Tài liệu Cơ sở dữ liệu XML trong tổ chức quản lý ngân hàng câu hỏi theo tiêu chuẩn QTI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ---] ^--- BÙI THỊ ĐÔNG CƠ SỞ DỮ LIỆU XML TRONG TỔ CHỨC QUẢN LÝ NGÂN HÀNG CÂU HỎI THEO CHUẨN QTI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ---] ^--- BÙI THỊ ĐÔNG CƠ SỞ DỮ LIỆU XML TRONG TỔ CHỨC QUẢN LÝ NGÂN HÀNG CÂU HỎI THEO CHUẨN QTI Ngành: Công nghệ Thông tin Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH HÓA Hà Nội - 2007 MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................. iv MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 SÁT HẠCH TRẮC NGHIỆM BẰNG MÁY TÍNH VÀ CHUẨN QTI..........................................................................................................................3 1.1. Sát hạch trắc nghiệm bằng máy tính ....................................................3 1.1.1 Sự phát triển của các hệ thống sát hạch ........................................3 1.1.2 Các đặc điểm của trắc nghiệm trực tuyến.....................................5 1.1.3 Sử dụng trắc nghiệm trực tuyến trong các hệ thống e-Learning ..6 1.2. Đặc tả QTI ............................................................................................7 1.2.1. Mục đích đưa ra đặc tả QTI ..........................................................7 1.2.2. Các đối tượng chính trong QTI.....................................................8 CHƯƠNG 2 XML VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU XML..................................................10 2.1. XML ...................................................................................................10 2.1.1. Giới thiệu ....................................................................................10 2.1.2. Cấu trúc của tài liệu XML ..........................................................11 2.1.3. Định nghĩa kiểu tài liệu – DTD ..................................................13 2.1.4. Tài liệu hướng dữ liệu và tài liệu hướng văn bản .......................14 2.1.5. Mô hình đối tượng của tài liệu XML (DOM).............................15 2.2. Các ngôn ngữ truy vấn XML .............................................................18 2.2.1. XPath...........................................................................................18 2.2.2. XQuery........................................................................................19 2.3. Cơ sở dữ liệu XML ............................................................................21 2.3.1. Từ hệ thống tệp phẳng đến XML [9]..........................................22 2.3.2. Các hệ thống CSDL XML ..........................................................23 2.4. Cơ sở dữ liệu XML nguyên bản - NXD[20] ......................................24 2.4.1. NXD là gì? ..................................................................................24 2.4.2. Các đặc tính của NXD ................................................................25 2.4.3. Hai kiểu NXD .............................................................................33 2.4.4. Kiến trúc NXD............................................................................34 2.4.5. Khung kiến trúc chung cho các NXD[11] ..................................35 i CHƯƠNG 3 eXist – HỆ CSDL XML NGUYÊN BẢN......................................38 3.1. Giới thiệu............................................................................................38 3.2. Lưu trữ và đánh chỉ số XML..............................................................38 3.2.1. Nền tảng ......................................................................................38 3.2.2. Các giản đồ đánh chỉ số ..............................................................40 3.2.3. Tổ chức dữ liệu và chỉ số............................................................43 3.3. Thực thi ngôn ngữ truy vấn trong eXist .............................................46 3.3.1. Thuật toán ghép đường ...............................................................46 3.3.2. Sự mở rộng ngôn ngữ truy vấn trong eXist ................................49 3.3.3. Hiệu năng và tính mở rộng .........................................................50 3.4. Các bước cơ bản để triển khai eXist ..................................................53 3.4.1. Cài đặt eXist................................................................................53 3.4.2. Khởi động eXist Database ..........................................................54 3.4.3. Truy cập tới eXist Database........................................................55 3.4.4. Quản trị CSDL ............................................................................55 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG eXist.............................................................................58 TRONG QUẢN LÝ NGÂN HÀNG CÂU HỎI ...................................................58 4.1. Ngân hàng câu hỏi cho môn MS Excel ..............................................58 4.2. Tự động sinh bài thi trắc nghiệm .......................................................59 4.3. Tổ chức và quản lý ngân hàng câu hỏi trong eXist............................59 4.4. Xây dựng các XQuery khai thác ngân hàng câu hỏi qua web ..........61 KẾT LUẬN...........................................................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................71 PHỤ LỤC .............................................................................................................74 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Stt Từ hoặc cụm từ Từ viết tắt Từ Tiếng Anh 1. Trắc nghiệm trực tuyến iBT internet Based Testing 2. Đào tạo trên Web WBT Web Based Training 3. Đặc tả về tính khả thi tương IMS QTI tác giữa câu hỏi và bài trắc nghiệm của tổ chức IMS Global IMS Question & Test Interoperability Specification 4. Ngôn ngữ đánh dấu mở XML rộng eXtensible Markup Language 5. Mô hình đối tượng tài liệu DOM Document Object Model 6. Định nghĩa kiểu tài liệu DTD Document Type Definition 7. Giao diện lập trình ứng SAX dụng đơn giản cho XML Simple API for XML 8. Định nghĩa giản đồ XML XML Schema Definition 9. Cơ sở dữ liệu XML nguyên NXD bản XSD Native XML Database 10. Cơ sở dữ liệu khả XML XED XML-Enabled Database 11. Ngôn ngữ truy vấn XML XQUERY XML QUERY LANGUAGE 12. Cơ sở dữ liệu CSDL Database 13. Không gian tên Namespace Namespace 14. Giản đồ XML XML shema XML shema 15. Hệ quản trị nội dung CMS Content Management System 16. Giao diện lập trình ứng API dụng Application Programing Interface iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Một tài liệu XML “books.xml” ............................................................12 Hình 2.2: Thể hiện tài liệu XML dưới mô hình cây .............................................12 Hình 2.3: Một tài liệu DTD đơn giản “book.dtd” cho “books.xml” ....................14 Hình 2.4: Trục thời gian thể hiện sự phát triển của các hệ thống CSDL..............22 Hình 2.5: Khung kiến trúc chung cho một hệ quản trị dữ liệu XML ...................36 Hình 3.1: Giản đồ đánh số theo kiểu level-order..................................................41 Hình 3.2: Giản đồ đánh số theo kiểu level-order..................................................42 Hình 3.3: Tổ chức lưu trữ dữ liệu XML ...............................................................45 Hình 3.4: Phân tích biểu thức đường dẫn .............................................................47 Hình 3.5: Thuật toán Ancestor-Descendant .........................................................49 Hình 3.6: Thời gian thực thi truy vấn trung bình theo dung lượng dữ liệu ..........53 Hình 3.7: Các biểu tượng của eXist......................................................................54 Hình 3.8: Cửa sổ eXist Database Startup .............................................................54 Hình 3.9: Trang eXist ..........................................................................................55 Hình 3.10: Cửa sổ điền thông số kết nối đến CSDL ............................................56 Hình 3.11: Cửa sổ làm việc sau khi kết nối ..........................................................57 Hình 4.1: Kết quả xác thực số câu hỏi có trong sưu tập MSExcel .......................61 Hình 4.2: Truy vấn listItem.xql ............................................................................62 Hình 4.3: Trang web hiển thị kết quả thực thi listItem.xql...................................62 Hình 4.4: Truy vấn ItemB5_6.xql.........................................................................63 Hình 4.5: Trang web hiển thị kết quả thực thi ItemB5_6.xql...............................64 Hình 4.6: Đoạn mã để sinh ra $num số ngẫu nhiên nhỏ hơn $max......................65 Hình 4.8: Đoạn mã để lấy ra các câu hỏi thuộc bài “Công thức và hàm” ............65 Hình 4.7: Đoạn mã để lấy ra các câu hỏi thuộc dạng selectPoint.........................65 Hình 4.7: Đoạn mã chọn ra các câu hỏi còn lại ....................................................66 Hình 4.8: Mã nguồn của truy vấn MSExcelQuestion.xql.....................................67 Hinh 4.9: Kết quả thực thi truy vấn MSExcelQuestion.xql..................................68 iv MỞ ĐẦU Những năm gần đây XML đang trở hành một chuẩn để trao đổi và thể hiện dữ liệu trên Internet. XML không chỉ xuất hiện trong các nghiên cứu khoa học mà đã được sử dụng trong nhiều sản phẩm thương mại. Sự xuất hiện của chuẩn QTI cho các hệ thống sát hạch trắc nghiệm đã khẳng định thêm vai trò quan trọng của XML, XML như là một cầu nối để trao đổi và chia sẻ tài nguyên giữa các đơn vị giáo dục đào tạo. Theo chuẩn QTI, các câu hỏi được dùng trong các hệ thống sát hạch là các tệp XML. Vì vậy việc quản trị dữ liệu XML hiệu quả trở thành vấn đề cốt lõi trong quản lý và khai thác ngân hàng câu hỏi. Hầu hết việc lưu trữ XML trước đây dựa trên các hệ thống quản trị dữ liệu truyền thống nhưng thời gian gần đây đã có sự xuất hiện của một số sản phẩm CSDL chuyên biệt dành cho dữ liệu XML. Luận văn tập trung nghiên cứu về một loại CSDL XML và ứng dụng nó vào quản trị ngân hàng câu hỏi trong hệ thống thi trắc nghiệm do Viện CNTTĐHQG HN phát triển. Luận văn được chia thành 4 chương với các nội dung sau: Chương 1: Sát hạch trắc nghiệm bằng máy tính và chuẩn QTI Giới thiệu về sự phát triển của các hệ thống sát hạch; các đặc điểm của hệ thống trắc nghiệm trực tuyến và vấn đề quản trị ngân hàng câu hỏi, tạo các bài thi. Từ nhu cầu phát triển của các hệ thống sát hạch chương này tiếp tục trình bày về chuẩn QTI, mục đích đưa ra đặc tả QTI, một số đối tượng chính trong đặc tả QTI. Chương 2: XML và cơ sở dữ liệu XML Trong chương này tập trung giới thiệu về XML; giới thiệu hai ngôn ngữ truy vấn dữ liệu XML đang thịnh hành; giới thiệu hai loại CSDL XML; giới thiệu về NXD và kiến trúc của NXD. Chương 3: eXist – Hệ CSDL XML nguyên bản Chương này trình bày cách thức tổ chức dữ liệu, đánh chỉ số và thực thi truy vấn của eXist. Trong chương này cũng giới thiệu một số bước rất cơ bản để những người mới làm quen có thể sử dụng eXist. 1 Chương 4: Sử dụng eXist trong quản lý ngân hàng câu hỏi theo chuẩn QTI Trình bày cách thức tổ chức, quản lý và khai thác ngân hàng câu hỏi tuân theo chuẩn QTI. Ngoài ra phần này cũng tập chung vào việc thử nghiệm với bộ câu hỏi cho một môn học cụ thể, tập trung vào việc giải quyết một yêu cầu cụ thể. Phần kết luận đưa ra tổng kết các kết quả luận văn đã làm được và một số hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn. 2 CHƯƠNG 1 SÁT HẠCH TRẮC NGHIỆM BẰNG MÁY TÍNH VÀ CHUẨN QTI 1.1. Sát hạch trắc nghiệm bằng máy tính 1.1.1 Sự phát triển của các hệ thống sát hạch Từ những năm 2000 trở lại đây, các tổ chức giáo dục đã và đang triển khai ứng dụng các công nghệ mới trong dạy và học để tăng chất lượng, hiệu quả trong giáo dục và đào tạo. Từ việc đưa các bài giảng phổ biến kiến thức lên truyền hình đến việc sử dụng hạ tầng mạng máy tính để triển khai các khóa học từ cơ bản đến nâng cao trên Internet, chính điều này đã làm tăng kênh tiếp thu kiến thức và kỹ năng cho người học. Tính ưu việt và sự thành công của quá trình phát triển như thế có thể tăng lên bởi sự thực hiện việc thích ứng với từng người dùng do đó kinh nghiệm học tập có thể được tăng. Bên cạnh sự phát triển của các môi trường học tập thì phương pháp kiểm tra kiến thức cũng được phát triển theo. Nếu như trước những năm 2000 thì việc thi trắc nghiệm hầu hết chỉ được thực hiện đối với các môn ngoại ngữ, thi sát hạch lấy giấy phép lái xe thì sau những năm 2000 việc sử dụng hình thức thi trắc nghiệm đã được triển khai hầu như ở rất cả các môn chỉ ngoại trừ các môn yêu cầu về kỹ năng hình thể như múa, hát. Việc triển khai hình thức thi trắc nghiệm có thể được thực hiện ở nhiều mức khác nhau: thi trắc nghiệm trên giấy và giáo viên tự chấm điểm, thi trắc nghiệm trên giấy và kết hợp với công nghệ thông tin trong việc chấm điểm, thi trắc nghiệm qua một phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân, thi trắc nghiệm qua mạng. Trong các hình thức thi trắc nghiệm đã kể trên thì hình thức thi trắc nghiệm qua mạng đã và đang rất được quan tâm và đầu tư trong các đơn vị giáo dục. Thi trắc nghiệm qua mạng được triển khai theo nhiều phương thức khác nhau và mức ứng dụng công nghệ trong từng công đoạn (ra đề thi, tổ chức đề thi, thi, chấm thi, đánh giá và tổng kết kết quả thi) cũng khác nhau. Việc sử dụng chương trình máy tính nhằm hỗ trợ giáo viên trong việc xây dựng, quản lý ngân hàng câu hỏi, tổ chức các đề thi và chấm điểm tự động là hết sức cần thiết. Thông qua đó, thí sinh có thể thực hiện bài thi trắc nghiệm trực tiếp trên máy và biết điểm ngay sau đó. 3 Một hệ thống sát hạch trực tuyến luôn gồm hai thành phần quan trọng là CSDL ngân hàng câu hỏi và các chức năng quản lý, phân phát bài thi thông qua mạng Intranet/Internet. Ngân hàng câu hỏi được xem là phần nội dung của hệ thống, trong đó các câu hỏi được phân loại theo môn học hoặc theo chủ đề, rồi được tập hợp lại trong CSDL đặt ở máy chủ. Các chức năng quản lý ngoài nhiệm vụ quản lý toàn bộ các đối tượng tham gia hệ thống như thí sinh, giáo viên... còn có nhiệm vụ tổ chức những câu hỏi được rút ra từ ngân hàng thành bài thi và phân phối cho thí sinh thông qua trình duyệt web, đồng thời phân tích các phương án trả lời và hiển thị kết quả bài thi của thí sinh đó. Trong một số hệ thống sát hạch trực tuyến, các thành phần của hệ thống có thể được sử dụng như những phân hệ độc lập như phân hệ tạo câu hỏi (Authoring Tool), phân hệ quản lý ngân hàng câu hỏi (Item Bank System), phân hệ tổ chức và phân phối bài sát hạch (Delivery System). Các phân hệ này có thể hoạt động độc lập, đặc biệt là phân hệ tạo câu hỏi (do cần huy động nhiều tài nguyên trên máy tính đơn nên thường được cài đặt vào máy tính đơn thay vì hoạt động trên nền web) hoặc có thể kết nối với nhau thành một hệ thống nhất khi tổ chức kỳ thi [17]. Việc tổ chức và phân phối bài trắc nghiêm đến thí sinh được thực hiện theo nhiều phương thức, trong đó, có thể kể đến hai phương thức phổ biến là: (1) dùng phần mềm thi trắc nghiệm cài đặt sẵn trên máy tính cá nhân (Computer Based Testing - CBT); (2) dùng phần mềm thi trắc nghiệm trực tuyến (Online Testing hay Internet Based Testing - iBT). Trắc nghiệm trực tuyến là một phương thức triển khai thi trắc nghiệm được ra đời cùng với sự phát triển của công nghệ Web và ngày càng được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. Trắc nghiệm trực tuyến được hiểu như sau: Trắc nghiệm trực tuyến (Online Testing) là hình thức thi trắc nghiệm áp dụng cho loại trắc nghiệm khách quan, trong đó các công đoạn tổ chức bài thi, thi, chấm thi, đánh giá và tổng hợp kết quả đều có thể được thực hiện thông qua trình duyệt Web. 4 1.1.2 Các đặc điểm của trắc nghiệm trực tuyến Trắc nghiệm trực tuyến mang đầy đủ các đặc điểm của hình thức trắc nghiệm trên máy tính như [2]: Phát sinh các bài thi và chấm thi tự động. Hệ thống thi trắc nghiệm thực hiện chọn ngẫu nhiên các câu hỏi trong ngân hàng câu hỏi và đưa vào các bài thi sao các câu hỏi trong mỗi bài thi được trải khắp trên toàn bộ các nội dung của môn học, số lượng câu hỏi trên các bài thi là như nhau và chúng cùng độ khó. Nếu ngân hàng với số lượng lớn các câu hỏi, có thể đảm bảo cho các thí sinh ngồi gần nhau có đề thi khác nhau. Công việc chấm thi cũng được thực hiện ngay khi thí sinh kết thúc bài thi và cho kết quả ngay sau đó. Việc phát sinh bài thi và chấm thi được thực hiện tự động và khách quan, đặc biệt thích hợp với các kỳ thi có số lượng thí sinh lớn. Đây cũng chính là một trong những ưu điểm của hệ thống thi trắc nghiệm trên máy tính nói chung. Vấn đề đảm bảo an toàn bí mật cho các câu hỏi và đáp án được quan tâm và xem xét một cách nghiêm túc. Ngoài các đặc điểm chung của phương thức thi trắc nghiệm trên máy tính, trắc nghiệm trực tuyến còn có một số đặc điểm riêng như: Dễ dàng triển khai các kỳ thi trắc nghiệm trên diện rộng. Một hệ thống thi trắc nghiệm trực tuyến cho phép thí sinh có thể tham gia kỳ thi từ bất kỳ nơi nào, chẳng hạn, các trung tâm sát hạch được ủy quyền, có máy tính được kết nối với máy chủ cung cấp đề thi. Đây là một thuận lợi lớn đối với các kỳ thi trên diện rộng và theo quy mô lớn, chẳng hạn như kỳ thi thi sát hạch lấy chứng chỉ quốc tế. Khi tham gia những kỳ thi tổ chức theo hình thức thi trắc nghiệm trực tuyến thí sinh có thể thực hiện bài thi ở ngay hội đồng thi được uỷ quyền tại địa phương, do đó, giúp giảm chi phí đi lại cho thí sinh. Giáo viên dễ dàng xây dựng và cập nhật ngân hàng câu hỏi. Hệ thống thi trắc nghiệm trực tuyến giúp cho giáo viên dễ dàng hơn trong việc xây dựng ngân hàng câu hỏi nhờ việc phân chia thành các dạng câu hỏi. Giáo viên cũng có thể dễ dàng cập nhật các câu hỏi từ bất kỳ máy tính nào có kết nối với hệ thống trắc nghiệm. Hệ thống thi trắc nghiệm trực tuyến cho phép các giáo viên trong cùng bộ môn dễ dàng sử dụng chung các câu hỏi trong ngân hàng. Ngân hàng câu hỏi dùng chung có ý nghĩa là mối liên kết thực hiện giao lưu chia sẻ kinh nghiệm và học tập giữa các giáo viên trong việc đánh giá. Nhờ thực hiện chung trên mạng, các câu hỏi có thể được sử dụng chung, tiết kiệm công sức, không lặp 5 lại những câu hỏi đã có, từ đó có thể phát triển nhiều câu hỏi đa dạng và phong phú hơn. Do đó, nếu sử dụng thi trắc nghiệm trực tuyến trong việc đánh giá kết quả của một môn học, một chương trình học trong trường đại học cũng rất thuận lợi. Có thể gặp các sự cố trên đường truyền. Trắc nghiệm trực tuyến sử dụng hạ tầng mạng máy tính để truyền tải bài thi từ máy chủ tới máy tính của thí sinh, do đó, có thể gặp một số sự cố như: thí sinh đang làm bài thi thì mất điện, tính an toàn và bảo mật cho các câu hỏi không cao khi truyền tải trên đường truyền… Do vậy, mỗi hệ thống trắc nghiệm trực tuyến cần có những biện pháp khắc phục nhược điểm này 1.1.3 Sử dụng trắc nghiệm trực tuyến trong các hệ thống e-Learning Đối tượng tham gia các khóa học e-Learning đặc biệt là hình thức đào tạo qua mạng (Web Based Training) từ nhiều nơi khác nhau và học vào những thời điểm khác nhau. Hơn nữa, trong cấu trúc của một số khóa học điện tử được thiết kế có đan xen các bài kiểm tra vào giữa chương trình học hoặc giữa các bài học. Do vậy, việc sử dụng hình thức trắc nghiệm trực tuyến trong các bài kiểm tra, hoặc trong kỳ thi đầu vào hay kỳ thi cuối khóa của các khóa học điện tử là một lựa chọn hợp lý và mang lại hiệu quả. Trong các hệ thống phần mềm e-Learning như Moodle, … đều tích hợp module hỗ trợ thi trắc nghiệm để giáo viên có thể sát hạch học viên của mình hoặc bản thân học viên có thể tự kiểm tra lại kiến thức mình đã thu thập được. Một số trường đại học và cao đẳng chuyên nghiệp ở Việt Nam có sử dụng hệ thống e-Learning trong hệ đào tào từ xa. Tuy nhiên khi thi thì học viên phải đến tham gia thi tập trung có thể sử dụng hình thức thi truyền thống hoặc sử dụng các hệ thống sát hạch trắc nghiệm, sở dĩ ở đây chưa hoàn toàn tin tưởng vào hình thức sát hạch qua mạng vì lý do gian lận trong thi cử. Ngoài ra còn có rất nhiều trung tâm ủy quyền để sát hạch lấy chứng chỉ quốc tế như CCNA, CCNP, MSCA … đã mang lại hiệu quả cao cả về mặt kinh tế lẫn học vấn, tuy nhiên không có cơ quan nào đảm bảo được tính chính xác việc tuân thủ đúng quy định ở các trung tâm này. Trong quá trình thi chất lượng đảm bảo đến đâu phụ thuộc vào sự nghiêm khắc của trung tâm ủy quyền cũng như tính tự giác của thí sinh tham gia thi. Với các hệ thống sát hạch trắc nghiệm vừa và nhỏ thường thì các phân hệ được tích hợp vào cùng với nhau và được xem như các module nhỏ của hệ thống, 6 tuy nhiên khi triển khai ở diện rộng và việc chuyên nghiệp hóa từng chức năng thì từng phân hệ nên được xây dựng một cách độc lập và dữ liệu ra của phân hệ này có thể dùng làm dữ liệu vào của phân hệ kia. Với hệ thống quản lý ngân hàng câu hỏi thì có thể sử dụng dữ liệu ra của phân hệ soạn thảo câu hỏi để làm dữ liệu vào của mình, mặt khác thì dữ liệu ra của phân hệ này được dùng làm dữ liệu vào cho phân hệ phân phát bài thi. 1.2. Đặc tả QTI Đặc tả IMS Question & Test Interoperability (QTI) [2,17] mô tả cấu trúc cơ bản để biểu diễn dữ liệu câu hỏi (item), bài thi (assessment) và các báo cáo kết quả tương ứng. Bởi vậy, đặc tả cho phép trao đổi dữ liệu của câu hỏi, bài thi và kết quả giữa các hệ quản trị học LMS, cũng như giữa các người tạo ra nội dung, các thư viện nội dung và tuyển tập các nội dung. Đặc tả IMS QTI được mô tả bằng ngôn ngữ XML. XML là một ngôn ngữ đánh dấu mềm dẻo và thường được sử dụng để mã hóa các mô hình dữ liệu cho các ứng dụng trên Internet và ứng dụng phân tán. Đặc tả IMS QTI có thể mở rộng và tuỳ biến để các hệ thống chuyên dụng hay cá nhân đều có thể áp dụng. 1.2.1. Mục đích đưa ra đặc tả QTI Nhóm làm việc IMS QTI đặc biệt liên quan tới các nhà sản xuất nội dung (ví dụ như các nhà tạo câu hỏi và xây dựng bài thi), các nhà kinh doanh bán ra các hệ thống và công cụ học ảo, các người dùng câu hỏi/bài thi (ví dụ như người học, giáo viên, người đào tạo…). Thị trường đích bao gồm giáo dục tiểu học, trung học, đại học, đào tạo về thương mại và quân sự. Các đặc tả IMS QTI dự định hướng tới các yêu cầu quốc tế, tập trung vào các tính năng sau: - Khả năng cung cấp các ngân hàng câu hỏi tới người dùng mà không quan tâm tới môi trường học ảo của người dùng đó. - Khả năng sử dụng nhiều nguồn ngân hàng câu hỏi trong một môi trường học ảo. - Hỗ trợ cho các công cụ để phát triển các ngân hàng câu hỏi mới một cách nhất quán. - Khả năng đưa ra các kết quả thi một cách nhất quán. 7 Để có được các tính năng trên, chuẩn QTI phải thoả mãn các yêu cầu dưới đây theo trình tự ưu tiên: - Định nghĩa về các thuộc tính đã được chuẩn hóa (meta-data của câu hỏi) cho các câu hỏi, các lựa chọn, phản hồi/rẽ nhánh, chấm điểm, meta-data cùng với định danh của các thành phần bắt buộc hay tuỳ chọn. - Tính khả thi tương tác của câu hỏi/ngân hàng câu hỏi - định nghĩa về đóng gói và phân phát. - Lược đồ mở rộng cho báo cáo kết quả thi. - Lược đồ mở rộng cho phiên thi, theo vết và biểu diễn. - Các API cho các giao diện động lấy câu hỏi và thi, chấm điểm. 1.2.2. Các đối tượng chính trong QTI Trong tài liệu QTI, 3 đối tượng cơ bản nhất được đưa ra là: Assessment, Section, Item (ASI) . - Item: là đối tượng có thể trao đổi được nhỏ nhất trong tài liệu QTI-XML. Một “Item” rộng hơn một “Question”, cụ thể là Item chứa câu hỏi (Question), ngoài ra còn có các thành phần khác như: các lời dẫn hay chú thích; biểu diễn về cách xử lý phương án trả lời của thí sinh; phần thể hiện phản hồi khi thí sinh trả lời câu hỏi (trong một số trường hợp); meta-data mô tả cho item. - Assessment: Một “Assessment” tương đương với một bài trắc nghiệm (Test). Assessment chứa tập các Item dùng để đánh giá năng lực thí sinh. Assessment cũng chứa những chỉ dẫn (instruction) cần thiết để tổng hợp điểm của tất cả các item trong nó thành điểm của bài trắc nghiệm. - Section: Một section được sử dụng để xây dựng các đối tượng đánh giá theo thứ bậc. Một section cũng có thể chứa một hoặc nhiều section khác. Một section có thể xem như một chủ đề trong một môn học cần được lượng giá trong bài trắc nghiệm. Ngoài 3 đối tượng cơ bản nêu trên, còn có một số đối tượng khác thường xuyên có mặt trong tài liệu tuân thủ QTI, đáng chú ý là: object-bank và assessment-bank. 8 - Object-bank: đây là một tập các item và section. Một object-bank có một định danh duy nhất và nhờ có meta-data mà nội dung của nó có thể được tìm thấy bởi các hệ thống. Một object-bank được sử dụng để chứa cơ sở dữ liệu về đánh giá các đối tượng được sử dụng trong các bài trắc nghiệm (assessment). Các Object-bank được chuyển đổi sử dụng nhờ đóng gói thành gói chuẩn (QTI package). Một QTI package là một file ZIP trong đó gồm một file chứa XML meta-data (imsmanifest.xml), file XML mô tả các đối tượng dữ liệu (item, section) – các đối tượng dữ liệu này được chứa trong cặp thẻ và cuối cùng là các tài nguyên khác như hình ảnh, âm thanh. Các object-bank sử dụng trong trường hợp cần tổng hợp bài thi từ các thành phần đơn lẻ là các item và các section. Phân hệ tổ chức và phân phối bài sát hạch cần tổng hợp các item, section thành các bài thi trước khi phân phối đến thi sinh. - Assessment-bank: là một tập các bài trắc nghiệm (assessment) mà trong các bài trắc nghiệm này đều có chứa các item, section. Một assessmentbank có định danh (identifier) duy nhất và meta-data, nhờ đó, nội dung của nó có thể được tìm thấy bởi các hệ thống. Một assessment-bank được sử dụng để chứa một tập các bài trắc nghiệm có liên quan với nhau. Tương tự như các object-bank, các assessment-bank có thể được chuyển đổi sử dụng nhờ đóng gói thành gói chuẩn (QTI package). Như vậy, phân hệ tổ chức và phân phối bài sát hạch có thể chọn các bài trắc nghiệm (assessment) từ assessment-bank. 9 CHƯƠNG 2 XML VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU XML 2.1. XML 2.1.1. Giới thiệu XML (eXtensible Markup Language) ra đời vào tháng 2/1998, là ngôn ngữ có kiến trúc gần giống với HTML nhưng XML nhanh chóng trở thành một chuẩn phổ biến trong việc chuyển đổi thông tin qua các trang web sử dụng giao thức HTTP. Trong khi HTML là ngôn ngữ chủ yếu để hiển thị dữ liệu thì XML lại phát triển mạnh về việc trao đổi và thao tác dữ liệu bằng XML. XML đưa ra một định dạng chuẩn cho cấu trúc của dữ liệu hoặc thông tin bằng việc tự định nghĩa định dạng của tài liệu. Với cách này, dữ liệu được lưu trữ bằng XML sẽ độc lập với việc xử lý. Những tài liệu XML rõ ràng, dễ đọc, dễ tạo và điều quan trọng là nó được hỗ trợ trong nhiều ứng dụng. Vì vậy XML ra đời sẽ đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của các nhà lập trình trong vấn đề trao đổi thông tin. XML dế dàng chia sẻ thông tin qua những định dạng khác nhau thông qua môi trường web. Việc sử dụng Internet trong thương mại điện tử đang phát triển theo số mũ trong những năm gần đây. Như vậy các tổ chức trong các doanh nghiệp chấp nhận XML như là một giao thức độc lập với phần mềm nền để trao đổi thông tin doanh nghiệp giữa các ứng dụng khác nhau. XML nổi bật như là một nguyên lý chuẩn để thể hiện dữ liệu, trao đổi dữ liệu điện tử bằng việc cung cấp một cú pháp đơn giản cho dữ liệu. Dữ liệu biểu diễn bằng XML thì cả máy và con người đều hiểu và đọc được. Với sự phát triển của việc phân phối dữ liệu XML, một mô hình dữ liệu hiệu quả và việc quản lý CSDL mềm dẻo là cần thiết để quản lý dữ liệu như vậy trong một tổ chức. Các yêu cầu này được xem như một nhân tố thúc đẩy cộng đồng nghiên cứu CSDL giới thiệu một số loại mô hình quản lý dữ liệu khác trước. Hầu hết các giải pháp sử dụng các CSDL truyền thống như CSDL phân cấp, hướng đối tượng và quan hệ như mô hình nền tảng để lưu dữ liệu XML sử dụng khả năng của bản thân CSDL đó hoặc có thể sử dụng sự trợ giúp của phần mềm trung gian thứ 3. Một giải pháp khác bắt nguồn từ việc thiết kế các hệ thống quản trị dữ liệu mới xử lý cho riêng dữ liệu XML. Khác với cách tiếp cận truyền thống, các hệ thống 10 này đặc biệt được tùy biến theo các đặc tính riêng biệt và các ràng buộc của XML. Cấu trúc lưu trữ nền tảng của các hệ thống như thế này có thể khác nhau nhưng chúng đều bảo đảm các yêu cầu đưa ra. " Ưu điểm khi sử dụng XML Trong quá trình hoàn thiện và phát triển, XML đã đối mặt với nhiều thử thách để thuyết phục các nhà lập trình rằng XML là sự lựa chọn hàng đầu vì tính dễ hiểu, dễ đọc và dễ thực hiện. Dưới đây là một số lợi ích mà XML mang lại: - XML có thể tách rời dữ liệu. Dữ liệu được lưu trữ trong các tệp XML riêng biệt. - XML có thể mô tả thông tin của những đối tượng phức tạp mà CSDL quan hệ không thể giải quyết được - XML có thể dùng để trung chuyển dữ liệu giữa các hệ thống không tương thích - XML dùng để chia sẻ dữ liệu với những tệp tin văn bản đơn giản dễ hiểu. - XML cũng được dùng để lưu trữ dữ liệu, có thể làm cho dữ liệu hữu ích hơn. Qua đây chúng ta cũng đã thấy được vai trò và lợi ích do XML mang lại trong vấn đề lưu trữ và trao đổi thông tin. 2.1.2. Cấu trúc của tài liệu XML Thành phần cơ bản của tài liệu XML là một phần tử, một đoạn văn bản được bao bởi cặp thẻ mở và đóng của phần tử ( và ). Văn bản ở giữa cặp thẻ mở và đóng được gọi là nội dung của phần tử. Hơn thế nữa, một phần tử có thể không có nội dung và người ta gọi đó là phẩn tử rỗng. Tuy nhiên một phần tử rỗng có thể chứa các thuộc tính. Một thuộc tính được kết nối với phần tử và thường chứa ít nhất một giá trị. Một tập các thuộc tính của một phần tử được đưa ra là không có thứ tự. Một phần thử có thể chứa một danh sách tuần tự các phần tử khác gọi là phần tử con, hoặc dữ liệu người dùng. Bởi vì nội dung của một phần tử là một sự liên tục, các mục có thể có thứ tự. Chuỗi tuần tự này có thể chứa các phần tử với các thẻ định danh. Nội dung hỗn hợp nghĩa là một phần tử có thể chứa cả các phần tử khác và cả dữ liệu người dùng. 11 Các phần tử bên trong một phần tử đặc tính của XML nghĩa là tính đệ quy và khả năng các tài liệu XML được thể hiện bởi các cây. Các tài liệu XML được thể hiện dưới dạng các cây có gán nhãn, không thứ tự và có gốc. Trong đó từng nút tương xứng với từng phần tử, và từng cạnh gán nhãn với phần tử đuôi thể hiện một mối quan hệ cha con. Thêm vào đó, cây có một nút đặc biệt được gọi là gốc. Hình 2.1: Một tài liệu XML “books.xml” bookstore book book @category @category title author year price COOKING @lang title author year price Harry Potter J K. Rowling 2005 29.99 CHILDREN Everyday Italian Giada De Laurentiis 2005 30.00 @lang en en Hình 2.2: Thể hiện tài liệu XML dưới mô hình cây Khai báo (prologue): Mỗi tài liệu XML có một chỉ thị khai báo 12 Định nghĩa tài liệu XML tuân theo chuẩn W3C và đây là phiên bản 1.0 Chú thích (comments): được khai báo như sau Phần tử (Elements): Một tài liệu XML được cấu thành từ những phần tử. Một phần tử có thẻ mở và thẻ đóng. Giữa cặp thẻ mở và đóng là nội dung của phần tử đó. Phần tử có thể chứa dữ liệu hoặc có thể chứa các phần tử con lồng trong nó. Phần tử gốc (root): Trong tài liệu XML chỉ có một phần tử gốc và phần tử này chứa tất cả những phần tử của tài liệu XML do chúng ta tạo ra Thuộc tính (Attributes): Một phần tử có thể chứa dữ liệu hoặc chứa các phần tử khác. Ngoài ra, cũng có những phần tử rỗng. Một thuộc tính là một sự lựa chọn để gắn dữ liệu tới các phần tử. Một thuộc tính bao giờ cũng nằm trong thẻ mở và sử dụng cặp “name=value” " Một tài liệu hợp lệ Một tài liệu XML được tạo ra đầu tiên phải hợp khuôn dạng. Một tài liệu hợp khuôn dạng là tài liệu chỉ có một nút gốc, mỗi phần tử phải có thẻ mở và thẻ đóng, và phải lồng nhau đúng thứ tự đồng thời tên mỗi thuộc tính chỉ xuất hiện một lần trong thẻ mở. Tuy nhiên một tài liệu XML hợp khuôn dạng thì không có nghĩa là hợp lệ. Để kiểm tra tính hợp lệ của một tài liệu XML thì chúng ta phải dựa vào DTD hoặc Schema (giản đồ) đi kèm với nó. 2.1.3. Định nghĩa kiểu tài liệu – DTD DTD và Schema là hai cách để quy định những luật về nội dung của một tài liệu XML. Chúng là các phần cơ bản của thế giới XML và định nghĩa sức mạnh cốt lõi của XML đối với các nhà phát triển ứng dụng. Cấu trúc của một tài liệu XML được định nghĩa riêng biệt hoặc nó gắn liền với một định nghĩa kiểu – DTD hay xu thế hiện tại thì nó còn được gắn liền với một giản đồ XML. Một DTD định nghĩa các khối xây dựng nên một tài liệu XML hợp lệ, điển hình là sự miêu tả từng phần tử được cho phép trong tài liệu. 13 Cụ thể, DTD miêu tả các thuộc tính của từng phần tử và giá trị của các thuộc tính; DTD cũng có thể miêu tả cây phân cấp các phần tử trong tài liệu. Hình 2.3: Một tài liệu DTD đơn giản “book.dtd” cho “books.xml” Tuy DTD hỗ trợ các đặc tính để định nghĩa kiểu tài liệu XML như thế nhưng nó vẫn còn một số nhược điểm. Nhược điểm đầu tiên đó là tài liệu DTD không sử dụng định dạng XML, do đó người dùng cần phải hiểu thêm về một định dạng mới, và cũng vì lý do này mà làm cho người dùng mới khó viêt và khó hiểu. Nhược điểm thứ 2 là kiểu dữ liệu có sẵn cho một thuộc tính hoặc một phần tử bị giới hạn. Cuối cùng, DTD không có khả năng mở rộng và không hỗ trợ namespace. 2.1.4. Tài liệu hướng dữ liệu và tài liệu hướng văn bản Các tài liệu XML thuộc một trong hai loại sau: data-centric (hướng dữ liệu) và document-centric (hướng văn bản). Các tài liệu hướng dữ liệu là các tài liệu mà ở đó XML được sử dụng như là một công cụ vận chuyển dữ liệu. Các tài liệu ở dạng này ví dụ như các hóa đơn bán hàng, các thông tin bệnh nhân và tài liệu khoa học. Cấu trúc vật lý của chúng – thứ tự các phần tử anh em, dữ liệu được lưu trong các thuộc tính hoặc các phần tử PCDATA nếu có sử dụng thường là không quan trọng. Một trường hợp đặc biệt của các tài liệu hướng dữ liệu là các trang web động, như danh sách các địa chỉ và danh mục trực tuyến, mà nó được cấu trúc từ những tập dữ liệu thông dụng đã biết. Các tài liệu hướng văn bản là các tài liệu mà trong nó XML được sử dụng giống như SGML(Standard Generalized Markup Language). Chúng thường là các tài liệu ví dụ như hướng dẫn sử dụng, các trang web tĩnh, các tờ rơi tiếp thị. Đặc trưng của chúng là cấu trúc không không thống nhất và nội dung hỗn tạp và cấu trúc vật lý (thứ tự của các thành phần anh em) của chúng là rất quan trọng. Tài liệu-hướng văn bản thường được xây dựng thủ công bằng XML hay dưới một 14