Dự Đoán Hiệu Suất Học Tập Của Sinh Viên Khóa Tiếng Anh Trước Bằng Mạng Nơ-Ron Tại Trường Quốc Tế

I. Tổng Quan Về Dự Đoán Hiệu Suất Học Tập Sinh Viên IFI

Trong lĩnh vực giáo dục, việc dự đoán hiệu suất học tập sinh viên đóng vai trò then chốt, hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách phân tích kết quả học tập, giám sát các chiến lược giảng dạy và phát triển các chính sách giáo dục hiệu quả. Phân loại chính xác hiệu suất của sinh viên giúp cá nhân hóa quá trình học tập, can thiệp sớm và đưa ra các quyết định giáo dục sáng suốt. Tuy nhiên, nhiệm vụ này đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm tính chủ quan trong đánh giá, nhu cầu về các hệ thống phân loại nhất quán và công bằng, cũng như tác động của sự mất cân bằng lớp lên hiệu quả phân loại. Trong lĩnh vực Education Data Mining (EDM), các nhà nghiên cứu sử dụng phân tích dữ liệu để trích xuất thông tin giá trị từ các bộ dữ liệu lớn, nhằm cải thiện kết quả giáo dục. Nghiên cứu về dự đoán học tập gần đây đã chứng minh tính hiệu quả của các kỹ thuật khai thác dữ liệu trong việc dự báo hiệu suất sinh viên. Ví dụ, tương tác clickstream trong các Khóa học Trực tuyến Mở Đại trà (MOOC) đã được kiểm tra để dự đoán tỷ lệ bỏ học của sinh viên, như được trình bày trong nghiên cứu của Sinha và cộng sự. Ngoài ra, các mô hình sinh viên tự động đã được sử dụng để dự đoán hiệu suất. Những phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với các nhà giáo dục, nhà hoạch định chính sách và sinh viên. Việc xác định sớm những sinh viên có nguy cơ cho phép các biện pháp can thiệp nhắm mục tiêu, cải thiện cơ hội thành công của họ. Các nhà hoạch định chính sách có thể phân bổ nguồn lực dựa trên dự đoán hiệu suất để hỗ trợ các chương trình và trường học hiệu quả. Hơn nữa, bản thân sinh viên có thể hưởng lợi từ việc biết hiệu suất dự đoán của mình, sử dụng nó như một động lực để làm việc chăm chỉ hơn và đưa ra các quyết định sáng suốt về việc học tập của mình. Phân loại hiệu suất sinh viên thành nhiều lớp hoặc cấp độ đặt ra nhiều thách thức khác nhau. Luận văn này tập trung vào ứng dụng dự đoán hiệu suất của sinh viên bằng cách sử dụng EDM trong một bối cảnh cụ thể. Sẽ điều tra quy trình xếp lớp của khóa học tiền tiếng Anh (PE) tại Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội và khám phá các yếu tố ảnh hưởng đến nó.

1.1. Tầm quan trọng của dự đoán hiệu suất học tập sinh viên

Việc dự đoán hiệu suất học tập không chỉ giúp cá nhân hóa quá trình học mà còn cho phép can thiệp sớm và đưa ra các quyết định giáo dục sáng suốt. Các giải pháp nâng cao hiệu quả học tập cho sinh viên IFI có thể được triển khai dựa trên những dự đoán này. Nghiên cứu của Sinha và cộng sự đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng dữ liệu clickstream để dự đoán tỷ lệ bỏ học. Việc xác định sớm sinh viên có nguy cơ giúp cải thiện cơ hội thành công của họ, đồng thời giúp phân bổ nguồn lực hiệu quả hơn.

1.2. Bối cảnh nghiên cứu Khóa tiếng Anh tại Trường Quốc Tế VNUIS

Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và hiệu quả của quy trình xếp lớp vào khóa học tiền tiếng Anh (PE) tại Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội (VNUIS). Sử dụng EDM, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của sinh viên sẽ được phân tích, bao gồm thành tích học tập, điểm kiểm tra ngôn ngữ và thông tin nhân khẩu học. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống phân loại công bằng và hiệu quả hơn, đảm bảo sinh viên được xếp vào các lớp phù hợp với trình độ của mình.

1.3. Thách thức trong phân loại hiệu suất học tập đa lớp

Việc phân loại hiệu suất học tập của sinh viên thành nhiều cấp độ đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm tính chủ quan trong đánh giá và sự mất cân bằng lớp. Nghiên cứu này tìm cách giải quyết những thách thức này thông qua việc sử dụng các kỹ thuật EDM và phân tích dữ liệu một cách có hệ thống.

II. Các Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Suất Học Tập Sinh Viên

Đánh giá hiệu suất học tập sinh viên đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp dựa trên dữ liệu hiện đại. Các phương pháp truyền thống dựa vào đánh giá chủ quan của giáo viên, bài kiểm tra và bài tập. Tuy nhiên, chúng có những hạn chế như tính chủ quan và khả năng cung cấp phản hồi kịp thời. Các phương pháp dựa trên dữ liệu, bao gồm khai thác dữ liệu giáo dục (EDM), học máy và phân tích dự đoán, sử dụng các bộ dữ liệu giáo dục quy mô lớn để trích xuất thông tin và mẫu có giá trị từ dữ liệu sinh viên, chẳng hạn như thông tin nhân khẩu học, hoạt động học tập và hồ sơ hiệu suất. Mục đích là cung cấp các đánh giá khách quan và dựa trên bằng chứng. Các phương pháp dựa trên dữ liệu cũng cung cấp khả năng học tập được cá nhân hóa bằng cách xác định các điểm mạnh, điểm yếu và kiểu học tập cá nhân để điều chỉnh các biện pháp can thiệp cho phù hợp. Tuy nhiên, các phương pháp dựa trên dữ liệu cũng đặt ra những thách thức như các vấn đề về quyền riêng tư và các cân nhắc về đạo đức trong việc xử lý dữ liệu nhạy cảm của sinh viên. Việc diễn giải các thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu đòi hỏi kiến thức chuyên môn về lĩnh vực để tránh những diễn giải sai hoặc những giả định không chính xác. Các thuật toán học có giám sát đã được áp dụng rộng rãi trong đánh giá hiệu suất của sinh viên để xây dựng các mô hình dự đoán dựa trên dữ liệu đào tạo được dán nhãn. Các thuật toán này học các mẫu và mối quan hệ giữa các đặc điểm đầu vào và biến mục tiêu. Các thuật toán học có giám sát có thể xác định các yếu tố dự đoán quan trọng và cung cấp thông tin chi tiết về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của sinh viên.

2.1. Hạn chế của phương pháp đánh giá hiệu suất truyền thống

Các phương pháp đánh giá truyền thống như đánh giá chủ quan và bài kiểm tra có nhiều hạn chế, bao gồm tính chủ quan và khó khăn trong việc cung cấp phản hồi kịp thời. Việc áp dụng các phương pháp dựa trên dữ liệu có thể khắc phục những hạn chế này. Các phương pháp truyền thống thường không nắm bắt được sự tiến bộ năng động của sinh viên do đánh giá thường được thực hiện theo các khoảng thời gian cố định, chẳng hạn như kỳ thi học kỳ. Ngoài ra, các phương pháp truyền thống tập trung vào kết quả hơn là quá trình học tập.

2.2. Ưu điểm của phương pháp đánh giá dựa trên dữ liệu

Các phương pháp đánh giá dựa trên dữ liệu có khả năng mở rộng quy mô, cho phép phân tích lượng lớn sinh viên và khám phá các mẫu ẩn. Chúng cũng có khả năng cá nhân hóa việc học tập bằng cách xác định điểm mạnh, điểm yếu và kiểu học tập cá nhân. Các phương pháp dựa trên dữ liệu mang đến tiềm năng cho việc học tập được cá nhân hóa bằng cách xác định điểm mạnh, điểm yếu và kiểu học tập cá nhân để điều chỉnh các biện pháp can thiệp cho phù hợp.

2.3. Học có giám sát trong đánh giá hiệu suất học tập

Các thuật toán học có giám sát có thể tự động hóa quá trình đánh giá và đưa ra các dự đoán chính xác. Ví dụ: một nghiên cứu của Đại học Stanford đã áp dụng Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN) để dự đoán tỷ lệ bỏ học của sinh viên với tỷ lệ dương tính thực là 0. Các thuật toán học có giám sát có thể xác định các yếu tố dự đoán quan trọng và cung cấp thông tin chi tiết về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của sinh viên.

III. Ứng Dụng Mạng Nơ Ron Dự Đoán Điểm Số Sinh Viên IFI

Học sâu, một nhánh của học máy, có tiềm năng lớn trong việc dự báo hiệu suất của sinh viên bằng cách phân tích dữ liệu giáo dục phức tạp. Các mô hình học sâu, ví dụ: mạng nơ-ron tích chập (CNN) và mạng nơ-ron tái phát (RNN), đặc biệt hiệu quả trong việc xác định các mẫu và mối quan hệ phức tạp trong các nguồn dữ liệu khác nhau. Nghiên cứu đã chứng minh rằng học sâu có thể xác định các mẫu và mối quan hệ phức tạp trong các nguồn dữ liệu khác nhau. Ví dụ: chúng có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu giáo dục khác nhau, chẳng hạn như nhân khẩu học của sinh viên, hồ sơ học tập và mức độ tương tác học tập trực tuyến. Bằng cách tự động học các biểu diễn phân cấp từ dữ liệu thô, các mô hình này có thể xác định các phụ thuộc không gian, thời gian và tuần tự. Nghiên cứu đã phát triển các mô hình học sâu dự đoán thành tích học tập, nguy cơ bỏ học và khó khăn trong học tập. Ví dụ, Poudyal et al. đã sử dụng phương pháp dựa trên CNN để dự đoán thành tích của sinh viên trong các khóa học trực tuyến chính xác hơn các mô hình truyền thống (5). Yanbai et al. đã sử dụng kiến trúc RNN để dự đoán việc bỏ học của sinh viên, đạt được những cải tiến đáng kể (6). Mặc dù học sâu mang lại những hiểu biết có giá trị về kết quả của sinh viên, nhưng vẫn còn những thách thức. Các mô hình này yêu cầu dữ liệu được dán nhãn đáng kể và có thể tốn kém về mặt tính toán. Giải quyết khả năng cung cấp dữ liệu, khả năng diễn giải mô hình và khả năng mở rộng quy mô là rất quan trọng để khai thác đầy đủ lợi ích của học sâu trong đánh giá hiệu suất của sinh viên.

3.1. Tiềm năng của học sâu trong dự đoán hiệu suất

Học sâu có tiềm năng lớn trong việc phân tích dữ liệu giáo dục phức tạp và dự báo hiệu suất của sinh viên. Mô hình học sâu cho dự đoán học tập như CNN và RNN có thể xác định các mẫu và mối quan hệ phức tạp. Những mô hình này có thể xác định các phụ thuộc không gian, thời gian và tuần tự bằng cách tự động học các biểu diễn phân cấp từ dữ liệu thô.

3.2. Ứng dụng CNN và RNN trong phân tích dữ liệu giáo dục

Các mô hình CNN và RNN đã được sử dụng hiệu quả trong phân tích dữ liệu giáo dục khác nhau, chẳng hạn như thông tin nhân khẩu học của sinh viên, hồ sơ học tập và mức độ tương tác học tập trực tuyến. Ví dụ, Poudyal et al. đã sử dụng phương pháp dựa trên CNN để dự đoán thành tích của sinh viên trong các khóa học trực tuyến chính xác hơn các mô hình truyền thống. Yanbai et al. đã sử dụng kiến trúc RNN để dự đoán việc bỏ học của sinh viên, đạt được những cải tiến đáng kể.

3.3. Thách thức và hạn chế của học sâu trong giáo dục

Mặc dù học sâu mang lại những hiểu biết có giá trị về kết quả của sinh viên, nhưng vẫn còn những thách thức. Các mô hình này yêu cầu dữ liệu được dán nhãn đáng kể và có thể tốn kém về mặt tính toán. Giải quyết khả năng cung cấp dữ liệu, khả năng diễn giải mô hình và khả năng mở rộng quy mô là rất quan trọng để khai thác đầy đủ lợi ích của học sâu trong đánh giá hiệu suất của sinh viên.

IV. Mạng Nơ Ron Cho Dự Đoán Hiệu Suất Học Tập Sinh Viên

Trong số các phương pháp tiếp cận học máy, việc sử dụng mạng nơ-ron truyền thẳng (FFNN) đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong đánh giá hiệu suất của sinh viên. FFNN đã chứng minh hiệu quả của chúng trong nhiều nhiệm vụ dự đoán khác nhau, bao gồm cả những nhiệm vụ liên quan đến hiệu suất của sinh viên. Mạng nơ-ron truyền thẳng (FFNN) là một mạng nơ-ron nhân tạo hoạt động hiệu quả trong nhiều nhiệm vụ dự đoán, bao gồm cả hiệu suất của sinh viên. Ưu điểm của việc sử dụng FFNN để dự đoán hiệu suất của sinh viên nằm ở khả năng xử lý các mối quan hệ phức tạp giữa các biến và đưa ra các dự đoán chính xác dựa trên các mẫu phi tuyến tính trong dữ liệu. Kiến trúc của FFNN cho phép thông tin truyền qua nhiều lớp nút được kết nối với nhau, cho phép mạng xác định các mẫu ẩn và mối quan hệ phi tuyến tính giữa các biến, dẫn đến các dự đoán chính xác hơn. FFNN (mạng nơ-ron truyền thẳng) hiệu quả hơn trong phân tích dữ liệu so với các phương pháp thống kê truyền thống, đặc biệt là trong việc phát hiện các mẫu phức tạp trong dữ liệu, quản lý dữ liệu bị thiếu và xử lý các đầu vào nhiễu. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc dự đoán hiệu suất của sinh viên, nơi có thể cần kết hợp các yếu tố như thông tin nhân khẩu học, nền tảng học vấn và điểm số bài kiểm tra trước đó. Sử dụng FFNN, các nhà nghiên cứu và nhà giáo dục có thể đảm bảo rằng các dự đoán của họ chính xác và toàn diện nhất có thể. Các mạng nơ-ron truyền thẳng (FFNN) là một công cụ mạnh mẽ để dự đoán hiệu suất của sinh viên trong lĩnh vực giáo dục. Tuy nhiên, cần giải quyết một số hạn chế và thách thức nhất định, chẳng hạn như đảm bảo chất lượng dữ liệu, tránh khớp quá mức, thúc đẩy khả năng diễn giải và giải quyết các cân nhắc về đạo đức.

4.1. Ưu điểm của Mạng Nơ ron truyền thẳng FFNN

Mô hình dự đoán hiệu suất học tập bằng FFNN có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng xử lý các mối quan hệ phức tạp giữa các biến và đưa ra các dự đoán chính xác dựa trên các mẫu phi tuyến tính trong dữ liệu. Kiến trúc của FFNN cho phép thông tin truyền qua nhiều lớp nút được kết nối với nhau, cho phép mạng xác định các mẫu ẩn và mối quan hệ phi tuyến tính giữa các biến, dẫn đến các dự đoán chính xác hơn.

4.2. Khả năng phát hiện mẫu phức tạp của FFNN

FFNN hiệu quả hơn trong phân tích dữ liệu so với các phương pháp thống kê truyền thống, đặc biệt là trong việc phát hiện các mẫu phức tạp trong dữ liệu, quản lý dữ liệu bị thiếu và xử lý các đầu vào nhiễu. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc dự đoán hiệu suất của sinh viên, nơi có thể cần kết hợp các yếu tố như thông tin nhân khẩu học, nền tảng học vấn và điểm số bài kiểm tra trước đó.

4.3. Hạn chế và thách thức khi sử dụng FFNN

Mặc dù FFNN là một công cụ mạnh mẽ để dự đoán hiệu suất của sinh viên, nhưng cần giải quyết một số hạn chế và thách thức nhất định, chẳng hạn như đảm bảo chất lượng dữ liệu, tránh khớp quá mức, thúc đẩy khả năng diễn giải và giải quyết các cân nhắc về đạo đức. Các yếu tố như đảm bảo chất lượng dữ liệu, tránh khớp quá mức, thúc đẩy khả năng diễn giải và giải quyết các cân nhắc về đạo đức phải được xem xét.

V. Ứng Dụng Thực Tế Chứng Chỉ B2 Cho Sinh Viên Khóa Tiếng Anh

Luận văn này tập trung vào ứng dụng của mạng nơ-ron để dự đoán thời gian sinh viên cần để đạt được chứng chỉ B2. Việc đạt được chứng chỉ B2 là một cột mốc quan trọng đối với sinh viên khóa tiếng Anh tại Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội. Luận văn này sẽ trình bày chi tiết các bước tiền xử lý dữ liệu, lựa chọn mô hình và đánh giá hiệu suất mô hình. Các bước tiền xử lý dữ liệu bao gồm lựa chọn dữ liệu, gắn nhãn, xử lý dữ liệu bị thiếu, kiểm tra tương quan, mã hóa và масштабы hóa dữ liệu huấn luyện. Mô hình mạng nơ-ron sẽ được huấn luyện và đánh giá bằng các kỹ thuật xác thực chéo. Hiệu suất của mô hình sẽ được đo lường bằng các số liệu như độ chính xác, độ chính xác, độ thu hồi và điểm F1. Kết quả của nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sinh viên cần để đạt được chứng chỉ B2 và giúp Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội cải thiện chương trình đào tạo tiếng Anh.

5.1. Mục tiêu dự đoán thời gian đạt chứng chỉ B2

Mục tiêu của nghiên cứu là dự đoán thời gian sinh viên cần để đạt được chứng chỉ B2, một cột mốc quan trọng đối với sinh viên khóa tiếng Anh tại Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội. Việc dự đoán kết quả học tập sinh viên IFI có thể giúp nhà trường đưa ra các biện pháp hỗ trợ phù hợp.

5.2. Các bước tiền xử lý dữ liệu quan trọng

Các bước tiền xử lý dữ liệu bao gồm lựa chọn dữ liệu, gắn nhãn, xử lý dữ liệu bị thiếu, kiểm tra tương quan, mã hóa và масштабы hóa dữ liệu huấn luyện. Các bước này rất quan trọng để đảm bảo chất lượng dữ liệu và hiệu suất của mô hình. Việc xử lý dữ liệu bị thiếu và kiểm tra tương quan giúp loại bỏ các biến không liên quan hoặc gây nhiễu.

5.3. Đánh giá hiệu suất mô hình bằng các số liệu phù hợp

Hiệu suất của mô hình sẽ được đo lường bằng các số liệu như độ chính xác, độ chính xác, độ thu hồi và điểm F1. Các số liệu này cung cấp một đánh giá toàn diện về khả năng của mô hình trong việc dự đoán thời gian đạt chứng chỉ B2. Việc sử dụng nhiều số liệu giúp đánh giá mô hình một cách khách quan hơn.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Mạng Nơ Ron Trong Giáo Dục

Việc sử dụng mạng nơ-ron để dự đoán hiệu suất học tập của sinh viên là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn. Các mô hình mạng nơ-ron có khả năng xử lý các mối quan hệ phức tạp giữa các biến và đưa ra các dự đoán chính xác. Nghiên cứu này đã trình bày một ứng dụng thực tế của mạng nơ-ron trong việc dự đoán thời gian sinh viên cần để đạt được chứng chỉ B2. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng trong lĩnh vực này. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình, khám phá các kiến trúc mạng nơ-ron mới và tích hợp các nguồn dữ liệu khác nhau. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về các vấn đề đạo đức và xã hội liên quan đến việc sử dụng mạng nơ-ron trong giáo dục.

6.1. Tiềm năng phát triển của mạng nơ ron trong dự đoán học tập

Mạng nơ-ron có tiềm năng phát triển lớn trong dự đoán hiệu suất học tập, đặc biệt là khi tích hợp với các nguồn dữ liệu khác nhau và khám phá các kiến trúc mạng mới. Việc ứng dụng mạng nơ-ron trong giáo dục có thể mang lại nhiều lợi ích, từ việc cá nhân hóa quá trình học tập đến việc dự đoán nguy cơ bỏ học.

6.2. Nghiên cứu về các vấn đề đạo đức và xã hội

Cần có các nghiên cứu về các vấn đề đạo đức và xã hội liên quan đến việc sử dụng mạng nơ-ron trong giáo dục. Các vấn đề như quyền riêng tư, sự công bằng và trách nhiệm giải trình cần được xem xét cẩn thận. Việc đảm bảo rằng các mô hình mạng nơ-ron được sử dụng một cách có đạo đức và không phân biệt đối xử là rất quan trọng.

6.3. Hướng nghiên cứu tương lai trong lĩnh vực này

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình, khám phá các kiến trúc mạng nơ-ron mới và tích hợp các nguồn dữ liệu khác nhau. Việc nghiên cứu về dự đoán học tập cần tiếp tục được đầu tư và phát triển để khai thác tối đa tiềm năng của mạng nơ-ron trong giáo dục.

Dự Đoán Hiệu Suất Học Tập Của Sinh Viên Khóa Tiếng Anh Trước Bằng Mạng Nơ-Ron Tại Trường Quốc Tế - Đại Học Quốc Gia Hà Nội

ACKNOWLEDGEMENTS

DECLARATION

1. CHAPTER 1: INTRODUCTION

1.1. Background and Significance

1.2. Context

1.3. Previous Approaches in Student Performance Assessment

1.3.1. Traditional Approaches

1.3.2. Data-Driven Approaches

1.3.3. Supervised Learning in Student Performance Assessment

1.3.4. Application of Deep Learning in Student Performance Assessment

1.4. Advantage of Using Neural Network Approach for Multiclass Classification in Predicting Student Performance

2. CHAPTER 2: FUNDAMENTALS OF ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS

2.1. Fundamentals of artificial neural networks

2.2. Feedforward Neural Network Architecture

2.3. Neural networks’ parameters

2.4. Propagation in Neural Network

2.5. Backpropagation & Optimization Algorithm in Neural Network

2.6. Techniques and Methodology

2.6.1. Cross-Validation Techniques

2.6.2. Models and Parameters

2.7. Evaluation and Performance Metrics

3. CHAPTER 3: APPLYING NEURAL NETWORKS FOR PREDICTING TIME TO ACHIEVE B2 CERTIFICATION

3.1. Preprocessing Steps Applied to the Dataset

3.2. Data selection & Labeling

3.3. Handling missing data

3.4. Checking the correlation

3.5. Perform Encoding and Data Scaling for Training Variables

3.6. Results and Analysis

LIST OF ABBREVIATIONS

LIST OF EQUATIONS

LIST OF FIGURES

LIST OF TABLES

ABSTRACT