Đề tài Nghiên cứu xây dựng ứng dụng học tiếng anh theo ngữ cảnh trên thiết bị di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Duy Khánh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ỨNG DỤNG HỌC TIẾNG ANH THEO NGỮ CẢNH TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Mạng và Truyền thông HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Duy Khánh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ỨNG DỤNG HỌC TIẾNG ANH THEO NGỮ CẢNH TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Mạng và Truyền Thông Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Việt Anh HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Khóa luận này được thực hiện trong một thời gian không phải là dài, xong đây là công trình lớn nhất mà tôi đã thực hiện được trong thời gian học tập ở trường đại học. Ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân còn có sự giúp đỡ của nhiều người để tôi có thể hoàn thiện được khóa luận này. Đầu tiên, con xin vô cùng biết ơn cha mẹ, đã có công sinh thành, dưỡng dục, thương yêu, chăm sóc con để con có được ngày hôm nay. Sau tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến ThS. Nguyễn Việt Anh, người thầy không chỉ hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt khóa luận này mà còn là người dẫn dắt, chỉ đường cho tôi trong suốt một năm qua. Đồng thời tôi cũng xin cám ơn tới tất cả các thầy cô giáo trong khoa CNTT- Trường ĐH Công Nghệ đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn anh Đỗ Thế Chuẩn và anh Vũ Hồng Phong đã nhiệt tình giải đáp các thắc mắc về kỹ thuật trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các bạn của tôi : Nguyễn Sỹ Tuấn và Nguyễn Minh Hà đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Xin chân thành cảm ơn tất cả. Hà Nội , ngày 21 tháng 05 năm 2010 Người thực hiện Lê Duy Khánh TÓM TẮT Học theo ngữ cảnh là một khái niệm khá mới mẻ ở nước ta. Trong khóa luận này, tôi sẽ tập trung trình bày các khái niệm về ngữ cảnh, cách một ứng dụng nhận diện được sự thay đổi ngữ cảnh và cách thức triển khai một ứng dụng học Tiếng Anh theo ngữ cảnh trên thiết bị di động. Bài toán đặt ra là xây dựng một ứng dụng hỗ trợ người học Tiếng Anh ngay trên thiết bị di động của mình. Ứng dụng này có tính năng nhận diện ngữ cảnh, tự động tùy biến nội dung học tập sao cho nội dung đó là phù hợp nhất với ngữ cảnh hiện tại của người học. Để giải quyết vấn đề này, trong khóa luận tôi sẽ đưa ra một mô hình đề xuất giúp ứng dụng có thể nhận diện các thay đổi về ngữ cảnh đồng thời trích xuất nội dung bài học phù hợp dựa trên thông tin ngữ cảnh đó. Trong phần thực nghiệm, tôi đã tiến hành xây dựng một ứng dụng thử nghiệm, với một vài nội dung bài học đơn giản nhằm minh họa các tính năng chính của chương trình. Đồng thời, có một vài đánh giá về kết quả chương trình và đưa ra phương hướng phát triển chương trình trong tương lai. Khóa luận gồm có 5 chương : Chương 1 : Giới thiệu bài toán Chương 2 : Đề xuất mô hình Chương 3 : Các khái niệm liên quan Chương 4 : Mô hình thử nghiệm Chương 5 : Tổng kết Từ khóa : context, context-aware, context-adaption, mobile learning, mobile mearning in context, học theo ngữ cảnh, di động, thích nghi ngữ cảnh. MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................................1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................................................2 CHƯƠNG 2 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VÀ MÔ HÌNH ..........................................................................3 2.1 Hướng giải quyết........................................................................................................................3 2.1.1 Hệ thống cần cung cấp dịch vụ khi nào ?.........................................................................3 2.1.2 Hệ thống cần cung cấp những nội dung gì? .....................................................................4 2.1.3 Hệ thống truyền tải nội dung đến người dùng như thế nào? ............................................4 2.2 Mô hình đề xuất .........................................................................................................................5 2.2.1 Người dùng.......................................................................................................................6 2.2.2 Nhận biết ngữ cảnh...........................................................................................................8 2.2.3 Xây dựng nội dung.........................................................................................................11 2.2.4 Cơ sở dữ liệu ..................................................................................................................14 2.2.5 Nhà cung cấp nội dung...................................................................................................14 CHƯƠNG 3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN....................................................15 3.1 Dịch vụ hướng vị trí (Location Base Services ) ......................................................................15 3.2 Ngữ cảnh và Học theo ngữ cảnh trên di động..........................................................................17 3.2.1 Ngữ cảnh (Context) ........................................................................................................17 3.2.2 Nhận biết ngữ cảnh (Context-Aware) ............................................................................18 3.2.3 Học trên di động (Mobile Learning ) .............................................................................18 3.2.4 Học theo ngữ cảnh trên di động (Mobile Learning in Context) .....................................19 3.3 Java 2 Micro Edition – J2ME...................................................................................................20 3.3.1 Đôi nét về J2ME.............................................................................................................20 3.3.2 Cấu trúc J2ME................................................................................................................20 3.3.3 Vòng đời của một ứng dụng J2ME ................................................................................22 3.4 Webservice...............................................................................................................................24 3.4.1 Khái niệm .......................................................................................................................24 3.4.2 Web Service Descripttion Language (WSDL) ...............................................................25 3.4.3 Simple Object Access Protocol (SOAP) .......................................................................27 3.5 Kỹ thuật định vị A-GPS (Assisted GPS)..................................................................................30 CHƯƠNG 4 Mô hình thử nghiệm.......................................................................................................32 4.1 Phân tích thiết kế hệ thống.......................................................................................................32 4.1.1 Biểu đồ ngữ cảnh hệ thống.............................................................................................32 4.1.2 Biểu đồ phân rã chức năng .............................................................................................33 4.1.3 Chức năng chi tiết hệ thống............................................................................................33 4.1.4 Cơ sở dữ liệu ..................................................................................................................35 4.1.5 Luồng xử lý phía client ..................................................................................................39 4.2 Cài đặt ......................................................................................................................................40 4.2.1 Yêu cầu phần cứng và phần mềm ..................................................................................40 4.2.2 Client ..............................................................................................................................40 4.2.3 Server .............................................................................................................................41 4.3 Thử nghiệm..............................................................................................................................46 4.3.1 Dữ liệu thử nghiệm.........................................................................................................46 4.3.2 Kết quả thử nghiệm ........................................................................................................47 4.3.3 Nhận xét .........................................................................................................................49 CHƯƠNG 5 TỔNG KẾT....................................................................................................................50 5.1 Kết quả đạt được ......................................................................................................................50 5.2 Hạn chế ....................................................................................................................................50 5.3 Hướng phát triển ......................................................................................................................51 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.2-1 Mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ học Tiếng Anh theo ngữ cảnh trên di động .............................................................................................................................1 Hình 2.2-2 Các tác nhân thể hiện ngữ cảnh của người dùng....................................6 Hình 2.2-3 Ví dụ thông điệp dạng xml .....................................................................8 Hình 2.2-4 Mô hình nhận biết ngữ cảnh ...................................................................8 Hình 2.2-5 Cảm biến.................................................................................................9 Hình 2.2-6 Trích xuất đặc trưng ...............................................................................9 Hình 2.2-7 Mô hình hóa..........................................................................................10 Hình 2.2-8 Phân loại ngữ cảnh ...............................................................................10 Hình 2.2-9 Thực thi.................................................................................................11 Hình 2.2-10 Hình hiển thị câu hỏi trên thiết bị .......................................................12 Hình 3.1-1 Những thành phần cơ bản của một LBS...............................................16 Hình 3.1-2 Phân loại thông tin ngữ cảnh ................................................................16 Hình 3.3-1 Vị trí các profile trong j2me .................................................................22 Hình 3.3-2 Vòng đời của một MIDlet.....................................................................23 Hình 3.4-1 Mô tả webservice..................................................................................24 Hình 3.4-2 Cấu trúc chung của một văn bản WSDL..............................................25 Hình 3.4-3 Mô tả cách thức SOAP làm việc ..........................................................27 Hình 3.4-4 Cấu trúc một thông điệp SOAP ............................................................28 Hình 3.5-1 Nguyên lý hoạt động của A-GPS .........................................................31 Hình 4.1-1 Biểu đồ ngữ cảnh hệ thống .....................................................................1 Hình 4.1-2 Biểu đồ phân rã chức năng .....................................................................1 Hình 4.1-3 Biểu đồ dữ liệu......................................................................................36 Hình 4.1-4 Luồng xử lý phía client...........................................................................1 Hình 4.2-1 Màn hình đăng nhập và màn hình thông báo đăng nhập lỗi.................42 Hình 4.2-2 Màn hình đăng ký và màn hình thông báo nếu đăng ký xuất hiện lỗi..42 Hình 4.2-3 Màn hình hiển thị nhóm lĩnh vực và màn hình hiển thị địa điểm thuộc lĩnh vực đó .....................................................................................................................43 Hình 4.2-4 Màn hình hỏi thời gian dành cho bài học và màn hình hiển thị nội dung chi tiết bài học................................................................................................................44 Hình 4.2-5 Màn hình hiển thị thông báo confirm loại bỏ bài học và màn hình thông báo khôi phục lại bài học...............................................................................................45 Hình 4.2-6 Hiển thị ô tìm kiếm và hiển thị danh sách các kết quả tìm kiếm được 45 Hình 4.2-7 Màn hình hiển thị nội dung chi tiết bài học tìm được và hướng dẫn sử dụng ...............................................................................................................................46 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Điện thoại di động đầu tiên ra đời với chức năng gọi và nhận cuộc gọi. Sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế ngày càng khẳng định vai trò của thông tin liên lạc đến khả năng thành bại trong kinh doanh. Ngoài ra, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của con người cũng ngày càng được nâng cao và nhờ vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, chiếc điện thoại ngày càng có nhiều tính năng mới, đa dạng hơn, tiến bộ hơn và hiện đại hơn. Năng lực xử lý và lưu trữ của điện thoại di động cũng liên tục được cải tiến. Các hãng sản xuất đã làm cho chiếc điện thoại di động trở nên linh động hơn, giúp cho người sử dụng có thể dễ dàng cấu hình giao diện và ứng dụng. Đặc biệt, bằng cách cho phép lập trình viên viết thêm chương trình ứng dụng, trò chơi cho điện thoại, chiếc điện thoại di động hiện nay đã trở thành một công cụ làm việc, học tập, giải trí hữu ích với mọi người. Mặt khác, cùng với sự phát triển của công nghệ thì thói quen tiếp cận và sử dụng tài liệu cũng thay đổi khá nhiều. Với một chiếc máy tính có thể truy cập Internet người học Tiếng Anh có thể học bất cứ lúc nào, bất cứ nơi nào miễn là nơi đó có thể truy cập mạng với nội dung vô cùng phong phú và đa dạng. Người học không còn phải vật lộn với hàng loạt các ngữ liệu học tập như băng đĩa, giáo trình, bài giảng… Ngoài các bài học ngữ pháp đơn thuần người học còn có thể nghe, đọc và tương tác trực tiếp thông qua internet. Tuy nhiên, hình thức học này vẫn còn có một vài hạn chế. Thứ nhất là không phải lúc nào và không phải ở đâu cũng có máy tính và mạng Internet để phục vụ cho việc học tập. Thứ hai đó là nội dung của bài học là cố định và không mang tính khả chuyển. Trong khi đó người học mong muốn nội dung của bài học được đưa ra phải phù hợp với ngữ cảnh hiện tại của họ. Đồng thời họ có thể kiểm soát được trình độ cũng như tiến trình học tập của họ. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này chúng ta sẽ áp dụng một mô hình còn khá mới mẻ ở Việt Nam, đó là mô hình học theo ngữ cảnh trên các thiết bị di động. Mô hình sử dụng điện thoại như một công cụ để nhận biết ngữ cảnh của người học và truyền tải nội dung phù hợp với ngữ cảnh hiện tại đến người đọc. 2 Khóa luận này tập trung vào trình bày về việc nghiên cứu, thiết kế, triển khai một hệ thống học tiếng anh theo ngữ cảnh trên các thiết bị di động. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Với bài toán như trên, khóa luận tốt nghiệp của tôi hướng đến mục tiêu : Tìm hiểu ứng dụng trên điện thoại di động, cách xây dựng, lắp đặt, triển khai ( chủ yếu là j2me) Tìm hiểu các dịch vụ hướng vị trí (Location Base Service – LBS), cách xác định location dựa vào GPS-A Đưa ra mô hình và giải pháp giải quyết vấn đề học tiếng anh theo ngữ cảnh trên thiết bị di động. Xây dựng thí điểm ứng dụng học tiếng anh theo ngữ cảnh trên thiết bị di động 3 CHƯƠNG 2 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VÀ MÔ HÌNH 2.1 Hướng giải quyết Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một ứng dụng giúp mọi người có thể học tập ở bất cứ đâu, trong khoảng thời gian thích hợp nếu họ sở hữu một chiếc điện thoại di động có hỗ trợ Java và kết nối vào Internet. Hệ thống sẽ cung cấp các tư liệu, nội dung học tập phù hợp với ngữ cảnh hiện tại của người sử dụng. Bên cạnh đó trong quá trình hoạt động hệ thống sẽ tự động nhận biết sự thay đổi ngữ cảnh để thay đổi nội dung cho phù hợp. Vậy vấn đề đặt ra là khi nào hệ thống cung cấp nội dung cho người sử dụng, cung cấp nội dung đó như thế nào và nội dung đó là gì ? 2.1.1 Hệ thống cần cung cấp dịch vụ khi nào ? Cái khó của một hệ thống hoạt động theo ngữ cảnh chính là phải biết hoạt động khi nào, khi nào cần cung cấp dịch vụ, hệ thống gần như một hệ thống thụ động trong việc nhận biết yêu cầu tuy nhiên lại linh hoạt trong việc đáp lại( phản ứng lại) các yêu cầu. Các thiết bị di động ngày càng thông minh, cộng với năng lực xử lý cao cho phép chúng ta có thể tích hợp một số công cụ vào trong điện thoại nhằm thu thập thông tin về môi trường, không gian.. xung quanh nó. Hiện nay, hầu hết các điện thoại di động hoặc laptop đều trang bị công cụ định vị GPS hay camera hay các senser… Các thiết bị này có thể giúp ta xác định được hiện trạng của môi trường xung quanh người dùng (thời tiết, vị trí, không gian), xác định được tình trạng của người dùng. Từ đó hệ thống có thể nhận biết được ngữ cảnh và sự thay đổi ngữ cảnh ngay lập tức. Khi đã nhận thức được sự thay đổi của ngữ cảnh, hệ thống có thể quyết định xem có cần phản ứng lại những thay đổi đó hay không. Dựa vào những thông tin thay đổi đó hệ thống sẽ biết phải làm gì. 4 2.1.2 Hệ thống cần cung cấp những nội dung gì? Một khi đã nhận biết được sự thay đổi của ngữ cảnh, hệ thống cần xác định lại nội dung sao cho phù hơp với những thay đổi đó. Quá trình khởi tạo nội dung này hệ thống cần phải làm 3 việc chính : Xác định nội dung mà những thay đổi này ảnh hưởng tới, những thay đổi này có liên quan đến tình hình hiện nay không ? tìm theo tên tuổi địa chỉ giới tính vị trí…. Xác định xem nội dung đó có phù hợp và có ích cho người dùng đó không ? tìm theo lịch sử duyệt, xếp hạng các phần tử theo chiều giảm dần hoăc tăng dần theo số lần xem Nội dung mới đó đó có liên quan đến nội dung trước đó hay không? Có cần thiết thêm nội dung trước vào không? 2.1.3 Hệ thống truyền tải nội dung đến người dùng như thế nào? Sau khi đã xác định được nội dung, vấn đề còn lại chỉ làm việc chuyển tải nội dung cho người sử dụng như thế nào và cách thức hiển thị ra sao. Việc truyền dữ liệu trong mạng không dây chậm hơn nhiều so với truyền qua mạng có dây do vậy việc lựa chọn kiểu kết nối mạng nào để truyền tải dữ liệu ta cũng cần cân nhắc. Ta có thể chọn kiểu kết nối với server thông qua việc mở một socket riêng hoặc có thể sử dụng httpconnection để request dữ liệu từ server. Trong khuôn khổ nghiên cứu này tôi sử dụng httpconnection tạo ra các request gửi tới server và nhận thông điệp nội dung trả về từ server. Một điểm cần lưu ý đó là do việc truyền tải dữ liệu qua mạng không dây là chậm nên server cần tối ưu nội dung của tư liệu để việc truyền tải có thể diễn ra nhanh hơn. Hiện nay hầu hết các điện thoại có hỗ trợ Java thì đều hỗ trợ kết nối Internet, có thể là GPRS, HSCSD, EDGE, UMTF, WCDMA… Với vấn đề hiển thị nội dung, để đảm bảo cho tính phù hợp với ngữ cảnh hiện tại của người sư dụng thì việc hiển thị thông tin sao cho trực quan và gây được thiện cảm với người sử dụng là 1 điều hết sức quan trọng. Giả dụ ta có cùng 1 nội dung b