận kiến thức vùng các cột tiêu đề bên trái được gọi là Phạm vi kiến thức của Ma trận. Thông thường đây là vùng thông tin phạm vi, giới hạn không gian, thời gian của các chủ đề kiến thức. Ví dụ về phạm vi kiến thức có thể là khối lớp - lớp học - học kỳ.

- Số cột của vùng phạm vi kiến thức được gọi là số mức (level) phạm vi. Số mức phạm vi của mỗi bảng Ma trận kiến thức phải tối thiểu là 1 và tối đa là 3. Các phạm vi kiến thức nằm tại cột thứ nhất gọi là các phạm vi mức 1. Tương tự ta có các phạm vi kiến thức mức 2 hoặc 3 tương ứng.

- Tên của vùng phạm vi kiến thức nằm trên hàng tiêu đề được gọi là Phạm vi Hệ thống. Như vậy số lượng phạm vi hệ thống chính là số mức hệ thống của phạm vi kiến thức. Ví dụ với mức = 2 ta có thể có các phạm vi hệ thống là Lớp, Học kỳ.

3.3. Phạm vi kiến thức chi tiết

Tên các phạm vi kiến thức phía dưới nằm trong vùng Data được gọi là Phạm vi chi tiết hay Phạm vi kiến thức cụ thể tương ứng.

Tương ứng với mỗi mức phạm vi kiến thức có thể nhập và khởi tạo nhiều phạm vi chi tiết. Quan hệ giữa các phạm vi chi tiết với các mức khác nhau được thiết kế theo mô hình lồng ghép đơn giản như sau: mỗi phạm vi kiến thức mức k-1 sẽ chứa đầy đủ tất cả các phạm vi kiến thức mức k.

Hình ảnh sau mô tả một mô hình 3 mức Phạm vi của Ma trận kiến thức.

- 3 mức phạm vi hệ thống là: Lớp, Học kỳ, Tuần.

- Tương ứng với mức 1 có 2 phạm vi chi tiết là 11, 12.

- Tương ứng với mức 2 có 2 phạm vi chi tiết là 1, 2.

- Tương ứng với mức 3 có 2 phạm vi chi tiết là 1, 2.

Như vậy nếu gọi P1, P2, P3 là số lượng phạm vi kiến thức chi tiết của mức 1, 2, 3 tương ứng thì số hàng dữ liệu của Ma trận kiến thức sẽ bằng P1x P2 x P3.

3.4. Quan hệ giữa Chủ đề kiến thức và Phạm vi kiến thức

Phần mềm iQB có qui định như sau về quan hệ giữa chủ đề kiến thức và phạm vi trong Ma trận kiến thức:

- Mỗi chủ đề kiến thức lõi phải nằm trong (hay có liên quan đến) một phạm vi kiến thức ở mức cao nhất.

- Khi đã gán với tối thiểu một chủ đề kiến thức lõi thì phạm vi kiến thức tương ứng sẽ không thể xóa và không thể khởi tạo thêm các mức phạm vi kiến thức cao hơn.

- Toàn bộ thông tin phạm vi kiến thức cần được khởi tạo trước khi nhập chủ đề kiến thức.

IV. Khả năng áp dụng thực tế

Với cách thiết kế và xây dựng Ma trận kiến thức như trên khả năng áp dụng thực tế của mô hình Ngân hàng câu hỏi của phần mềm iQB là rất đa dạng. Một CSDL ngân hàng câu hỏi trong iQB có thể là một phần kiến thức chuyên sâu của một môn học, cũng có thể là toàn bộ kiến thức môn học của một khối lớp, cũng có thể là tập hợp các môn học ghép lại trong một CSDL. Phần mềm có thể được dùng trong các nhà trường phổ thông hoặc cao đẳng, đại học. Sau đây là một vài gợi ý cho việc ứng dụng và áp dụng phần mềm iQB trên thực tế.

- Nếu người sử dụng iQB là một giáo viên dùng với mục đích cá nhân, giáo viên này có thể tạo cho mình một CSDL duy nhất, trong đó lưu trữ các câu hỏi theo nhiều môn học khác nhau mà giáo viên này phụ trách. Ví dụ giáo viên dạy các môn Toán 8, Lý 9. Khi đó giáo viên này sẽ tạo cho mình một CSDL các câu hỏi nằm trong cả môn Toán và Vật lý. Ma trận kiến thức sẽ bao gồm 2 tiêu đề chính là Toán, Lý. Các chủ đề kiến thức lõi sẽ thuộc phạm vi của môn Toán và Lý tương ứng.

- Một CSDL của phần mềm có thể là toàn bộ các câu hỏi phục vụ học tập và kiểm tra của một môn học nào đó dùng trong nhà trường. Đây là trường hợp phần mềm do một nhà trường mua và sử dụng. Ví dụ một trường THPT sở hữu phần mềm iQB, khi đó nhà trường sẽ tạo ra cho mỗi môn học một CSDL. Ví dụ CSDL ngân hàng câu hỏi môn Địa lý sẽ bao gồm toàn bộ phần kiến thức môn Địa từ lớp 10 đến 12 và được dùng trong toàn trường.

- Một ví dụ khác: phần mềm iQB được sử dụng trong một bộ môn của một nhà trường Cao đẳng hoặc Đại học nào đó. Khi đó bộ môn này sẽ chỉ cần khởi tạo một CSDL chứa tất cả các câu hỏi liên quan đến các môn học do bộ môn này đảm nhiệm. Cũng có thể bộ môn sẽ khởi tạo cho mỗi môn học một CSDL và giao nhiệm vụ nhập câu hỏi cho các giáo viên phụ trách môn học này.

Tóm lại phần mềm iQB không hạn chế cứng cách sử dụng trên thực tế. Các nhà trường và giáo viên có toàn quyền chủ động để áp dụng vào mô hình của mình một cách hợp lý nhất.

Bùi Việt Hà