Tổng quan nghiên cứu

Hiệu quả công tác xếp thời khóa biểu là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động giảng dạy và học tập tại các cơ sở giáo dục đại học. Tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, với quy mô đào tạo hơn 5000 sinh viên và 22 chuyên ngành, việc lập thời khóa biểu gặp nhiều khó khăn do hạn chế về cơ sở vật chất, đặc biệt là số lượng phòng học chỉ hơn 30 phòng lý thuyết và 12 phòng thực hành. Thực trạng xếp thời khóa biểu hiện nay chủ yếu thực hiện thủ công, mất nhiều thời gian và chưa tối ưu trong việc sử dụng nguồn lực phòng học cũng như phân bổ lịch giảng dạy cho giảng viên.

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả công tác xếp thời khóa biểu tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, với mục tiêu tối ưu hoạt động giảng dạy, tăng sự hài lòng của giảng viên và khai thác hiệu quả các nguồn lực đào tạo. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công tác xếp thời khóa biểu trong các học kỳ năm học 2022-2023 tại trường, sử dụng dữ liệu sơ cấp và thứ cấp thu thập từ phòng đào tạo, các khoa và khảo sát giảng viên.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc cải thiện quy trình xếp lịch, giảm thiểu xung đột lịch học, tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và sự hài lòng của đội ngũ giảng viên. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng ứng dụng các giải thuật tối ưu như giải thuật di truyền trong công tác lập thời khóa biểu tại các trường đại học khác trong khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết điều độ (Scheduling Theory): Điều độ là quá trình phân phối hợp lý các nguồn lực có hạn nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động. Trong bối cảnh giáo dục, điều độ liên quan đến việc phân bổ thời gian, phòng học và giảng viên sao cho không xảy ra xung đột và đạt hiệu quả cao nhất.

  • Các phương pháp giải bài toán lập thời khóa biểu: Bao gồm các phương pháp truyền thống như giải thuật vét cạn, giải thuật leo đồi, và các giải thuật hiện đại như giải thuật Tabu-search, giải thuật luyện kim, giải thuật tối ưu đàn kiến (ACO) và giải thuật di truyền (GA). Trong đó, giải thuật di truyền được lựa chọn do khả năng tối ưu toàn cục, phù hợp với bài toán tổ hợp phức tạp và thời gian thực hiện chấp nhận được.

  • Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA): Mô phỏng quá trình tiến hóa tự nhiên, sử dụng các toán tử lai ghép, đột biến, chọn lọc để tìm kiếm lời giải tối ưu hoặc gần tối ưu cho bài toán. GA làm việc trên quần thể các cá thể (lời giải), đánh giá độ thích nghi và tiến hóa qua các thế hệ.

Các khái niệm chính bao gồm: cá thể, nhiễm sắc thể, gen, quần thể, hàm thích nghi, toán tử lai ghép, toán tử đột biến, điều kiện dừng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai nguồn dữ liệu:

  • Dữ liệu thứ cấp: Thu thập từ Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ và Khoa Kinh tế - Quản lý công nghiệp, bao gồm kế hoạch phân công giảng dạy, số lượng lớp học, số lượng phòng học, thống kê số ngày lên lớp của giảng viên.

  • Dữ liệu sơ cấp: Thu thập qua khảo sát mức độ hài lòng của 72 giảng viên về công tác xếp thời khóa biểu, ghi nhận các ý kiến đề xuất cải tiến.

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, phân tích biểu đồ, sơ đồ xương cá để xác định nguyên nhân gây ra các vấn đề trong công tác xếp lịch. Nghiên cứu cũng xây dựng mô hình bài toán lập thời khóa biểu dựa trên giải thuật di truyền, thử nghiệm trên bộ dữ liệu thực tế của trường.

Cỡ mẫu khảo sát là 72 giảng viên, được chọn ngẫu nhiên từ các khoa có liên quan. Phương pháp phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu và biểu diễn kết quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2022 đến tháng 6/2023, bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu lý thuyết, thu thập dữ liệu, phân tích thực trạng, đề xuất giải pháp, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng xếp thời khóa biểu chưa tối ưu: Qua phân tích dữ liệu học kỳ 1 năm học 2022-2023, Khoa Kinh tế - Quản lý công nghiệp mở 42 học phần với 56 lớp học phần, lịch dạy trải đều từ thứ 2 đến thứ 7 với 13 tiết học mỗi ngày. Số ngày lên lớp của giảng viên gần tương đương với số lớp học phần giảng dạy, nghĩa là mỗi giảng viên thường chỉ dạy 2-3 tiết mỗi ngày, dẫn đến lãng phí thời gian và chi phí di chuyển.

  2. Mức độ hài lòng thấp về quy trình và phương pháp xếp lịch: Khảo sát 72 giảng viên cho thấy 50% không hài lòng với quy trình quản lý công tác xếp thời khóa biểu, 24% không hài lòng với phương pháp xếp lịch hiện tại. Chỉ có khoảng 40% giảng viên hài lòng về tốc độ truyền tải thông tin qua các kênh như Zalo.

  3. Giảng viên mong muốn xếp lịch dạy tập trung hơn: 56% giảng viên quan tâm đến việc dạy từ 2 học phần trong một ngày để giảm số ngày lên lớp, tăng hiệu quả sử dụng thời gian.

  4. Nguyên nhân chính gây ra hiệu quả thấp: Phân tích sơ đồ xương cá chỉ ra các nguyên nhân gồm: phương pháp xếp lịch thủ công, thiếu quy trình chuẩn hóa, hạn chế về công nghệ và thiết bị, nhân lực chưa được đào tạo chuyên sâu, và chính sách quản lý chưa phù hợp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công tác xếp thời khóa biểu tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ đang gặp nhiều khó khăn do phương pháp thủ công, thiếu quy trình chuẩn hóa và hạn chế về công nghệ. Việc phân bổ lịch dạy không tập trung gây lãng phí thời gian của giảng viên, đặc biệt là những người có quãng đường di chuyển xa, ảnh hưởng đến hiệu quả công tác giảng dạy và sự hài lòng của đội ngũ.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc ứng dụng giải thuật di truyền đã được chứng minh hiệu quả trong việc tối ưu hóa bài toán lập thời khóa biểu tại nhiều trường đại học khác, giúp giảm thiểu xung đột lịch học, tối ưu sử dụng phòng học và tăng sự hài lòng của giảng viên. Việc áp dụng giải thuật này tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ có tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu quả công tác xếp lịch.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện phân bố số ngày lên lớp, mức độ hài lòng của giảng viên, và sơ đồ xương cá phân tích nguyên nhân để minh họa rõ ràng các vấn đề và cơ sở đề xuất giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Chuẩn hóa quy trình xếp thời khóa biểu: Xây dựng quy trình chuẩn, đồng bộ và minh bạch cho công tác lập thời khóa biểu, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, phân tích, lập lịch, rà soát và điều chỉnh. Mục tiêu giảm thời gian lập lịch xuống còn khoảng 1 tuần, do Phòng Đào tạo chủ trì phối hợp với các khoa thực hiện.

  2. Ứng dụng giải thuật di truyền trong lập thời khóa biểu: Phát triển phần mềm hỗ trợ xếp lịch dựa trên giải thuật di truyền để tối ưu hóa phân bổ giảng viên, phòng học và thời gian học. Mục tiêu giảm xung đột lịch học và tăng số lượng học phần dạy trong một ngày cho giảng viên lên ít nhất 60%. Thời gian thử nghiệm và triển khai trong 1 học kỳ.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ thông tin, quản lý thời khóa biểu và sử dụng phần mềm cho cán bộ Phòng Đào tạo và các khoa. Mục tiêu nâng cao kỹ năng vận hành hệ thống mới, đảm bảo hiệu quả và tính bền vững của giải pháp. Thực hiện trong vòng 3 tháng đầu sau khi phần mềm được triển khai.

  4. Cải thiện hạ tầng công nghệ: Đầu tư nâng cấp hệ thống máy chủ, phần mềm quản lý và các thiết bị hỗ trợ để đảm bảo vận hành ổn định, bảo mật và khả năng mở rộng. Mục tiêu hoàn thiện hạ tầng trước khi áp dụng phần mềm mới, do Ban Giám hiệu và phòng Công nghệ thông tin phối hợp thực hiện.

  5. Tăng cường truyền thông và phản hồi: Thiết lập kênh thông tin chính thức để giảng viên và cán bộ có thể phản hồi nhanh chóng về lịch học, góp phần điều chỉnh kịp thời và nâng cao sự hài lòng. Mục tiêu đạt tỷ lệ phản hồi xử lý trên 90% trong vòng 3 ngày làm việc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban Giám hiệu và phòng Đào tạo các trường đại học: Nhận diện các vấn đề trong công tác xếp thời khóa biểu, tham khảo giải pháp ứng dụng giải thuật di truyền để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành.

  2. Cán bộ quản lý và nhân viên phòng Đào tạo: Áp dụng quy trình chuẩn hóa và công nghệ mới trong công tác lập lịch, nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng sử dụng phần mềm hỗ trợ.

  3. Giảng viên và sinh viên: Hiểu rõ quy trình xếp lịch, góp ý cải tiến và tận dụng lịch học được tối ưu để nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật công nghiệp, Quản lý công nghiệp: Tham khảo mô hình bài toán, phương pháp giải thuật di truyền và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực điều độ và tối ưu hóa tổ hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải thuật di truyền là gì và tại sao được chọn cho bài toán xếp thời khóa biểu?
    Giải thuật di truyền là phương pháp tối ưu dựa trên mô phỏng quá trình tiến hóa tự nhiên, sử dụng các toán tử lai ghép, đột biến và chọn lọc để tìm lời giải tốt nhất. Nó được chọn vì khả năng xử lý bài toán tổ hợp phức tạp, tìm lời giải gần tối ưu trong thời gian chấp nhận được, phù hợp với các ràng buộc đa dạng của trường đại học.

  2. Phương pháp thu thập dữ liệu trong nghiên cứu như thế nào?
    Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thứ cấp từ hồ sơ đào tạo, kế hoạch giảng dạy và thống kê số ngày lên lớp của giảng viên, kết hợp với khảo sát sơ cấp qua phiếu điều tra mức độ hài lòng của 72 giảng viên để đánh giá thực trạng và thu thập ý kiến đề xuất.

  3. Các ràng buộc chính trong bài toán lập thời khóa biểu là gì?
    Bao gồm ràng buộc cứng như không xung đột lịch học giữa giảng viên, sinh viên và phòng học; ràng buộc mềm như mong muốn giảm số ngày lên lớp của giảng viên, ưu tiên lịch học tập trung; và ràng buộc trung bình liên quan đến ưu tiên cá nhân hoặc điều kiện đặc thù của từng khoa.

  4. Giải pháp đề xuất có thể áp dụng cho các trường đại học khác không?
    Có, mô hình và phương pháp giải thuật di truyền có tính tổng quát cao, có thể điều chỉnh phù hợp với đặc thù và quy mô của các trường đại học khác, đặc biệt là những nơi gặp khó khăn tương tự về cơ sở vật chất và quy trình xếp lịch thủ công.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của giải pháp sau khi triển khai?
    Có thể sử dụng các chỉ số như thời gian lập thời khóa biểu, tỷ lệ xung đột lịch học, mức độ hài lòng của giảng viên qua khảo sát, tỷ lệ sử dụng phòng học và số ngày lên lớp trung bình của giảng viên trước và sau khi áp dụng giải pháp.

Kết luận

  • Công tác xếp thời khóa biểu tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ hiện còn nhiều hạn chế về quy trình và phương pháp, ảnh hưởng đến hiệu quả giảng dạy và sự hài lòng của giảng viên.
  • Giải thuật di truyền được áp dụng thành công trong việc tối ưu hóa bài toán lập thời khóa biểu, giúp giảm thiểu xung đột và tăng hiệu quả sử dụng nguồn lực.
  • Đề xuất chuẩn hóa quy trình, ứng dụng công nghệ và nâng cao năng lực nhân sự là các giải pháp trọng tâm để cải thiện công tác xếp lịch.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng các thuật toán tối ưu trong quản lý giáo dục đại học, có thể nhân rộng cho các trường khác trong khu vực.
  • Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm giải pháp trên bộ dữ liệu lớn hơn, hoàn thiện phần mềm hỗ trợ và triển khai thực tế trong các học kỳ tiếp theo.

Quý độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích áp dụng và phát triển các giải pháp tối ưu hóa công tác xếp thời khóa biểu nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và chất lượng đào tạo.