Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại Trường Đại học An Giang, công tác quản lý quá trình học tập của sinh viên được vận hành thông qua một phân hệ của phần mềm Quản lý đào tạo Edusoft. Hệ thống này được xây dựng trên nền tảng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft Visual Foxpro – một công nghệ đã ngừng phát triển, dẫn đến hạn chế kỹ thuật lớn: phần mềm chỉ có khả năng vận hành trong phạm vi mạng nội bộ và giới hạn nghiêm ngặt số lượng người dùng. Do đó, chỉ một số ít tài khoản chuyên trách được cấp quyền truy cập và cập nhật dữ liệu.

Theo khảo sát thực trạng của Huỳnh Phước Hải (2021) được trích dẫn trong văn bản, quy trình theo dõi học tập của sinh viên đối mặt với nhiều bất cập:

  • Dữ liệu kết quả học tập sau khi xử lý chỉ được đồng bộ định kỳ mỗi tuần một lần lên Website Đăng ký học phần, khiến người học không có công cụ xem trực tiếp dữ liệu theo thời gian thực.
  • Điểm đánh giá thường xuyên không được cập nhật kịp thời mà sinh viên phải chờ đến cuối học kỳ mới có thể nắm bắt, làm mất đi tính phản hồi trong quá trình đào tạo.
  • Đội ngũ cố vấn học tập thiếu công cụ chủ động để theo dõi tiến độ và đối sánh kết quả học tập của sinh viên trong lớp phụ trách. Việc thiếu hụt dữ liệu đối sánh trực tiếp này ảnh hưởng đến việc đáp ứng các tiêu chí đánh giá chất lượng cấp chương trình đào tạo theo chuẩn kiểm định chất lượng AUN-QA (ASEAN University Network – Quality Assurance).

Về lịch sử giải quyết vấn đề, ngày 06/05/2021, Hội đồng Khoa học Trường Đại học An Giang đã phê duyệt đề tài khoa học cấp trường “Xây dựng website hỗ trợ theo dõi quá trình học tập của người học tại Trường Đại học An Giang” do TS. Huỳnh Phước Hải làm chủ nhiệm. Đề tài cấp trường đã giải quyết các bài toán về nhập điểm thường xuyên trực tiếp, trích xuất dữ liệu sang Edusoft và hỗ trợ cố vấn học tập tra cứu báo cáo. Khóa luận này kế thừa quy trình nghiệp vụ và cơ sở dữ liệu từ đề tài website nêu trên để chuyển dịch mô hình sang nền tảng thiết bị di động.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nội dung chính:

  1. Hỗ trợ sinh viên theo dõi quá trình học tập của bản thân một cách trực quan, giúp người học kịp thời đề ra phương pháp cải thiện kết quả học tập.
  2. Hỗ trợ giảng viên theo dõi các môn học đang được phân công phụ trách giảng dạy và tra cứu danh sách sinh viên thuộc từng lớp môn học.
  3. Hỗ trợ cố vấn học tập theo dõi tiến trình và kết quả học tập của toàn bộ sinh viên trong lớp được phân công phụ trách.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Phạm vi đối tượng: Sinh viên, giảng viên và cố vấn học tập thuộc Trường Đại học An Giang.
  • Phạm vi nghiệp vụ: Tập trung vào các phân hệ theo dõi học tập cá nhân, theo dõi môn học giảng dạy và quản lý lớp cố vấn.
  • Phạm vi công nghệ: Ứng dụng di động hoạt động trên hệ điều hành Android, kế thừa nguồn dữ liệu từ hệ thống quản lý học tập đã được thiết lập tại trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận tổng hợp các nền tảng lý thuyết và công nghệ chuyên ngành kỹ thuật phần mềm nhằm xây dựng ứng dụng di động:

  • Hệ điều hành Android: Hệ điều hành mã nguồn mở dựa trên nhân Linux, hỗ trợ các kiến trúc vi xử lý ARM và x86. Tác giả phân tích cấu trúc 5 tầng của Android bao gồm: Tầng Ứng dụng (Applications), Tầng Khung ứng dụng (Application Framework), Tầng Thư viện (Libraries với Surface Manager, OpenGL), Tầng Môi trường thực thi Android (Android Runtime - máy ảo DVM và ART) và Tầng Nhân Linux (Kernel). Phiên bản Android 9 (Pie) phát hành ngày 07/08/2018 được phân tích như một mốc phát triển tiêu biểu.
  • Ngôn ngữ lập trình Java: Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng dựa trên lớp, biên dịch mã nguồn thành bytecode độc lập nền tảng để thực thi thông qua máy ảo (JVM/DVM/ART). Văn bản nêu rõ 4 đặc tính cơ bản của Java: Tính trừu tượng (Abstraction), Tính đa hình (Polymorphism), Tính kế thừa (Inheritance), Tính đóng gói (Encapsulation), cùng các đặc tính an toàn, đa luồng và thông dịch.
  • Môi trường phát triển tích hợp (IDE): Android Studio Bumblebee (phiên bản 2021.1) xây dựng trên mã nguồn IntelliJ, quản lý dự án bằng Gradle, tích hợp Android SDK, Trình quản lý thiết bị (Device Manager) và hỗ trợ kết nối gỡ lỗi ADB (Android Debug Bridge) không dây qua mã QR.
  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS): Microsoft SQL Server, hỗ trợ xử lý giao dịch dữ liệu giáo dục và quản lý người dùng.
  • Công cụ và thư viện phụ trợ: Thư viện Java Database Connectivity (JDBC) dưới dạng gói .jar lưu trữ trong thư mục libs của dự án để thiết lập kết nối dữ liệu trực tiếp giữa mã nguồn ứng dụng và SQL Server; phần mềm StarUML của MKLab phục vụ mô hình hóa theo phương pháp tiếp cận kiến trúc hướng mô hình (MDA) với các biểu đồ Use Case, Sequence Diagram và Class Diagram.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm hai nhóm chính:

  • Phương pháp xác định quy trình nghiệp vụ và phân tích yêu cầu: Khảo sát thực tế hệ thống quản lý đào tạo Edusoft, cổng thông tin đăng ký học phần, và phân tích cấu trúc cơ sở dữ liệu có sẵn từ đề tài website cấp trường.
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật phần mềm: Tiến hành đầy đủ chu trình phân tích yêu cầu (chức năng và phi chức năng), thiết kế kiến trúc hệ thống, mô hình hóa quan hệ thực thể, lập trình ứng dụng trên Android Studio và kiểm thử thực tế các chức năng.

Nguồn dữ liệu: Kế thừa toàn bộ lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ từ đề tài nghiên cứu cấp trường “Xây dựng website hỗ trợ theo dõi quá trình học tập của người học tại Trường Đại học An Giang” và tích hợp cơ chế xác thực tài khoản từ hệ thống đăng ký học phần http://regis.vn.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo mô hình tương tác trực tiếp giữa thiết bị đầu cuối di động và máy chủ cơ sở dữ liệu thông qua cơ chế JDBC.

Kiến trúc phân quyền và tác nhân

Hệ thống xác định 3 tác nhân chính tương tác với ứng dụng:

Tác nhân Vai trò trong hệ thống
Sinh viên Đăng nhập tài khoản; xem thông tin cá nhân; xem điểm thường xuyên; xem thống kê điểm trung bình tích lũy; xem thống kê điểm hệ 4 (A, B, C, D, F); xem danh sách học phần cần cải thiện (điểm dưới C); xem bảng xếp hạng điểm trung bình tích lũy theo học kỳ của lớp.
Giảng viên Đăng nhập; xem thông tin cá nhân; theo dõi quá trình giảng dạy; tra cứu danh mục môn học được phân công theo học kỳ; xem danh sách sinh viên đăng ký theo từng môn học.
Cố vấn học tập Thực hiện toàn bộ quyền của giảng viên; theo dõi danh sách lớp được phân công cố vấn; tra cứu hồ sơ và quá trình học tập chi tiết của từng sinh viên trong lớp.

Các yêu cầu phi chức năng được xác lập bao gồm: giao diện trực quan, khả năng hỗ trợ xoay màn hình linh hoạt, hoạt động ổn định và kiểm soát bảo mật thông qua phân quyền tài khoản chặt chẽ.

Thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ

Hệ thống kế thừa và tổ chức 15 bảng dữ liệu quan hệ nhằm phản ánh toàn diện các thực thể đào tạo theo tín chỉ:

STT Tên bảng Khóa chính (PK) Khóa ngoại (FK) tiêu biểu Mô tả chức năng dữ liệu
1 NguoiDung MaND Không có Quản lý thông tin tài khoản, mật khẩu, email, số điện thoại, vai trò (VaiTro) và ngôn ngữ.
2 SinhVien MaSV MaLop Lưu trữ hồ sơ sinh viên: họ tên, ngày sinh, giới tính (phai), email và điện thoại liên hệ.
3 CanBo MaCB MaBM Thông tin giảng viên/cán bộ: tên, học hàm, học vị, ngày sinh, email, điện thoại, giới tính.
4 BoMon MaBM MaKH, TruongBM Danh mục bộ môn trực thuộc các khoa trong trường.
5 Khoa MaKH Không có Danh mục các đơn vị khoa chuyên môn.
6 Diem NhHk MaMH, Mato Điểm chi tiết các thành phần: điểm thực hành (DiemTH), điểm tổng kết (DiemTK), điểm chuyên cần (DiemCH).
7 DiemTKHK NHHK MaSV Điểm tổng kết học kỳ, điểm trung bình tích lũy (DTBTL), số tín chỉ đạt học kỳ và tích lũy.
8 HocKy Id Không có Danh mục mã học kỳ và tên học kỳ đào tạo.
9 HocPhanSV Id HocPhanGV_Id, MaSV, MaMH, MaDK Điểm thành phần thường xuyên (Diem1 đến Diem5), điểm trung bình, cờ học cải thiện (CAITHIEN).
10 Lop MaLop MaKH Quản lý các lớp sinh viên chính quy, năm vào học, niên khóa.
11 MonHoc MaMH MaBM Thông tin học phần: số tín chỉ (SoTC), học phí, hệ số học phần.
12 Nganh MaNg Không có Danh mục ngành đào tạo và phân loại ngành.
13 NhomHocPhanGV Id MaDK, MaCB, MaPH, NHHK, MaMH Phân công lịch dạy của cán bộ: thứ, tiết bắt đầu, số tiết, phòng học, buổi học, tuần học.
14 qlht_CoVanHocTap id MaLop_Id, MaCB_Id, MaBM Phân công cán bộ làm cố vấn học tập cho các lớp sinh viên cụ thể.
15 TKB MaDK MaCB, MaCoSo, NHHK Thời khóa biểu chi tiết, tổ hợp lớp, ngày và giờ bắt đầu giảng dạy.

Triển khai kết nối và kiểm thử

Quá trình hiện thực hóa ứng dụng được thực hiện trên môi trường Android Studio:

  • Cấu hình kết nối: Bổ sung thư viện JDBC driver định dạng file .jar vào thư mục libs của cấu trúc dự án Android. Sau đó, tác giả sử dụng hộp thoại Project Structure trong Android Studio để khai báo phụ thuộc (Add as Library), cho phép ứng dụng mở kết nối mạng trực tiếp tới SQL Server mà không thông qua dịch vụ API trung gian.
  • Giao diện người dùng: Thiết kế các màn hình tương tác bao gồm: màn hình chào (Splash Screen), giao diện xác thực tài khoản đồng bộ từ http://regis.vn, màn hình trang chủ sinh viên hiển thị tổng quan tín chỉ tích lũy, các màn hình chức năng trực quan hóa biểu đồ điểm và các màn hình quản trị danh sách dành cho giảng viên/cố vấn học tập.
  • Kiểm thử luồng xử lý: Xây dựng sơ đồ tuần tự (Sequence Diagram) để kiểm thử logic tương tác của 9 chức năng trọng yếu (từ UC01 đến UC09), bao gồm xử lý nhánh lỗi khi người dùng nhập sai thông tin xác thực (luồng phụ A1) và truy vấn dữ liệu từ các bảng quan hệ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Đặt vấn đề

Chương mở đầu tập trung trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ các hạn chế kỹ thuật của phần mềm quản lý đào tạo Edusoft viết bằng Microsoft Visual Foxpro tại Trường Đại học An Giang. Văn bản làm rõ sự chậm trễ trong việc cập nhật dữ liệu điểm cho người học (chỉ định kỳ 1 tuần/lần trên trang web đăng ký học phần) và việc điểm thường xuyên bị tồn đọng đến cuối kỳ. Tác giả lược thuật đề tài cấp trường được xét duyệt ngày 06/05/2021 của TS. Huỳnh Phước Hải, qua đó xác định mục tiêu và phạm vi chuyển giao các nghiệp vụ theo dõi học tập từ hệ thống web sang thiết bị di động cá nhân cho sinh viên, giảng viên và cố vấn học tập.

Chương 2. Tổng quan cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 hệ thống hóa toàn bộ các kiến thức công nghệ nền tảng được ứng dụng trong đồ án:

  • Tổng quan hệ điều hành Android: kiến trúc 5 tầng, máy ảo DVM/ART và các phiên bản hệ điều hành từ ban đầu đến Android 9 Pie.
  • Ngôn ngữ Java: nguyên lý hướng đối tượng, cơ chế quản lý bộ nhớ, tính độc lập nền tảng nhờ bytecode và các đặc tính tối ưu cho phát triển di động.
  • Bộ công cụ Android Studio Bumblebee (2021.1): hệ thống build tự động Gradle, công cụ mô phỏng AVD, công cụ kết nối ADB không dây.
  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server: khả năng lưu trữ, xử lý truy vấn dữ liệu quan hệ lớn.
  • Các công nghệ hỗ trợ: API kết nối dữ liệu JDBC và phần mềm thiết kế hướng mô hình StarUML hỗ trợ sinh sơ đồ chuẩn UML.

Chương 3. Phân tích thiết kế hệ thống

Chương 3 là phần trọng tâm kỹ thuật của khóa luận, bao gồm:

  • Phân tích yêu cầu chức năng và phi chức năng: Phân loại quyền hạn cho 3 nhóm tác nhân thông qua bảng mô tả tác nhân và bảng tổng hợp use case hệ thống.
  • Đặc tả chi tiết 9 ca sử dụng chính (UC01 đến UC09): Xác định rõ sự kiện kích hoạt, điều kiện thực hiện, luồng sự kiện chính và luồng sự kiện phụ cho các thao tác đăng nhập, xem thông tin cá nhân, xem biểu đồ thống kê điểm tích lũy, xem biểu đồ điểm hệ 4, lọc môn học cần cải thiện (điểm dưới C), tra cứu điểm thường xuyên, xem lớp cố vấn và môn học giảng dạy.
  • Xây dựng sơ đồ tuần tự cho từng tác vụ để làm rõ sự tương tác giữa giao diện người dùng, bộ điều khiển và các thực thể dữ liệu.
  • Thiết kế cơ sở dữ liệu: Trình bày sơ đồ quan hệ thực thể và bảng cấu trúc chi tiết của 15 bảng dữ liệu với đầy đủ các thuộc tính, ràng buộc khóa chính, khóa ngoại và kiểu dữ liệu chuẩn.
  • Thiết kế giao diện: Trình bày hệ thống các màn hình ứng dụng từ giao diện khởi động, đăng nhập, trang chủ sinh viên, trang chủ giảng viên đến các màn hình biểu đồ và danh sách dữ liệu.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể đã được triển khai trên môi trường thực nghiệm:

  • Xây dựng hoàn chỉnh ứng dụng di động trên hệ điều hành Android có khả năng kết nối trực tiếp với cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server của nhà trường thông qua trình điều khiển JDBC.
  • Tích hợp thành công cơ chế xác thực người dùng đồng bộ với hệ thống thông tin đăng ký học phần hiện hành (http://regis.vn), loại bỏ nhu cầu khởi tạo tài khoản mới độc lập.
  • Thiết lập hệ thống biểu đồ trực quan hóa dữ liệu học tập cá nhân cho sinh viên:
    • Biểu diễn tiến độ điểm trung bình tích lũy theo từng học kỳ.
    • Phân loại trực quan cơ cấu kết quả học tập hệ 4 qua các thang điểm A, B, C, D, F.
    • Tự động thống kê, sàng lọc các học phần có kết quả dưới mức điểm C để cảnh báo sinh viên chủ động đăng ký học cải thiện điểm.
    • Hiển thị điểm thành phần thường xuyên (từ Điểm 1 đến Điểm 5) theo thời gian thực ngay sau khi giảng viên nhập dữ liệu.
    • Cung cấp bảng xếp hạng điểm trung bình tích lũy toàn diện của lớp học theo từng học kỳ.
  • Cung cấp giao diện nghiệp vụ riêng biệt cho giảng viên để quản lý danh sách môn học giảng dạy, theo dõi sinh viên từng lớp học phần, và hỗ trợ cố vấn học tập tra cứu toàn diện hồ sơ học tập của sinh viên trong lớp cố vấn.

Về mặt đóng góp so với các nghiên cứu trước đó tại trường, khóa luận đã kế thừa thành công kết quả của đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường năm 2021 của TS. Huỳnh Phước Hải. Ứng dụng đã chuyển đổi thành công các tác vụ nghiệp vụ từ môi trường web sang ứng dụng di động Android, giải quyết triệt để nút thắt xem dữ liệu định kỳ bị động của hệ thống Edusoft cũ, hỗ trợ đắc lực công tác đối sánh dữ liệu đào tạo phục vụ chuẩn kiểm định AUN-QA.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Ứng dụng mới chỉ được thiết kế và triển khai giới hạn trên một nền tảng duy nhất là hệ điều hành Android, chưa có phiên bản dành cho nền tảng iOS.
  • Phương thức kết nối dữ liệu được thực hiện trực tiếp từ ứng dụng di động tới hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server thông qua thư viện JDBC, chưa qua các tầng kiến trúc trung gian như RESTful API hoặc Web Service để nâng cao khả năng mở rộng và tối ưu hóa hạ tầng mạng.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo được tác giả đề cập trong văn bản:

  • Nâng cấp và mở rộng ứng dụng nhằm hỗ trợ đa nền tảng thiết bị di động, bao gồm việc xây dựng phiên bản tương thích với hệ điều hành iOS.
  • Tiếp tục hoàn thiện các giao diện và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng đối với các chức năng nâng cao của giảng viên và cố vấn học tập.
  • Nghiên cứu cơ chế đồng bộ dữ liệu hai chiều tối ưu hơn với hệ thống đào tạo trung tâm của Trường Đại học An Giang.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin và Kỹ thuật phần mềm: Tài liệu cung cấp hướng dẫn thực tế về quy trình tích hợp thư viện JDBC .jar vào Android Studio để kết nối trực tiếp với cơ sở dữ liệu quan hệ SQL Server, cũng như quy trình mô hình hóa hệ thống bằng công cụ StarUML.
  • Những người nghiên cứu và xây dựng hệ thống quản lý đào tạo đại học theo học chế tín chỉ: Phần phân tích yêu cầu nghiệp vụ và cấu trúc chi tiết của 15 bảng dữ liệu (đặc biệt là các bảng quan hệ điểm Diem, DiemTKHK, HocPhanSV, phân công NhomHocPhanGV, cố vấn qlht_CoVanHocTap) là mô hình mẫu chuẩn xác để áp dụng vào các bài toán quản lý kết quả học tập và phục vụ tiêu chuẩn kiểm định giáo dục AUN-QA.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống quản lý đào tạo Edusoft hiện tại của Trường Đại học An Giang không đáp ứng được nhu cầu theo dõi học tập của sinh viên?

Phần mềm Edusoft được xây dựng trên nền tảng Microsoft Visual Foxpro - một hệ cơ sở dữ liệu đã ngừng phát triển, do đó hệ thống chỉ có thể hoạt động trong mạng nội bộ và cấp quyền cho rất ít tài khoản. Dữ liệu điểm phải xử lý trung gian rồi mới đưa lên trang web đăng ký học phần mỗi tuần một lần, khiến sinh viên không thể xem dữ liệu kịp thời và điểm thường xuyên thường bị trễ đến tận cuối học kỳ.

2. Ứng dụng di động này xử lý vấn đề tài khoản đăng nhập của người dùng như thế nào?

Ứng dụng không yêu cầu người dùng đăng ký mới mà tích hợp đồng bộ trực tiếp với hệ thống tài khoản có sẵn trên cổng thông tin đăng ký học phần của Trường Đại học An Giang thông qua địa chỉ website http://regis.vn. Hệ thống tự động xác định vai trò người dùng (sinh viên, giảng viên hoặc cố vấn học tập) sau khi xác thực thành công.

3. Tiêu chí nào được tác giả sử dụng để lọc danh sách các học phần cần cải thiện cho sinh viên?

Trong use case UC06 và thiết kế chức năng, hệ thống tự động rà soát cơ sở dữ liệu kết quả học tập và trích xuất danh sách tất cả các môn học có mức điểm chữ dưới mức C (tức các điểm D và F) để cảnh báo cho sinh viên chủ động đăng ký học lại nhằm nâng cao điểm trung bình tích lũy.

4. Ứng dụng kết nối với cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server bằng phương thức kỹ thuật nào?

Ứng dụng sử dụng trình điều khiển JDBC (Java Database Connectivity) thông qua việc cấu hình một tệp thư viện định dạng .jar đặt trong thư mục libs của dự án Android Studio, sau đó thêm vào cấu hình dự án thông qua hộp thoại Project Structure.

5. Việc xây dựng hệ thống theo dõi học tập này có mối liên hệ như thế nào với chuẩn kiểm định chất lượng AUN-QA?

Văn bản nêu rõ việc hỗ trợ cố vấn học tập chủ động theo dõi và đối sánh kết quả học tập của sinh viên trong suốt quá trình đào tạo là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng cấp chương trình theo chuẩn kiểm định chất lượng AUN-QA mà Trường Đại học An Giang đang hướng tới.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Yến Nhi đã giải quyết trọn vẹn bài toán xây dựng ứng dụng di động hỗ trợ quản lý và theo dõi quá trình học tập trên nền tảng Android cho Trường Đại học An Giang. Bằng việc phân tích thiết kế hệ thống chi tiết qua 15 bảng cơ sở dữ liệu quan hệ và 9 use case cốt lõi, tác giả đã hiện thực hóa thành công công cụ tra cứu điểm thường xuyên, trực quan hóa biểu đồ tích lũy và hỗ trợ đối sánh đào tạo cho sinh viên lẫn cán bộ cố vấn. Công trình là sự kế thừa và phát triển thực nghiệm có giá trị từ đề tài nghiên cứu cấp trường, đóng góp thiết thực cho công tác nâng cao chất lượng quản lý đào tạo theo các tiêu chuẩn kiểm định đại học.