ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


HUỲNH PHAN DIỆU HIỀN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH LỚP HỌC ẢO
CHO PHÒNG HỌC TRỰC TUYẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Mã số: 60 48 02 01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Đàm Quang Hồng Hải

TP HỒ CHÍ MINH – Năm 2017

1


XÁC NHẬN CỦA ĐƠN VỊ
ỨNG DỤNG SẢN PHẨM

2


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến quí thầy cô bộ môn Khoa
Học và Kỹ Thuật Thông Tin của trường Đại học Công Nghệ Thông Tin - Đại Học
Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên

Mục lục

Mục lục
ỨNG DỤNG SẢN PHẨM ..........................................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................7
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................9
Tình hình chung .......................................................................................................9
Tính khoa học và tính mới của đề tài.....................................................................11
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..............................................................12
1.1.

Sự phát triển các hệ thống Đào tạo trực tuyến ............................................13

1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................15

1.3.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước:...............................................................19

2.1.

Công nghệ truyền thông ảo: ........................................................................22

2.1.1. Tổng quan: ................................................................................................22
2.1.2. Công nghệ hội thảo trực tuyến (Video Conferencing) ............................22
2.1.3. Khái niệm lớp học ảo: ..............................................................................24
2.1.4. Các đặc tính của lớp học ảo: ....................................................................24

3.2.

Mô hình lớp học ảo cho phòng học trực tuyến ............................................47

3.3.

Thiết kế lớp học ảo trực tuyến .....................................................................48


Mục lục

3.4.

Mô hình truyền thông Client/Server ............................................................51

4.1.

Chức năng phát hiện người học rời khỏi vị trí (màn hình camera) [12] ........53

4.2.

Chức năng của phân hệ giáo viên: ...............................................................58

4.3.

Chức năng của phân hệ học sinh .................................................................60

4.4.

Hiện thực lớp học ảo với mô phỏng hoạt động của người học ...................66


Nội dung

CNTT&TT

Công nghệ thông tin và truyền thông

3


Danh mục các thuật ngữ anh việt

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ ANH VIỆT
Chữ viết tắt

Nội dung

E-Learning

Dạy học trực tuyến

Synchronous Learning

Học đồng bộ

Virtual communication
technology

Công nghệ truyền thông ảo


Cơ chế dự phòng ( đảm bảo lớp học không
bị gián đoạn)

Live Tech support

Hỗ trợ kỹ thuật trực tuyến

Mursion

Môi trường đào tạo ảo

Online classroom

Lớp học trực tuyến

HTML

HyperText Markup Language

4


Danh mục các thuật ngữ anh việt

WebRTC

Web Real-Time Communications

5


Hình 12: Lớp học ảo dạng mô phỏng bằng đồ họa ...................................................26
Hình 13: Hình ảnh lớp học ảo mô phỏng dạng 2D ...................................................27
Hình 14: Hình ảnh lớp học ảo mô phỏng dạng 3D ...................................................27
Hình 15: Hình ảnh lớp học ảo mô phỏng dạng 3D ...................................................28
Hình 16: Kiến trúc WebRTC ....................................................................................30
Hình 17: Mô hình hoạt động của giao thức RTMP...................................................38
Hình 18: Minh họa khái niệm phân vùng (scope) trong RED5 ...............................41
Hình 19: Quan sát hành vi học sinh của người Hàn .................................................43
Hình 20: Quan sát hành vi học sinh của người Mỹ...................................................44
Hình 21: Quan sát hành vi học sinh của người Canada ............................................44
Hình 22: Quan sát hành vi học sinh của người Singapore ........................................45
Hình 23: Quan sát hành vi học sinh của người Việt Nam (Dự giờ) .........................45
Hình 24: Kỹ thuật quan sát hành vi của học sinh từ xa ............................................46
Hình 25: Mô hình lớp học ảo cho giảng dạy trực tuyến ...........................................48
Hình 26: Các màn hình giao diện lớp học ảo cho giáo viên trước và sau 10s ..........50
Hình 27: Mô hình truyền thông Client/Server giữa phần mềm của giáo viên và
người học trực tuyến với Server ................................................................................52
Hình 28: Hình ảnh học sinh khi ngồi trong lớp học ..................................................54
Hình 29: Hình ảnh học sinh khi ngồi trong lớp học (trạng thái nghiêng phải) .........55
Hình 30: Hình ảnh học sinh khi ngồi trong lớp học (trạng thái nghiêng trái) ..........56
Hình 31: Đồng bộ trạng thái giữa giao diện SV và GV thông qua Server................56
Hình 32: Giao diện GV và HS khi học sinh tạm rời khỏi ví trí ................................57
Hình 33: Hình ảnh minh họa motion tracking ..........................................................58
Hình 34: Giao diện lớp học ảo trên màn hình người học trực tuyến với ..................59
Hình 35: Màn hình giáo viên khi đăng nhập .............................................................59
Hình 36: Vùng chiếu bài giảng ( giao diện học sinh) ...............................................60
7


Danh mục các hình vẽ, đồ thị

nhiều năm và đặc biệt có rất nhiều sản phẩm được đưa ra trong 10 năm gần
đây [3]. Hiện đang có nhiều các công cụ đã được xây dựng phục vụ cho việc
tổ chức các lớp học trực tuyến như các công nghệ hội nghị truyền hình
(Video Conferencing), gặp mặt trực tuyến (Online Meeting), hội nghị trên
Web (Web conferencing)… được đưa ra nhằm thực hiện những yêu cầu khác
nhau của người dùng. Trên thế giới, số lượng các trường học và công ty sử
dụng công nghệ phòng học trực tuyến cho các lớp học của mình là khá lớn,
ví dụ như sản phẩm Gotomeeting của công ty Citix tại Hoa Kỳ hiện có hơn
300 ngàn cơ quan, doanh nghiệp sử dụng với hơn 50 triệu người dùng trên
toàn cầu [4].
Theo Cyber Universities, gần 90% trường ĐH tại Singapore sử dụng phương
pháp đào tạo trực tuyến và ở Mỹ con số này là hơn 80%. Tại Việt Nam, đào

9


Mở đầu

tạo trực tuyến đang trở thành một xu hướng mới hứa hẹn sẽ tạo ra bước đột
phá trong giáo dục.
Các hệ thống trực tuyến có thể được triển khai dưới nhiều cấp độ khác nhau,
trong đó lớp học ảo được xem là cấp độ cao nhất trong Online Learning. Ở
cấp độ này, mô hình tương tác giữa giáo viên và người học trực tuyến được
xây dựng dựa trên một lớp học truyền thống, được mô phỏng lại dưới dạng
đồ họa có hình ảnh, âm thanh, các giao thức truyền tải thông tin, dữ liệu lên
lớp học ảo. Do đó, việc lựa chọn nghiên cứu xây dựng mô hình lớp học ảo
cho phòng học trực tuyến là rất cần thiết, hướng đến một E-learning hoàn
thiện hơn. Qua đó nâng cao chất lượng phục vụ người học là một vấn đề rất
cần thiết không chỉ ở Việt nam mà còn trên thế giới. Trong [5], các chuyên
gia trong lĩnh vực này đã nghiên cứu một giải pháp xây dựng lớp học trực


-

Đề tài hiện thực hóa các mối quan hệ mà một lớp học truyền thống có
bằng cách tích hợp một module nhận dạng hành vi của người học qua
camera.

-

Đề tài xây dựng các mô hình trao đổi dựa trên giao thức truyền tải dữ
liệu, thông tin giữa những người sử dụng với nhau.

 Tính mới:
Hiện nay lớp học trực tuyến đã được ứng dụng rộng rãi, các lớp học trực
tuyến gần như có đầy đủ các chức năng, tuy nhiên cái mới ở đây là các tương tác
giữa người dạy với người học, hành vi của người học trong lớp (cười, nghiêng đầu,
chớp mắt,…) được thể hiện một cách đầy đủ hơn.
Ngoài ra, một số hành vi như: sự có mặt, sự nghiêng đầu,…sẽ được nhận
dạng trực tiếp từ camera, điều này có thể giúp cho giáo viên nhận biết được hoạt
động của học sinh, quản lý lớp học dễ dàng hơn.
Đề tài thành công sẽ dần hoàn thiện phương pháp giảng dạy trực tuyến, thu
hút thêm nhiều đối tượng người học, hình ảnh đồ họa được xem là một yếu tố quan
trọng trong mô hình tương tác giữa giáo viên và học sinh, tiếp theo đó là chất lượng
âm thanh cũng không kém phần.
Đề tài thành công sẽ được thử nghiệm tại lớp học trực tuyến của Trung tâm
phát triển công nghệ thông tin – Đại học công nghệ thông tin và có thể được ứng
dụng cho bất kỳ lớp học nào.

11



Sự phát triển các hệ thống Đào tạo trực tuyến

Với sự phát triển của công nghệ Mạng – Viễn thông, người dùng đã có thể truy cập
từ xa thông qua nhiều loại thiết bị khác nhau như máy tính xách tay, thiết bị cầm tay
di động, máy tính kết nối với hệ thống qua mạng Internet hay mạng không dây với
thông lượng khá cao.

Hình 1: Lớp học trực tuyến sử dụng công nghệ Video Conferencing

Hình 2: Giao diện hệ thống hội họp, giảng dạy trực tuyến WebEx của hãng Cisco
13


Chương 1: TỔNG QUAN

Bên cạnh các lớp học trực tuyến thường dùng các công nghệ Video Conferencing
qua các kênh thuê bao riêng như các lớp học giữa các đảo ở bang Hawaii - Hoa kỳ,
xem hình 1, thì hiện nay người học có thể tham gia lớp học trực tuyến qua Internet
bằng những kỹ thuật IP Video Phone trên mạng Internet với thời gian thực (realtime). Việc nghiên cứu các giao thức truyền dữ liệu với thời gian thực (Real-time
Protocols để xây dựng ứng dụng lớp học trực tuyến đang được nhiều nhóm nghiên
cứu quan tâm và có nhiều kết quả khả quan. Một số nhóm nghiên cứu có nhiều kết
quả trong lĩnh vực này có thể kế đến là nhóm TLCNETGRP tại University of Pisa Italia, nhóm ISNRG tại University of Plymouth - Anh, nhóm nghiên cứu về mạng
trong Lawrence Berkeley National Laboratory - Hoa Kỳ, nhóm nghiên cứu xử lý tín
hiệu số tại Western Australian Telecommunications Research Institute - Australia.
Một trong những dịch vụ rất được quan tâm nghiên cứu và phát triển là dịch vụ lớp
học trực tuyến (online classroom) với công nghệ IP Video Phone mà qua đó các học
viên và giáo viên có thể trông thấy nhau, có thể chia sẻ màn hình máy tính hay bảng
trắng (Whiteboard) trong những tình huống gần giống như là đang học trong một
lớp học trực tiếp. Các hệ thống họp, giảng dạy trực tuyến (online meeting, online

truyền thông như công nghệ IP Video Phone đang phát triển rất nhanh chóng.
Tại Việt nam, hệ thống đào tạo từ xa qua mạng bước đầu đã được phát triển trong
các trường Đại học trên cả nước như là hệ thống hỗ trợ học tập cho các hệ đào tạo
khác nhau. Đặc biệt riêng tại TP Hồ Chí Minh đã có một số trường Đại học có các
hệ đào tạo từ xa qua mạng như trường Đại học Công nghệ Thông tin, trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Học viện Bưu chính Viễn thông. Trong các hệ thống đào
tạo từ xa qua mạng thì phần mềm mã nguồn mở Moodle (Modular Object-Oriented
Dynamic Learning Environment) được sử dụng khá rộng rãi trong việc phát triển
nội dung, xây dựng giáo án điện tử, quản trị học viên … Tuy nhiên nhiều hệ thống
đào tạo từ xa qua mạng đưa vào sử dụng chủ yếu mới là các hệ thống quản lý học
tập như: quản lý học viên , giáo viên, môn học, khoá học, cung cấp diễn đàn, cung
cấp tài liệu (dạng văn bản hay video) còn các hệ thống lớp học trực tuyến còn chưa
nhiều và việc triển khai còn có nhiều hạn chế.

Hình 3: Một hệ thống lớp học trực tuyến với công nghệ IP Video Phone,
việc chuyển màn hình do giảng viên hay người phụ giảng điều khiển

15


Chương 1: TỔNG QUAN

Việc thiết kế các lớp học trực tuyến còn chưa được quan tâm nhiều cả về lĩnh vực
nghiên cứu công nghệ lẫn triển khai ứng dụng nhưng cũng đã có một số hệ thống sử
dụng công nghệ IP Video Phone được đưa vào hoạt động, xem hình 3. Tuy nhiên
có một điểm làm hạn chế chất lượng đào tạo nếu chỉ triển khai đào tạo từ xa là còn
thiếu nhiều chức năng hỗ trợ tương tác trực tiếp giữa giảng viên và học viên từ xa.
Tại thời điểm này, người dùng có thể mua phần mềm và phần cứng để cài đặt riêng
hệ thống của mình. Các hệ thống phần cứng của các hãng LifeSize, Polycom, Aver
được đánh giá cao, ngoài ra người dùng cũng có thể lựa chọn cài đặt các phần mềm

quen giảng dạy trong những phòng học thông thường sẽ làm ảnh hưởng đến việc sử
dụng phòng học trực tuyến.
 Các website học trực tuyến
o Học tiếng anh (vd: tienganh123)
o Học các môn THCS, THPT (vd: violet)
o Nhận xét: các website dạng này thì học trực tuyến theo ý nghĩa là tự
học, dựa trên kho học liệu sẵn có và theo các hướng dẫn, cũng có sự
tương tác với giáo viên nhưng theo hình thức gửi và nhận thông tin
qua email, có trao đổi bằng hình thức chat, chưa có”live”.
 Các website đào tạo hệ từ xa qua mạng
o Trường Đại học KHTN
o Trường Đại học CNTT
o Nhận xét: hình thức học trực tuyến này tương tự như học trên lớp, tại
thời điểm bắt đầu học thì có một số bạn có thể đến lớp để học, một số
bạn ở xa không thể đến lớp thì kết nối vào hệ thống từ xa này, và học,
17


Chương 1: TỔNG QUAN

nhận được tài liệu, thấy được giáo viên giảng bài qua hệ thống truyền
tải dữ liệu, âm thanh và giọng nói theo thời gian thực. Sau khi kết thúc
buổi giảng, bài giảng được ghi hình và ghi âm tải lên kho học liệu để
cho các bạn không đến lớp, không tham gia buổi giảng trực tuyến có
thể download tài liệu về.
 Điểm chung của các hệ thống này là học sinh và giáo viên có thể thấy được
hình ảnh của nhau thông qua webcam, học sinh chỉ thấy được hình ảnh bằng
webcam của các bạn và giáo viên khi tham gia thảo luận nhóm, hay phát
biểu, trao đổi với giáo viên.


trực tuyến thương mại như WebCT, BlackBoard, Docent, Moodle được đánh giá
cao.
Với việc phát triển của Internet, ứng dụng truyền Video/Audio như phần mềm IP
Video Phone thì việc xây dựng các ứng dụng đào tạo trực tuyến cho phép xem hình
ảnh và nghe âm thanh với thời gian thực (Real-time) đang có nhu nhu cầu khai thác
cao trong xã hội.
 Các phần mềm phục vụ giảng dạy/ đào tạo trực tuyến:
o E-three-learning-platform của Timeless Learning Technologies
(TLT)
o Virtual Classroom for LMS của Wiziq
 Chức năng:
o Giao tiếp thời gian thực
o Chia sẻ nội dung
o Chức năng ghi âm
…
 Nhận xét chung: chỉ thấy được hình ảnh người học qua webcam.

20


Chương 1: TỔNG QUAN

Hình 8: Dạy với lớp học ảo (avatar)

21