Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh khối lượng dữ liệu số toàn cầu không ngừng tăng cao và đạt quy mô hàng chục zettabyte, việc xây dựng các hệ thống quản lý dữ liệu tập trung, chính xác và hiệu quả trở thành nhu cầu thiết yếu đối với các tổ chức và đơn vị giáo dục. Tại các cơ sở giáo dục đại học, công tác theo dõi, thống kê thành quả nghiên cứu và quy đổi giờ nghiên cứu khoa học (NCKH) của đội ngũ giảng viên giữ vai trò trọng tâm trong việc đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ năm học cũng như năng lực học thuật. Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng website quản lý và tính điểm các công trình nghiên cứu khoa học" do nhóm sinh viên Phạm Thanh Hòa và Ngô Anh Quốc thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Minh Đạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 06/2022) được triển khai nhằm giải quyết bài toán quản lý và tính giờ nghiên cứu khoa học cho toàn trường.

Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Xây dựng trang web quản lý và tính điểm các công trình khoa học cho Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh dựa trên nền tảng Spring Boot và Angular.
  2. Thiết kế giao diện trang web trực quan, đáp ứng các tiêu chuẩn thẩm mỹ và thao tác sử dụng thuận tiện.
  3. Cho phép giảng viên chủ động quản lý thông tin cá nhân và tự kê khai các công trình nghiên cứu khoa học đã thực hiện.
  4. Cung cấp chức năng cho trưởng đơn vị (lãnh đạo khoa) theo dõi số liệu thống kê về giờ NCKH và số lượng công trình trong phạm vi đơn vị phụ trách.
  5. Cung cấp công cụ cho quản trị viên (Admin) quản trị toàn bộ dữ liệu công trình nghiên cứu toàn trường, đồng thời thiết lập và điều chỉnh các thang danh mục quy đổi giờ NCKH theo quy định.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành 4 nội dung chính:

  • Tìm hiểu các quy trình, nghiệp vụ quản lý các công trình nghiên cứu khoa học trong môi trường đại học.
  • Nghiên cứu và xây dựng hệ thống back-end bằng Java Spring Boot kết hợp hệ cơ sở dữ liệu MongoDB.
  • Tìm hiểu và thực hiện tích hợp hệ thống quản lý nhân sự của nhà trường vào hệ thống quản lý công trình NCKH.
  • Nghiên cứu và thiết kế giao diện front-end ứng dụng bằng framework Angular.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là quy trình quản lý, kê khai, phê duyệt, quy đổi giờ chuẩn và thống kê các loại hình công trình nghiên cứu khoa học. Phạm vi ứng dụng tập trung vào hệ thống quản lý hoạt động NCKH của cán bộ, giảng viên, các khoa đào tạo và ban quản trị tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng các mô hình phát triển phần mềm hiện đại cùng các công nghệ web phân tầng nhằm xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu học thuật.

Khung công nghệ và nền tảng lý thuyết

  • Mô hình ứng dụng trang đơn (Single Page Application - SPA): Tối ưu hóa trải nghiệm người dùng, tải dữ liệu không đồng bộ và giảm tải lưu lượng truyền tải giữa máy khách và máy chủ.
  • Mô hình cơ sở dữ liệu hướng tài liệu (Document-oriented NoSQL): Sử dụng các collection lưu trữ văn bản định dạng JSON/BSON linh hoạt, cho phép cấu trúc dữ liệu biến đổi linh hoạt theo từng loại hình công trình mà không bị ràng buộc cứng nhắc bởi quan hệ khóa ngoại như cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống (RDBMS).
  • Kiến trúc dịch vụ RESTful: Xây dựng các API phân tầng rõ ràng giữa máy chủ nghiệp vụ và máy khách giao diện, hỗ trợ việc mở rộng và bảo trì hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp khảo sát và phân tích hiện trạng: Khảo sát các tính năng, giao diện của hệ thống quản lý lý lịch khoa học sẵn có tại một số trường đại học nhằm xác định các nghiệp vụ cần thiết.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến định hướng từ giảng viên hướng dẫn và đội ngũ kỹ thuật tại Trung tâm Công nghệ phần mềm thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh để chuẩn hóa quy trình tính điểm, quy đổi giờ NCKH.
  • Phương pháp mô hình hóa hướng đối tượng: Sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML) để xây dựng lược đồ ca sử dụng (Use Case Diagram), bảng đặc tả ca sử dụng chi tiết, lược đồ tuần tự (Sequence Diagram) và sơ đồ cấu trúc dữ liệu NoSQL.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu sử dụng trong hệ thống bao gồm thông tin nhân sự được tích hợp từ hệ thống quản lý nhân sự của nhà trường, danh mục phân loại công trình khoa học, bảng quy đổi định mức giờ chuẩn theo quy chế nội bộ và các trường thông tin minh chứng do người dùng nhập liệu.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc tách biệt giữa Front-end và Back-end thông qua việc giao tiếp bằng giao thức HTTP/HTTPS và định dạng dữ liệu JSON.

Thành phần Công nghệ / Thư viện Vai trò và đặc tính kỹ thuật
Back-end Java Spring Boot Đóng gói máy chủ nhúng Tomcat, cung cấp cơ chế Auto-configuration, quản lý đối tượng qua Annotation, tích hợp Spring Security phục vụ xác thực/phân quyền và Swagger hỗ trợ tài liệu hóa API.
Front-end Angular (TypeScript) Xây dựng ứng dụng SPA, hỗ trợ liên kết dữ liệu 2 chiều (two-way data binding), cấu trúc component tái sử dụng cao và tương thích đa trình duyệt.
Giao diện người dùng NG-ZORRO Thư viện UI component thiết kế dành riêng cho Angular, cung cấp hơn 60 thành phần giao diện chuẩn hóa theo ngôn ngữ thiết kế Ant Design, hỗ trợ OnPush tối ưu hóa hiệu năng.
Biểu đồ thống kê ApexCharts Thư viện nguồn mở (giấy phép MIT) phục vụ kết xuất các biểu đồ thống kê trực quan, tương tác động cho phân hệ báo cáo.
Cơ sở dữ liệu MongoDB Cơ sở dữ liệu NoSQL quản lý dữ liệu theo dạng Document/Collection, tốc độ truy vấn nhanh, hỗ trợ lưu trữ linh hoạt các tệp minh chứng và tài liệu khoa học.

Thiết kế cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu MongoDB của hệ thống được tổ chức thành các collection tương ứng với 10 loại hình công trình nghiên cứu khoa học cùng các collection danh mục cấu hình và bảng dữ liệu phụ trợ:

  1. Nhóm công trình NCKH: Bài báo khoa học, Bài giảng dạy học số, Biên soạn đề cương chi tiết, Đề tài NCKH, Dự án quốc tế, Hợp đồng chuyển giao công nghệ, Khóa học UTEx, Sở hữu trí tuệ, Xây dựng chương trình đào tạo, Xuất bản giáo trình, sách chuyên khảo.
  2. Nhóm danh mục và bảng quy đổi giờ: Cấp đề tài, Cấp độ dạy học số, Loại bài báo, Loại môn học, Loại chương trình đào tạo, Loại sách, Loại văn bằng, Giá trị hợp đồng quy đổi, Giờ quy đổi dự án quốc tế, Giờ quy đổi NCKH của khóa học UTEx, Giờ chuẩn đăng ký.
  3. Nhóm cấu trúc nhúng và phụ trợ: MyFile (quản lý tệp tin tải lên), Lịch sử chỉnh sửa cấp đề tài, Lịch sử chỉnh sửa cấp độ dạy học số.

Hệ thống áp dụng cơ chế xóa logic (soft delete) đối với các bảng dữ liệu để đảm bảo an toàn thông tin và lưu vết dữ liệu lịch sử.

Phân quyền và kiến trúc người dùng

Hệ thống thiết lập 4 nhóm tác tử (actors) với các mức độ truy cập riêng biệt:

  • Khách (Guest): Xem danh sách giảng viên theo đơn vị, xem lý lịch khoa học công khai của từng cá nhân, tra cứu danh sách và chi tiết các công trình NCKH theo loại hình.
  • Giảng viên: Quản lý thông tin cá nhân, cập nhật giờ chuẩn đăng ký hàng năm, theo dõi tổng giờ NCKH tích lũy; thực hiện xem, thêm và chỉnh sửa thông tin kê khai cho 10 loại hình công trình mà mình tham gia; xuất lý lịch khoa học.
  • Lãnh đạo khoa: Kế thừa toàn bộ quyền hạn của giảng viên; xem toàn bộ danh sách công trình NCKH của giảng viên trong khoa (hỗ trợ lọc theo năm và khoảng thời gian); xem thống kê tổng hợp số lượng công trình, giờ chuẩn đăng ký và tổng giờ NCKH của toàn thể cán bộ trong khoa.
  • Quản trị viên (Admin): Thực hiện đầy đủ quyền năng quản trị (xem, thêm, sửa, xóa logic) đối với tất cả 10 loại công trình NCKH trên phạm vi toàn trường; quản lý toàn bộ hệ thống danh mục cấu hình và định mức giờ quy đổi; quản lý giờ chuẩn đăng ký toàn trường; thống kê số lượng và giờ NCKH cấp trường và cấp khoa.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống quản lý công trình khoa học trong bối cảnh khối lượng thông tin số gia tăng nhanh. Tác giả xác định rõ 5 mục tiêu cốt lõi của đề tài, các yêu cầu chức năng đối với từng nhóm đối tượng sử dụng (Giảng viên, Lãnh đạo khoa, Admin, Khách), liệt kê công nghệ chính sử dụng (Spring Boot, Angular, MongoDB) và phương pháp thu thập yêu cầu từ thực tế thông qua việc khảo sát các hệ thống sẵn có cùng sự tham vấn chuyên môn từ Trung tâm Công nghệ phần mềm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này đi sâu vào phân tích đặc tính kỹ thuật, ưu điểm, nhược điểm và lý do lựa chọn của từng thành phần trong ngăn xếp công nghệ (tech stack):

  • Spring & Spring Boot: Phân tích khả năng tự cấu hình (auto-configuration), bảo mật theo chuẩn doanh nghiệp với Spring Security, khả năng nhúng máy chủ Tomcat trực tiếp vào gói thực thi JAR, việc sử dụng các thư viện bổ trợ như Lombok và Swagger. Tác giả chỉ ra nhược điểm về cấu hình phức tạp của Spring thuần và kích thước ứng dụng lớn do phụ thuộc nhiều thư viện, từ đó khẳng định việc áp dụng Spring Boot là giải pháp tối ưu cho việc phát triển back-end.
  • Angular: Phân tích ưu điểm trong việc xây dựng ứng dụng SPA, hỗ trợ ràng buộc dữ liệu 2 chiều, tái sử dụng component và kiểm thử đơn vị (Unit test).
  • MongoDB: Trình bày lý do chọn cơ sở dữ liệu NoSQL dựa trên tính linh hoạt của cấu trúc document (JSON/BSON), khả năng mở rộng, bảo trì thuận tiện và tốc độ truy vấn cao so với RDBMS trong bài toán lưu trữ tài liệu khoa học đa dạng.
  • NG-ZORRO và ApexCharts: Phân tích việc sử dụng hơn 60 UI component viết bằng TypeScript của NG-ZORRO để tạo giao diện hiện đại và ứng dụng ApexCharts nhằm tạo biểu đồ trực quan hóa dữ liệu thống kê.

Chương 3: Phân tích và mô hình hóa yêu cầu

Chương 3 chi tiết hóa toàn bộ các chức năng nghiệp vụ của hệ thống thông qua các bảng phân tích yêu cầu, sơ đồ ca sử dụng và lược đồ tuần tự:

  • Đặc tả chi tiết các nhóm chức năng của Giảng viên (kê khai 10 loại công trình, quản lý giờ chuẩn, xuất lý lịch khoa học), Lãnh đạo khoa (theo dõi, thống kê cấp khoa) và Quản trị viên (quản lý công trình toàn trường, cấu hình 10 danh mục quy đổi, quản trị giờ chuẩn).
  • Xây dựng 38 bảng đặc tả ca sử dụng chính (Use Case Specifications) xác định luồng sự kiện chính, điều kiện tiên quyết, luồng phụ và kết quả đầu ra.
  • Xây dựng 7 lược đồ tuần tự cho các tác vụ trọng yếu: Admin thêm đề tài NCKH, Admin xóa logic đề tài NCKH, Admin thống kê công trình toàn trường, Khách xem danh sách giảng viên theo đơn vị, Khách xem lý lịch khoa học, Admin thêm và chỉnh sửa danh mục cấp đề tài.

Chương 4: Thiết kế website

Chương 4 mô tả chi tiết phương án hiện thực hóa kiến trúc phần mềm và giao diện:

  • Thiết kế cơ sở dữ liệu: Sơ đồ tổ chức các collection trong MongoDB và bảng mô tả chi tiết thuộc tính cho 23 thực thể/collection và embedded documents.
  • Thiết kế giao diện: Trình bày cấu trúc và hình ảnh thiết kế của hơn 45 màn hình chức năng, bao gồm các trang quản trị danh mục và công trình của Admin, màn hình kê khai của Giảng viên, phân hệ báo cáo thống kê của Lãnh đạo khoa và trang tra cứu lý lịch khoa học dành cho người dùng Khách.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối tổng kết toàn bộ kết quả đạt được của đồ án sau quá trình nghiên cứu và lập trình, đối chiếu với các mục tiêu ban đầu, đồng thời đề xuất các định hướng phát triển nhằm nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xây dựng hoàn chỉnh website quản lý và tính điểm công trình NCKH với đầy đủ các phân hệ chức năng vận hành trên nền tảng Spring Boot, Angular và MongoDB.
  • Số hóa và chuẩn hóa quy trình quản lý đối với 10 loại hình công trình nghiên cứu khoa học:
    1. Bài báo khoa học
    2. Bài giảng dạy học số
    3. Biên soạn đề cương chi tiết
    4. Đề tài NCKH
    5. Dự án quốc tế
    6. Hợp đồng chuyển giao công nghệ
    7. Khóa học UTEx
    8. Sở hữu trí tuệ
    9. Xây dựng chương trình đào tạo
    10. Xuất bản giáo trình, sách chuyên khảo
  • Thiết lập hệ thống quản trị danh mục quy đổi linh hoạt với 10 bảng danh mục định mức: Loại bài báo, Cấp độ dạy học số, Loại môn học, Giờ quy đổi dự án quốc tế, Loại văn bằng, Loại chương trình đào tạo, Loại sách, Giá trị hợp đồng quy đổi, Cấp đề tài và Giờ quy đổi khóa học UTEx.
  • Tích hợp thành công dữ liệu nhân sự của trường, cung cấp chức năng tính toán tổng giờ NCKH tự động, xuất bản lý lịch khoa học của giảng viên và kết xuất báo cáo thống kê trực quan bằng biểu đồ ApexCharts.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp một giải pháp phần mềm chuyên biệt phục vụ công tác chuyển đổi số trong quản lý NCKH tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, thay thế phương thức quản lý thủ công phân tán.
  • Tự động hóa quy trình kê khai, phê duyệt và quy đổi giờ nghiên cứu khoa học của giảng viên theo các tiêu chí và khung định mức rõ ràng.
  • Đóng góp mô hình thiết kế cơ sở dữ liệu NoSQL linh hoạt, có khả năng thích ứng cao khi nhà trường ban hành các quy chế tính điểm mới hoặc bổ sung các loại hình nghiên cứu mới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Hệ thống được thiết kế và xây dựng dựa trên các quy định và nghiệp vụ cụ thể của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, do đó cần điều chỉnh cấu trúc danh mục nếu muốn áp dụng tại các đơn vị có mô hình quản lý khác biệt.
  • Cơ sở dữ liệu MongoDB không hỗ trợ các ràng buộc toàn vẹn quan hệ (như khóa ngoại, thao tác join trực tiếp) như RDBMS, đòi hỏi việc kiểm soát tính nhất quán dữ liệu phải phụ thuộc nhiều vào tầng logic nghiệp vụ của ứng dụng Back-end.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng và hoàn thiện thêm các phân hệ tính năng nâng cao phục vụ công tác quản lý chuyên sâu.
  • Tối ưu hóa hiệu năng xử lý dữ liệu và thuật toán truy vấn khi quy mô dữ liệu công trình và tài liệu đính kèm gia tăng lớn.
  • Nâng cấp khả năng đồng bộ dữ liệu đa nền tảng, tích hợp sâu hơn với các hệ thống thông tin quản lý đào tạo và cổng thông tin điện tử khác của nhà trường.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Công nghệ thông tin và Kỹ thuật phần mềm: Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình phân tích yêu cầu nghiệp vụ, thiết kế hệ thống theo mô hình hướng đối tượng, đặc tả ca sử dụng chi tiết và lược đồ tuần tự.
  • Lập trình viên phát triển ứng dụng Full-stack: Tham khảo kinh nghiệm kết hợp các công nghệ hiện đại bao gồm Spring Boot (Back-end), Angular (Front-end), thư viện giao diện NG-ZORRO, biểu đồ ApexCharts và hệ quản trị cơ sở dữ liệu MongoDB.
  • Cán bộ quản lý học thuật và nghiên cứu khoa học tại các trường đại học: Tham khảo mô hình phân loại 10 nhóm công trình khoa học và cơ chế thiết kế bảng quy đổi định mức giờ chuẩn phục vụ công tác chuyển đổi số quản lý giáo dục.

Phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu là hệ thống 38 bảng đặc tả ca sử dụng tại Chương 3 và cấu trúc thiết kế chi tiết các collection, embedded document trong MongoDB tại Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống quản lý những loại hình công trình nghiên cứu khoa học nào?

Hệ thống quản lý 10 loại hình công trình nghiên cứu khoa học cụ thể gồm: Bài báo khoa học; Bài giảng dạy học số; Biên soạn đề cương chi tiết; Đề tài NCKH; Dự án quốc tế; Hợp đồng chuyển giao công nghệ; Khóa học UTEx; Sở hữu trí tuệ; Xây dựng chương trình đào tạo; Xuất bản giáo trình, sách chuyên khảo.

2. Sự khác biệt về quyền hạn giữa Lãnh đạo khoa và Quản trị viên (Admin) là gì?

Lãnh đạo khoa có quyền xem danh sách công trình, theo dõi giờ NCKH và số lượng công trình của toàn bộ giảng viên trong phạm vi khoa mình phụ trách. Quản trị viên có toàn quyền xem, thêm, sửa, xóa logic các công trình NCKH trên quy mô toàn trường, đồng thời là đối tượng duy nhất có quyền thiết lập, chỉnh sửa các bảng danh mục quy đổi giờ NCKH và quản lý giờ chuẩn đăng ký toàn trường.

3. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn MongoDB thay vì cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS)?

Nhóm tác giả chọn MongoDB vì đây là hệ cơ sở dữ liệu NoSQL hướng tài liệu, lưu trữ dữ liệu dưới dạng JSON/BSON linh hoạt, cho phép cấu trúc dữ liệu dễ dàng mở rộng, bảo trì và sửa đổi mà không bị ràng buộc cứng nhắc bởi cấu trúc bảng cố định. Ngoài ra, MongoDB mang lại tốc độ truy vấn nhanh và hiệu quả cao khi xử lý đồng thời nhiều tài liệu khoa học.

4. Cơ chế xóa dữ liệu công trình khoa học trong hệ thống được xử lý như thế nào?

Hệ thống áp dụng cơ chế "xóa logic" (soft delete) do Quản trị viên thực hiện đối với các công trình NCKH và các bảng danh mục quy đổi. Thao tác này giúp dữ liệu không bị xóa hoàn toàn khỏi cơ sở dữ liệu vật lý, đảm bảo an toàn thông tin và phục vụ công tác lưu vết lịch sử.

5. Giảng viên có thể thực hiện những thao tác nào liên quan đến thông tin cá nhân và giờ NCKH?

Giảng viên có thể xem thông tin cá nhân của mình, tự chỉnh sửa giờ chuẩn đăng ký cho năm hiện tại, xem chi tiết và tổng giờ NCKH tích lũy theo từng loại hình công trình, tự kê khai và chỉnh sửa thông tin các công trình khoa học có tham gia, đồng thời xuất lý lịch khoa học cá nhân từ hệ thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng website quản lý và tính điểm các công trình nghiên cứu khoa học" của nhóm sinh viên Phạm Thanh Hòa và Ngô Anh Quốc đã giải quyết thành công bài toán số hóa công tác quản trị hoạt động học thuật tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Bằng việc kết hợp hiệu quả các công nghệ Spring Boot, Angular, NG-ZORRO và MongoDB, hệ thống đã cung cấp một công cụ trực quan phục vụ đầy đủ 4 nhóm tác tử từ người dùng phổ thông, giảng viên, lãnh đạo khoa đến quản trị viên cấp trường. Công trình thể hiện sự hoàn chỉnh từ khâu phân tích nghiệp vụ, thiết kế kiến trúc đến triển khai thực tế, đóng góp giá trị thiết thực vào tiến trình tin học hóa quản lý giáo dục đại học.