Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư đang chuyển hóa mạnh mẽ tất cả các ngành kinh tế xã hội, Giáo dục thông minh (GDTM) và Trường học thông minh (THTM) - đang là một xu hướng toàn cầu đối với bậc Giáo dục phổ thông. Tại Việt Nam, nhiều trường học cũng đang đẩy mạnh quá trình chuyển đổi số và phương thức dạy và học theo hướng thông minh hóa để chuyển lên mô hình Trường học thông minh. Trong bài báo này, nhóm tác giả đánh giá hiện trạng các trường học trên địa bàn Hà Nội để hướng tới việc triển khai GDTM và trên cơ sở đó, đề xuất mô hình GDTM và lộ trình triển khai cho ngành GD&ĐT Hà Nội .
1. Tổng quan
GS. Klaus Schab, diễn đàn kinh tế thế giới đã chỉ rõ: “CMCN lần thứ 4 sẽ tạo ra nguy cơ mất việc làm đối với các ngành nghề đơn giản có tính lặp đi lặp lại, đồng thời tạo ra rất nhiều việc làm trong ngành công nghệ cao, như Robot, Trí tuệ nhân tạo, in 3D, Internet kết nối vạn vật,….”
Trong bối cảnh đó, hàng trăm triệu người trên thế giới có nhu cầu đào tạo và đào tạo lại để có thể đáp ứng nhu cầu của các ngành nghề mới tạo ra từ CMCN 4, đồng thời, ngành Giáo dục cũng được thừa hưởng rất nhiều thành quả từ cuộc cách mạng này, với các công nghệ mới như điện toán đám mây, IoT, các công nghệ mô phỏng, thực tại tăng cường AR, thực tế ảo VR,… khả năng của giáo dục có thể mở rộng không phụ thuộc vào khoảng cách địa lý cũng như thời gian.
Khái niệm Giáo dục thông minh ra đời dựa trên 5 thành tố trụ cột viết tắt là S-M-A-R-T thể hiện trong Hình 1.
 |
| Hình 1: Năm yếu tố trụ cột của GDTM |
Các yếu tố này bao gồm:
Self-Directed (Tự định hướng): khi các lớp học truyền thống vào các giờ nhất định được chuyển thành lớp học Online trên đám mây (Cloud) cho phép người học có thể chủ động thời gian tham gia các lớp học này (loại bỏ các hạn chế của lớp học truyền thống). Kết quả của các hoạt động này là mở rộng thời gian học tập.
Motivated (Có động cơ): Từ phương pháp học truyền thống qua bài giảng của giáo viên chuyển dịch sang các phương pháp “học chủ động” như học qua trải nghiệm (experiential learning), học cộng tác (collaborative learning) và trau dồi các kỹ năng truyền thông (communication skills) là những yếu tố hết sức cần thiết cho người học. Điều này đòi hỏi các giáo viên phải nâng cao năng lực, như các năng lực thực hành và đào tạo thực hành, trải nghiệm dùng các công nghệ mới. Kết quả của các hoạt động này là mở rộng các phương pháp giáo dục.
Adaptive (Tính thích nghi): người học cần các kỹ năng được cá nhân hóa và đa dạng hóa. Giải pháp để đáp ứng nhu cầu này là: khuyến khích việc sử dụng các khóa học Online; dùng sách số hóa; sử dụng phương pháp đánh giá học tập Online. Kết quả của các hoạt động này là mở rộng năng lực học tập.
Resource Enriched (Nguồn học liệu phong phú): với việc mở rộng các tài nguyên phục vụ học tập bao gồm sách và tài liệu số hóa, và các nội dung số được cung cấp trên mạng, người học sẽ được tăng cường khả năng sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề khi có nhiều tài nguyên giáo dục đa dạng. Kết quả của các hoạt động này là mở rộng các nội dung giáo dục.
Technology embedded (Áp dụng nhúng công nghệ): từ các phòng học truyền thống trong không gian vật lý, với sự trợ giúp của công nghệ, chúng có thể được mở rộng ra trên không gian mạng dưới dạng phòng học Online trên điện toán đám mây cho phép người học và người dạy có thể thực hiện việc dạy và học từ bất kỳ đâu. Kết quả của các hoạt động này là mở rộng không gian học tập.
Để áp dụng GDTM vào một trường học, để nó trở thành Trường học thông minh, về cơ bản sẽ cần xây dựng 7 yếu tố sau:
1. Các thiết bị phần cứng (Hardware) - VD: màn hình tương tác thông minh, Camera AI,…
2. Phần mềm (Software): Các phần mềm phục vụ dạy và học thông minh
3. Công nghệ (Technology): Cloud, IoT, AI, BlockChain,…
4. Phòng học thông minh (Smart Classroom)
5. Sư phạm thông minh (Smart Pedagogy)
6. Chương trình giảng dạy thông minh (Smart Curricula)
7. Quản lý thông minh người học, giáo viên (Students, Teachers Adminstration)
2. Khảo sát đánh giá hiện trạng một số trường trên địa bàn Hà Nội
Trong khuôn khổ Đề tài khoa học cấp thành phố “Xây dựng và thí điểm mô hình giáo dục thông minh cho giáo dục mầm non và phổ thông ở Hà Nội” (2021-2024), mã số 01X-12/01-2021-3 do Sở GD&ĐT Hà Nội chủ trì, nhóm Nghiên cứu đã khảo sát các trường trên địa bàn Hà Nội để đánh giá điều kiện áp dụng GDTM.
Kết quả khảo sát chung cho thấy: 100% các trường được khảo sát đã có hạ tầng CNTT ở mức độ cơ bản như mạng Internet, mạng không dây WiFi mức độ cơ bản, học liệu số,…. Tuy nhiên, phần lớn ở mức độ cơ bản, và chưa đáp ứng được yêu cầu để triển khai LHTM/THTM. Thêm vào đó, nhận thức và hiểu biết của phần lớn giáo viên về GDTM còn ít, do đó mức độ áp dụng cũng rất hạn chế và còn mang tính tự phát. Hình 4 minh họa một tổng hợp kết quả khảo sát online.
 |
| Hình 2: Hình ảnh về KQ khảo sát được tổng hợp trên Office 365 |
Một số vấn đề bất cập và khó khăn trong quá trình áp dụng GDTM
Qua quá trình khảo sát các trường học trên địa bàn Hà Nội nhóm đề tài đã tổng kết các vấn đề sau cần giải quyết: (viết tắt Px - viết tắt Problem)
P1: Chưa có một khung tham chiếu được chuẩn hóa cho mô hình trường học thông minh, để có thể nhân rộng, phù hợp điều kiện của thành phố Hà Nội. Do đó việc đầu tư chưa có định hướng nên có thể gây lãng phí, kém hiệu quả.
P2: Chưa có các phân tích, đánh giá một cách đầy đủ và khoa học về các mô hình giáo dục thông minh, với các đặc trưng cho từng khối giáo dục với từng lứa tuổi học sinh.
P3: Chưa có các thử nghiệm mang tính toàn diện, dựa trên cơ sở khoa học về các mặt: sư phạm, công nghệ giáo dục, tại các cơ sở giáo dục thực tế trên địa bàn thành phố, để kiểm chứng về hiệu quả của giáo dục thông minh đem lại. Trong thực tế, một số trường hợp thí điểm ở Hà Nội hay các địa phương khác chỉ đặt trọng tâm vào việc đầu tư hạ tầng CNTT, mua sắm thiết bị công nghệ cho lớp học, và/hoặc tin học hóa quản lý, nhưng chưa chú trọng tới việc đổi mới phương thức giảng dạy theo hướng giáo dục thông minh, cũng như chưa đào tạo cho cả người dạy và người học cách khai thác hiệu quả nhất các hạ tầng đó.
P4: Thiếu các hệ thống tích hợp phần cứng - phần mềm hoàn thiện cho lớp học thông minh tương tác với đầy đủ các công nghệ mới 4.0 như AI, IoT, VR/AR,... và tích hợp STEM/STEAM để đánh giá và nâng cao hiệu quả dạy và học. Phần lớn các lớp học thông minh hiện tại là do các Công ty nước ngoài cung cấp giải pháp toàn bộ và có tính đóng nên rất khó tùy chỉnh cho phù hợp yêu cầu trong nước và có giá thành khá cao.
P5: Chưa có sự kết hợp giữa đội ngũ các chuyên gia giáo dục, nhà quản lý và các chuyên gia công nghệ, cùng các nhà giáo (4 nhà) trong việc đánh giá, xây dựng mô hình, và triển khai công nghệ giáo dục mới.
P6: Chưa có quy trình hiệu quả cho việc chuyển đổi từ một trường học truyền thống sang trường học thông minh trong điều kiện giáo dục Việt Nam. Trong thực tế, quá trình chuyển đổi số tại trường học thường diễn ra lâu dài và tốn kém đòi hỏi các quy trình tối ưu và phù hợp điều kiện trong nước. Điều này cần được ưu tiên giải quyết trong bối cảnh thành phố Hà Nội đang chuẩn bị thực hiện Chương trình Chuyển đổi số TP. Hà Nội đến năm 2025, định hướng đến năm 2030, với 3 trụ cột chính gồm: chính quyền số, kinh tế số và xã hội số. Mảng giáo dục là một trong các mảng quan trọng của xã hội số, và cũng tham gia một phần đóng góp quan trọng vào nền kinh tế số. Việc điều hành nền giáo dục Hà Nội của Sở GD & ĐT Hà Nội là một cấu phần của chính phủ số quy mô thành phố.
3. Kiến trúc Trường học thông minh
Để giải quyết các vấn đề tồn tại nêu ở phần trước, cần có một cách tiếp cận hệ thống, trong đó trọng tâm là công nghệ và sư phạm. Để giải quyết vấn đề P4 nhóm nghiên cứu đã quy tụ nhiều thành phần gồm các nhà quản lý (Sở GD&ĐT Hà Nội, hiệu trưởng các trường), nhà công nghệ (từ ĐHBK Hà Nội, Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông) chuyên gia giáo dục đến từ các trường (ĐH Sư phạm Hà Nội, ĐH Sư phạm Tp. HCM, Viện Nghiên cứu giáo dục Phát triển tiềm năng con người IPD) và đội ngũ các giáo viên tại các trường thí điểm. Do đó, nhóm đề tài có đủ điều kiện để đưa ra đánh giá toàn diện về hiện trạng, và cũng đề xuất được giải pháp tổng thể từ góc nhìn của 4 nhà, hướng tới sự phát triển bền vững của GDTM.
Nhóm tác giả đề xuất mô hình kiến trúc THTM dưới góc nhìn Công nghệ & Quản lý và góc nhìn Sư phạm như dưới đây.
3.1. Đề xuất mô hình kiến trúc công nghệ cho THTM
 |
| Hình 3: Mô hình kiến trúc công nghệ của Hệ thống quản lý THTM |
Về kiến trúc, hệ thống này được tổ chức thành 3 lớp như mô tả trên Hình 3:
Trong đó, lớp hạ tầng gồm các thiết bị nằm trong hạ tầng CNTT như hệ thống máy chủ thường và máy chủ/máy trạm có trang bị bộ xử lý đồ họa GPU (Graphical Processing Unit) để tăng tốc tính toán AI, mạng nội bộ trong phạm vi Campus, hạ tầng mạng không dây hiệu năng cao,...
Các máy chủ đặt tại trung tâm quản lý như Phòng giáo dục quận, Sở giáo dục hoặc đặt tại các trung tâm dữ liệu (Data Center). Trong trường hợp trường học có điều kiện đặt máy chủ thì có thể đặt một số máy chủ tại trường để tăng tốc độ tính toán và giảm rủi ro về đường truyền.
Tại các trường học, các PHTM trang bị các hệ thống Audio/Video, hội thảo truyền hình,... được kết nối với nhau qua mạng Campus. Việc tích hợp phòng học thông minh đòi hỏi thiết kế theo yêu cầu sư phạm, để đạt được mục tiêu của Giáo dục thông minh với các phương pháp dạy và học mới. Đồng thời các phần cứng như Camera cần dược lựa chọn để phục vụ các hệ thống phần mềm trên lớp ứng dụng như nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng hành vi dùng trí tuệ nhân tạo AI, đóng vai trò như cảm biến thu nhận dữ liệu lớp học để phân tích.
Lớp nền tảng dữ liệu và dịch vụ bao gồm: Các hệ thống CSDL được kết nối với hồ dữ liệu (Data lake) trong đó chứa các dữ liệu có cấu trúc (structured data) từ các hệ thống quản lý (bao gồm cả các hệ thống đã có) của trường và dữ liệu phi cấu trúc (unstructured data) như các ảnh, video, văn bản thu thập từ các hệ thống IoT, mạng xã hội, web,... Mục đích của lớp này để lưu trữ và hỗ trợ tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn, thúc đẩy quá trình chuyển đổi số ở cấp quận/huyện và thành phố.
Lớp ứng dụng: trên cơ sở lớp nền tảng dữ liệu và dịch vụ - lớp 3 sẽ có các ứng dụng thông minh chạy trên đó, có khả năng khai thác dữ liệu và các dịch vụ (Service) được cung cấp bởi các giao diện API của hạ tầng dữ liệu tại lớp 2 như:
Các ứng dụng quản lý bao gồm:
Các ứng dụng có chức năng tạo ra dữ liệu, phục vụ chuyển đổi số như:
• Các phần mềm và công cụ tiện ích hỗ trợ dạy và học tương tác qua môi trường mạng.
• Các học liệu bao gồm các học liệu/phần mềm tương tác như các bài giảng dùng Công nghệ thực tế ảo VR, thực tại tăng cường AR, Video, mô phỏng,... và các bài giảng số khác.
3.2. Sư phạm thông minh
Với mục tiêu lấy người học làm trung tâm, mô hình THTM được đề xuất sẽ chú trọng đến việc áp dụng công nghệ để thúc đẩy học sinh và giáo viên ứng dụng 5 thành tố trụ cột SMART của GDTM (đã trình bày ở trên). Dưới đây là mô hình GDTM sẽ áp dụng với kiến trúc THTM.
 |
| Hình 4: Hình 4: Mô hình Giáo dục thông minh trong trường phổ thông với 5 yếu tố SMART |
Môi trường GDTM dựa trên mô hình lấy người học làm trung tâm (Learner - centric) với 3 thành tố chính như sau:
Người học thông minh - (Smart Learner)
- Thông qua GDTM, người học sẽ cần phải đạt được các kiến thức và kỹ năng dưới đây:
- Kiến thức chuyên ngành và kỹ năng cốt lõi
- Khả năng tư duy toàn diện (Comprehensive abilities): Khả năng tư duy toàn diện đề cập đến khả năng tư duy phản biện và giải quyết vấn đề trong thế giới thực. Hầu hết các khung kỹ năng của thế kỷ 21 đều nâng cao nhu cầu về cách suy nghĩ của con người (Ananiadou và Claro 2009; Burkhardt et al. 2003; P21 năm 2015). Những khả năng này cho phép người học sử dụng lý luận phù hợp và toàn diện suy nghĩ trong các tình huống phức tạp khác nhau. Dựa trên việc phân tích và đưa ra các nhận định và các quyết định, người học sẽ xây dựng năng lực giải quyết các vấn đề khác nhau và đưa ra các giải pháp tốt hơn.
- Chuyên môn được cá nhân hóa (Personalized expertise): Khả năng ở cấp độ này đòi hỏi người học phải nắm vững thông tin và kỹ năng hiểu biết về công nghệ, sáng tạo và đổi mới. Thông tin và công nghệ yêu cầu người học thành thạo các kỹ năng CNTT-TT bao gồm sử dụng các ứng dụng ICT khác nhau và kết hợp với khả năng nhận thức hoặc kỹ năng tư duy bậc cao cho học tập (Ananiadou và Claro 2009). Nhu cầu về kỹ năng sáng tạo và đổi mới đòi hỏi người học phải suy nghĩ và làm việc sáng tạo cùng với những người khác và có thể thực hiện các ý tưởng sáng tạo để đóng góp cho lĩnh vực có sự đổi mới và phát minh. Trí tuệ tập thể (Collective intelligence): Cách thức làm việc có ý nghĩa rất quan trọng và đòi hỏi sự giao tiếp và cộng tác.
- Trí tuệ tập thể đề cập đến kiến thức được xây dựng bởi nhóm thông qua giao tiếp và cộng tác. Sau những lần làm việc trước đó với việc thu nhận thông tin và kiến thức, người học cần phải thể hiện được các cách thức chia sẻ và truyền đạt/chia sẻ kết quả cho người khác (Ananiadou và Claro Năm 2009). Vì vậy, người học cần phải giao tiếp rõ ràng và hiệu quả bằng nhiều cách khác nhau. Ngoài ra nhu cầu cộng tác đòi hỏi người học có khả năng làm việc hiệu quả và thể hiện sự tôn trọng trong nhiều nhóm khác nhau (P21 2015).
Cụ thể hơn, các hoạt động học tập thông minh được phân loại như mô tả trên Hình 5.
 |
| Hình 5: Các mức độ của tư duy cho người học thông minh đạt được thông qua các hoạt động sư phạm Thông minh tương ứng |
Trong đó, hướng dẫn cá nhân hóa trên lớp học (Class-based differentiated instruction) là một quá trình để tiếp cận dạy học cho những người học có năng lực khác nhau trong cùng một lớp (Hall 2002). Phương pháp này có thể tiến hành song song với giáo dục truyền thống (McTighe và Brown 2005). Lớp học được coi là một cộng đồng mà người học được coi là một cá nhân với những đặc tính riêng. Giáo viên đặt ra các mức kỳ vọng khác nhau để hoàn thành nhiệm vụ học tập trong một bài học hoặc module kiến thức thông qua hướng dẫn cá nhân hóa. Dưới sự hướng dẫn cá nhân hóa này, tất cả người học sẽ có các các ưu tiên học tập phù hợp năng lực của mình và sẽ học tập hiệu quả hơn.
Học tập hợp tác dựa trên nhóm (Group-based collaborative learning) là một tình huống mà hai hoặc nhiều người cùng tìm hiểu hoặc cố gắng học điều gì đó cùng nhau (Dillenbourg 1999). Giáo viên thiết kế quá trình học tập hợp tác để làm cho việc học tập có ý nghĩa trải nghiệm và thúc đẩy tư duy của người học thông qua việc giải quyết các vấn đề trong thế giới thực.
Học tập cá nhân hóa đơn lẻ (Individual-based personalized learning) được định nghĩa là sự điều chỉnh tốc độ (cá nhân hóa), điều chỉnh phương pháp tiếp cận (khác biệt hóa) và kết nối với sở thích và trải nghiệm của người học (Atkins et al. 2010) để đáp ứng nhu cầu của người học và cung cấp hỗ trợ để thúc đẩy khả năng học tập giữa các cá nhân người học (Bentley và Miller 2004).
Trong quá trình học tập được cá nhân hóa, người học đạt được các mục tiêu hoặc khám phá sở thích dựa trên động cơ của họ. Thêm vào đó, điều cốt yếu của cá nhân hóa là nội dung linh hoạt để đáp ứng lợi ích của các người học cụ thể.
Học tập đại chúng (Mass-based generative learning). Khái niệm cơ bản của học tập đại chúng liên quan đến việc tạo ra và hoàn thiện các cấu trúc tư duy cá nhân về môi trường xung quanh (Ritchie và Volkl 2000). Engle (2006) đề xuất một khuôn khổ lý thuyết cho việc học tập tổng hợp kết hợp phân tích nội dung và bối cảnh. Mục tiêu là để cho người học tham gia vào quá trình xây dựng các nội dung được truyền tải và để đóng khung các bối cảnh học tập và chuyển giao để tạo ra sự liên kết thông tin giữa các khái niệm.
Môi trường học tập thông minh (Smart Learning Environment), bao gồm: Lớp học thông minh có bố trí nội thất, thiết bị phù hợp với Giáo dục Thông minh và theo đặc điểm các môn học và Môi trường giáo dục mở rộng, với các thành tố:
-Thư viện thông minh (TVTM):
Là thư viện số hoặc lai giữa số và truyền thống, có các nội dung số phong phú và có các tính năng thông minh hỗ trợ khuyến nghị nội dung cho học sinh, ứng dụng các công nghệ AI,…
- Nền tảng E-learning
Nền tảng E-learning cung cấp hệ thống quản lý học tập LMS toàn diện để cho sinh viên tại các trường tại Hà Nội có thể sử dụng các dịch vụ trên đó dưới dạng MOOC - Massive Open Online Courseware. Hệ thống cần có khả năng chấp nhận số lượng người dùng lớn, để đáp ứng các nhu cầu đại chúng. Nền tảng có thể tích hợp các phân hệ học tập thích nghi - Adaptive Learning, kết nối với kho dữ liệu lớn về quá khứ học tập của các người học, để khuyến nghị cá nhân hóa cho từng sinh viên hoặc nhóm sinh viên, nhằm tối ưu hóa quá trình học tập.
3.3. Nền tảng chuyển đổi số Đô thị thông minh (Smart City)
Giáo dục thông minh, nhìn từ góc độ quản lý đô thị, là một thành phần không thể thiếu của đô thị thông minh - Smart City. Các dữ liệu trên Smart City sẽ phải được tập trung và chia sẻ trên một hạ tầng dữ liệu mở dùng chung, sau đó thông qua nền tảng quản trị dữ liệu, cung cấp cho các ứng dụng chính quyền số (thuộc phạm vi quản lý của nhà nước) và các ứng dụng xã hội hóa. Trong các dữ liệu dùng chung có bao gồm các kho tài nguyên số như kho tri thức số hóa, thư viện số công cộng,… để phục vụ cho ngành giáo dục và cả các đối tượng quan tâm khác. Nhờ vậy, tất cả người dân có nhu cầu đều có thể thông qua nền tảng ĐTTM này sử dụng các dịch vụ giáo dục, phục vụ cho nhu cầu học tập suốt đời.
 |
| Hình 6: Một ví dụ về nền tảng Đô thị thông minh |
4. Đề xuất lộ trình triển khai THTM tại Hà Nội
Nhóm đề tài đề xuất lộ trình triển khai THTM ở Hà Nội với ba giai đoạn:
Giai đoạn 1: Xây dựng triển khai một số LHTM tại các trường đủ điều kiện với hạ tầng công nghệ thông tin, trang bị thiết bị công nghệ và kết nối mạng tốc độ cao để làm hạt nhân lan tỏa ra toàn trường. Tại các trường mới xây dựng, khuyến khích việc đưa các tiêu chuẩn/tiêu chí LHTM và TVTM vào từ giai đoạn xây dựng cơ bản để có thể triển khai đồng bộ ngay từ đầu.
Giai đoạn 2: Phát triển hệ thống quản lý học tập và số hóa tài nguyên giáo dục. Xây dựng mới/nâng cấp các trung tâm điều hành Giáo dục thông minh cấp quận/huyện và cấp thành phố để thúc đẩy việc chuyển đổi số, xây dựng cơ sở dữ liệu và các hệ thống hỗ trợ ra quyết định dựa trên dữ liệu.
Giai đoạn 3: Tăng cường kết nối, tối ưu hóa và mở rộng các mô hình và hạ tầng GDTM đã triển khai. Xây dựng các ứng dụng phân tích dữ liệu, AI, nhân rộng cho các trường, các Phòng giáo dục quận/huyện trên địa bàn Hà Nội và tích hợp sâu vào hạ tầng Đô thị thông minh của thành phố.
5. Kết luận
Trong bài báo này, nhóm tác giả đã trình bày các khái niệm căn bản nhất của Giáo dục thông minh, Trường học Thông minh và phân tích các vấn đề cần giải quyết để xây dựng một trường học thông minh. Trên cơ sở khảo sát và đánh giá hiện trạng của một số trường trên địa bàn Hà Nội, nhóm nghiên cứu đề xuất một mô hình kiến trúc công nghệ cho THTM và một mô hình GDTM lấy người học làm trung tâm, đồng thời đưa ra một lộ trình ba giai đoạn cho việc triển khai GDTM.
Lời cám ơn
Nhóm Nghiên cứu xin trân trọng cám ơn Sở KH&CN Hà nội đã tạo điều kiện thực hiện nghiên cứu này thông qua Đề tài:“Xây dựng và thí điểm mô hình giáo dục thông minh đối với giáo dục mầm non và giáo dục phổ thông ở thành phố Hà Nội”MÃ SỐ: 01X-12/01-2021-3
Nguyễn Chấn Hùng - Viện Công nghệ Điều khiển và Tự Động hóa, ĐHBK Hà Nội
Nguyễn Quang Tuấn - Sở GD&ĐT Hà Nội
