CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài Thực tế đã chứng minh rằng Kinh tế Tri thức (KTTT) đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn phát triển mới của lực lượng sản xuất xã hội. Để thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, việc phát triển KTTT được coi là một yếu tố không thể thiếu, nhất là trong thời đại Công nghiệp 4. Mỗi quốc gia cần tập trung vào phát triển giáo dục, đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin vào nền kinh tế - xã hội. Ở Việt Nam, quan điểm và định hướng phát triển giáo dục đã được thể hiện rõ trong Nghị quyết số 29-NQ/TW, đặt giáo dục và đào tạo là "ưu tiên hàng đầu" và coi đầu tư vào giáo dục là đầu tư cho sự phát triển.
Đổi mới và toàn diện giáo dục theo nhu cầu phát triển xã hội cũng được nhấn mạnh [2]. Nhận thức tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực giáo dục, từ lâu, nhiều quốc gia trên thế giới đã không ngừng đầu tư nghiên cứu phát triển mô hình giáo dục trực tuyến (E-Learning) hay nền tảng công nghệ giáo dục (Edtech - Education Technology). Cho đến những năm gần đây, với sự bùng nổ của internet và di động, mô hình giáo dục mới này trở thành khuynh hướng phát triển tất yếu của nhiều nước trên thế giới, hấp dẫn nhiều nhà đầu tư và chỉ xếp sau lĩnh vực công nghệ tài chính (Fintech) và thương mại điện tử (E-Commerce) [3]. Đặc biệt, đại dịch Covid-19 đã thúc đẩy nhu cầu dạy và học trực tuyến lên tầm cao chưa từng có, khi yêu cầu về giãn cách xã hội và hạn chế di chuyển trở nên cấp thiết.
Do đó, thị trường Edtech ngày càng được quan tâm và phát triển sôi nổi. Mô hình Edtech tại Việt Nam được xem là có tiềm năng phát triển lớn, đặc biệt trong bối cảnh chính phủ đẩy mạnh chính sách Công nghệ thông tin và Trí tuệ nhân tạo. Việc sử dụng công nghệ trong giáo dục không chỉ giúp tăng cường chất lượng giảng dạy mà còn giải quyết một số vấn đề cấp thiết như thiếu hụt giáo viên, khó khăn 1 trong việc tiếp cận giáo dục chất lượng ở các vùng sâu, vùng xa. Tại Việt Nam, một trong những công ty nổi bật trong lĩnh vực Edtech là NativeX, một nền tảng giáo dục trực tuyến được thành lập với mục tiêu cung cấp các khóa học tiếng Anh thông qua mô hình lớp học tương tác trực tuyến với giáo viên (Live Class).
NativeX đã xây dựng một hệ thống giáo dục trực tuyến đa dạng và phong phú, bao gồm các khóa học và tài liệu học tập trực tuyến, nền tảng học tập trực tuyến, ứng dụng di động và các công nghệ khác để tạo ra một môi trường học tập hiệu quả và tiện ích cho người dạy và người học. Trong mô hình giảng dạy trực tuyến của công ty NativeX, ta nhận thấy mô hình này có nhiều đặc điểm tương tự với mô hình truyền thống của trường học, với việc diễn ra các lớp học tương tác giữa giáo viên và học viên trong không gian ảo và có thời gian xác định. Mà khi nhắc đến trường học, một trong những thách thức quan trọng và tốn nhiều thời gian và công sức của bộ phận quản lý là việc xếp thời khoá biểu. Vấn đề này đã thu hút sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực giáo dục, đặc biệt là trong kỷ nguyên của công nghệ thông tin, nơi sức mạnh tính toán của máy tính đã phát triển mạnh mẽ, tạo điều kiện cho việc áp dụng giải pháp tự động cho bài toán xếp thời khoá biểu trong giáo dục.
Theo các nghiêu cứu đã thực hiện [4][5], bài toán xếp thời khoá biểu trong giáo dục là bài toán NP-hard và có nhiều dạng biến thể, bao gồm xếp thời khoá biểu cho trường phổ thông (high school timetabling), xếp lịch thi (examination timetabling), xếp thời khoá biểu cho trường đại học (course timetabling) và nhiều loại hình khác. Sự đa dạng và phức tạp của bài toán này đã tạo ra một thách thức lớn, khiến cho việc tìm ra một giải pháp tối ưu cho bài toán xếp thời khoá biểu trong giáo dục nói chung vẫn chưa có sẵn, mà cần phụ thuộc vào từng bài toán xếp thời khoá biểu cụ thể của từng đơn vị đào tạo. Bài toán xếp thời khoá biểu giảng dạy trực tuyến của NativeX mang đến nhiều đặc thù so với mô hình truyền thống trong ngành giáo dục. Điển hình là không gắn liền với yêu cầu về cơ sở vật chất và số lượng phòng học, mà thay vào đó, tập trung vào khả năng đáp ứng cho quy mô học viên lớn và tần suất đổi mới thời khoá biểu liên tục trong khoảng thời gian ngắn, thường là hàng tuần.
Quy trình xếp thời khoá biểu 2 tại NativeX đòi hỏi tuân thủ nhiều ràng buộc nhằm tối ưu chi phí vận hành và nhân lực, đồng thời đảm bảo đáp ứng kịp thời nhu cầu học tập linh hoạt của học viên. Tuy nhiên, việc thực hiện xếp thời khoá biểu bằng phương pháp thủ công vẫn gặp phải nhiều hạn chế, gồm sự chồng chéo công việc, tốn thời gian, nhân lực và vật lực, dễ dẫn đến sai sót và khó đối chiếu. Nhận thức được những khó khăn và thách thức mà công ty NativeX đang đối mặt trong quy trình xếp thời khoá biểu, ban lãnh đạo đã nhìn nhận tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ vào công việc này. Dù đã tiến hành cải tiến quy trình xếp thời khoá biểu thông qua việc áp dụng một số công nghệ thông tin, nhưng vẫn chưa thể hoàn toàn khắc phục những hạn chế của phương pháp thủ công.
Với mục tiêu cải tiến quy trình xếp thời khoá biểu tại NativeX và xây dựng một hệ thống quản lý thời khoá biểu hỗ trợ việc tự động xếp thời khoá biểu bằng thuật toán tối ưu, nghiên cứu này đề xuất một phương pháp tiếp cận áp dụng công nghệ thông tin vào việc tự động hóa quy trình xếp thời khoá biểu tại NativeX. Xuất phát từ các lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Cải tiến quy trình xếp thời khoá biểu giảng dạy cho một công ty Edtech ở Việt Nam” để làm Luận văn thạc sĩ.2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 1.1 Mục tiêu đề tài Mục tiêu cuối cùng của đề tài là phát triển và triển khai một hệ thống quản lý, hỗ trợ xếp thời khoá biểu tại NativeX, nhằm tối ưu hóa quy trình xếp thời khoá biểu cho các lớp học trực tuyến. Để đạt được mục tiêu tổng quát, các mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm: • Nghiên cứu và phân tích yêu cầu và ràng buộc đặc thù trong quá trình xếp thời khoá biểu của NativeX, bao gồm số lượng người học, tần suất xếp thời khoá biểu và yêu cầu linh hoạt. • Nghiên cứu các thuật toán tối ưu và công nghệ liên quan để tự động hoá quy trình xếp thời khoá biểu.
Điều này bao gồm việc khám phá và áp dụng các thuật toán tối ưu như thuật toán di truyền, thuật toán tìm kiếm cục bộ và thuật toán tiến hóa, 3 cùng với các kỹ thuật lập trình tối ưu và học máy. • Xây dựng và triển khai hệ thống quản lý thời khoá biểu tự động tại NativeX, bao gồm các công đoạn như thu thập dữ liệu, mô hình hóa bài toán, triển khai thuật toán tối ưu, và đánh giá hiệu quả của hệ thống. • Đánh giá hiệu quả và tính khả thi của hệ thống thông qua các phép đo và so sánh kết quả xếp thời khoá biểu tự động với quá trình thủ công truyền thống.2 Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ của đề tài là thực hiện các bước nghiên cứu, phân tích, thiết kế và triển khai hệ thống quản lý thời khoá biểu tự động tại NativeX, với mục tiêu cải thiện hiệu quả và tiết kiệm thời gian trong quy trình xếp thời khoá biểu cho các lớp học trực tuyến. Ngoài ra, đề tài cũng nhằm đánh giá và đề xuất các cải tiến tiềm năng cho hệ thống trong tương lai để đáp ứng mục tiêu nâng cao chất lượng và linh hoạt trong giảng dạy trực tuyến.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu cho đề tài này là quy trình xếp thời khoá biểu tại công ty Công nghệ Giáo dục NativeX Việt Nam.
Các cá nhân và nhóm liên quan đến quy trình này bao gồm: • Nhân viên phụ trách: Những người đảm nhiệm vai trò quản lý và xây dựng thời khoá biểu cho giáo viên và học viên. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc nắm bắt nhu cầu của nhân viên quản lý và phân tích các thách thức mà họ đang gặp phải trong quá trình xếp thời khoá biểu. • Nhân viên kỹ thuật: Các nhân viên kỹ thuật chịu trách nhiệm phát triển và duy trì hệ thống liên quan đến nghiệp vụ xếp thời khoá biểu của công ty. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc tìm hiểu quy trình kỹ thuật hiện tại, những hạn chế và đề xuất cải tiến từ góc độ công nghệ và quản lý hệ thống.
• Nhân viên phân tích dữ liệu: Những nhân viên thực hiện việc phân tích dữ liệu 4 liên quan đến hiệu quả thời khoá biểu. Nghiên cứu có thể tìm hiểu cách nhân viên phân tích dữ liệu hiện đang xử lý và phân tích dữ liệu nhằm hỗ trợ trong quá trình xếp thời khoá biểu, những khó khăn và hạn chế mà họ gặp phải. Ngoài ra còn các đối tượng khác cần quan tâm như thành phần tin học liên quan: hệ quản trị cơ sở dữ liệu, ngôn ngữ lập trình Python, ReactJS, HTML, CSS; các giải thuật liên quan đến bài toán tối ưu đa mục tiêu.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài sẽ tập trung vào việc phát triển và triển khai hệ thống quản lý, hỗ trợ xếp thời khoá biểu cho lớp học trực tuyến tại NativeX. Phạm vi không gian: đề tài sẽ tập trung vào NativeX và các hoạt động xếp thời khoá biểu trong hệ thống giảng dạy trực tuyến của công ty.
Phạm vi thời gian: • Hiện tại: Đề tài sẽ phân tích và đánh giá quy trình xếp thời khoá biểu hiện tại của công ty NativeX, bao gồm các phương pháp, công cụ và quy trình sử dụng trong thời gian gần đây. • Tương lai: Đề tài sẽ đề xuất các cải tiến và phương pháp tối ưu hóa cho quy trình xếp thời khoá biểu trong tương lai. Đề xuất này sẽ xem xét những thay đổi và cải tiến có thể được áp dụng trong công ty NativeX để tạo ra một quy trình xếp thời khoá biểu linh hoạt và hiệu quả hơn.