Dạy học kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành kĩ thuật điện tử viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán

Nghị quyết số 29NQTW – Nghị quyết Hội nghị TW 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo có nêu rõ nhiệm vụ và giải pháp: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu

1.1 Định hướng của Đảng và Nhà nước trong đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo trong thời đại mới

Nghị quyết số 29-NQ/TW – Nghị quyết Hội nghị TW 8 khóa XI về đổimới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo có nêu rõ nhiệm vụ và giải pháp:

“Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại;phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng củangười học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tậptrung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tựcập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủyếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xãhội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thôngtin và truyền thông trong dạy và học” [1]

Một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục làchuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sangmột nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tínhchủ động, sáng tạo của người học Định hướng quan trọng trong đổi mớiphương pháp dạy học là phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo, phát triểnnăng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học Đó cũng lànhững xu hướng quốc tế trong cải cách phương pháp ở nhà trường phổ thôngcũng như ở bậc đại học, cao đẳng [5] Để giúp cho sinh viên có thể năngđộng, tự lực và sáng tạo trong điều kiện công nghệ phát triển mạnh mẽ thìtrang bị cho họ cách thức tư duy điện toán với các thuật toán của máy tính làđiều cần thiết

1.2 Sự cấp thiết về nhu cầu nguồn nhân lực về điện tử viễn thông trong xã hội hiện nay và yêu cầu đặt ra trong đào tạo nguồn nhân lực Kĩ thuật điện

tử - viễn thông

1.2.1 Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhucầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người không ngừng tăng cao, hầu nhưmọi công việc đều giải quyết dựa trên cơ sở các quá trình trao đổi thông tinnhiều chiều, nhiều nguồn, với nhiều hình thức khác nhau từ giọng nói, âmthanh, hình ảnh,… Ngành KTĐT-VT đã hiện thực hóa khả năng liên kết củamỗi người, mỗi quốc gia bằng việc sử dụng các Kĩ thuật công nghệ tiên tiếntheo nhiều phương thức khác nhau Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0hiện nay - cuộc cách mạng về sản xuất thông minh dựa trên các thành tựu độtphá trong lĩnh vực khoa học công nghệ đang diễn ra khắp nơi, ngành KTĐT –

VT cũng như ngành CNTT đóng vai trò quan trọng Đây là hai ngành Kĩ thuậtmũi nhọn cho phép tạo ra cơ sở hạ tầng kết nối, trao đổi, thu thập, lưu trữ và

xử lý nguồn thông tin rất lớn của thế giới số

Bên cạnh đó, theo kết quả thống kê từ Trung tâm Dự báo nhu cầu nhânlực và Thông tin thị trường lao động thành phố Hồ Chí Minh cho biết nhu cầutuyển dụng lao động làm việc trong ngành KTĐT – VT giai đoạn 2020 – 2025lên đến khoảng 1,6 vạn người/năm và đang có xu hướng tăng lên Dự báo đếnnăm 2030, nhu cầu nhân lực ngành Kĩ thuật điện, KTĐT – VT tăng gấp 2,5lần so với năm 2015 Nhưng với thực trạng phổ biến trong thị trường lao độnghiện nay là nguồn cung cấp nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực Kĩ thuậtcòn thiếu hụt lớn Theo số liệu từ Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, hiệnnay tại Việt Nam, mỗi năm có 1,4 triệu kỹ sư tham gia vào lực lượng laođộng, nhưng chỉ có 15% trong số đó được đào tạo nghề một cách chính quy

Vì vậy, việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng, đáp ứng được yêu cầucủa cuộc cách mạng là nhiệm vụ cấp bách hơn bao giờ hết Để đào tạo đượcnguồn nhân lực này đặt ra rất nhiều thách thức cho các nhà giáo dục, cần phải

có sự cải tiến và đổi mới phù hợp với thời đại ngày nay, kể cả nội dung,chương trình môn học và phương pháp giảng dạy.

1.2.2 Với một trong những mục tiêu của giáo dục đại học là hình thành

và phát triển được nền tảng tư duy của sinh viên trong thời đại mới, tức là cókiến thức chuyên môn toàn diện, nắm vững nguyên lý, quy luật tự nhiên – xãhội, có kỹ năng thực hành cơ bản, có khả năng làm việc độc lập, sáng tạo vàgiải quyết những vấn đề thuộc ngành được đào tạo [36] Trong đó, các thànhphần của tư duy có thể kể đến như biết cách suy luận, phát hiện, giải quyếtvấn đề, biết cách học, cách tự học, có tư duy sáng tạo, Thông qua dạy kiếnthức và kỹ năng để đạt được mục tiêu là hình thành và phát triển năng lực,đặc biệt là phát triển tư duy - trí tuệ của sinh viên, thông qua việc dạy và học

tư duy, chúng ta sẽ tạo được nền móng trí tuệ - cách suy nghĩ để giải quyếtcác vấn đề trong thực tiễn sau này cho mỗi sinh viên khi làm việc trong môitrường thực tế Vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình dạy và học là giúp chosinh viên phát triển được tư duy

Ngày nay, song song với trang bị kiến thức và kỹ năng, việc phát triển

tư duy điện toán cho sinh viên, đặc biệt là sinh viên ngành KTĐT - VT, là rấtcần thiết và phù hợp với mục tiêu đào tạo ngành KTĐT - VT Tư duy điệntoán bao gồm những kỹ năng thiết yếu cho sinh viên như kỹ năng tư duy thuậttoán, kỹ năng tư duy giải quyết vấn đề, kỹ năng tư duy suy luận logic, kỹnăng tư duy trừu tượng, kỹ năng đánh giá vấn đề,… Các trường đại học đàotạo ngành này cần chú trọng trang bị cho sinh viên ngành KTĐT–VT kỹ năngthiết kế hệ thống, phân tích, làm việc nhóm, tương tác, hòa nhập và đặc biệt làkhả năng học tập suốt đời bắt kịp và thích nghi với sự thay đổi cực kỳ nhanhchóng của khoa học công nghệ

1.3 Tầm quan trọng của môn Kĩ thuật lập trình đối với sinh viên học ngành

Kĩ thuật điện tử - viễn thông

Trong nghị quyết của Đảng [1] đã chỉ rõ đẩy mạnh ứng dụng công nghệthông tin trong dạy học cũng có nghĩa trang bị cho sinh viên kiến thức và kĩ

năng lập trình Có thể thấy rằng trong các thiết bị điện tử - viễn thông hiện đạikhông thể thiếu trái tim của chúng là bộ xử lý, ngay cả những hệ thống tựđộng ứng dụng cũng có bộ vi điều khiển là nhiệm vụ xử lý trung tâm Chính

vì vậy việc trang bị cho sinh viên kĩ thuật lập trình là rất cần thiết

Trong chương trình đào tạo ngành KTĐT – VT, học phần Kĩ thuật lậptrình là một trong những học phần cơ bản dành cho sinh viên Cấu trúc dữ liệu

và Thuật toán được xem như là hai yếu tố quan trọng nhất trong lập trình,đúng như câu nói của nổi tiếng của Niklaus Wirth: “Programs = DataStructures + Algorithms” (Chương trình = Cấu trúc dữ liệu + Thuật toán).Việc nắm vững các cấu trúc dữ liệu và các thuật toán là cơ sở để sinh viêntiếp cận với việc thiết kế và xây dựng phần mềm cũng như sử dụng các công

cụ lập trình hiện đại [14]

Các nội dung học tập trong các học phần điện tử - viễn thông hiện đạiluôn gắn chặt với lập trình với các bài toán về điều khiển, các lựa chọn tối ưutrong liên lạc, phủ sóng, kết nối mạng càng nâng cao vai trò của kĩ thuật lậptrình Hơn nữa, nội dung học phần này có nhiều bài toán đặt ra có thể khaithác được để kích thích tư duy cho SV Quá trình thao tác theo thuật toán vàđánh giá thuật toán, vận dụng thuật toán và giải quyết vấn đề trong thực tiễn

sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực và hình thành, phát triển TDĐT cho SV [39]

Tóm lại, với những nhận định trên, bản thân là một giảng viên ngànhCông nghệ thông tin, tác giả chọn đề tài tập trung nghiên cứu theo hướng pháttriển tư duy điện toán nhằm phát triển các kỹ năng hỗ trợ cho việc lập trìnhcũng như giải quyết các vấn đề liên quan, phù hợp với đặc điểm các môn họcthuộc chuyên ngành KTĐT - VT nhằm tăng tính tích cực chủ động của sinh

viên Đó là đề tài: “Dạy học Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận về phát triển tư duy, tư duy điện toán, trên cơ

sở đó, xây dựng các biện pháp để phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn

Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông

3 Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy học học phần Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩthuật điện tử - viễn thông

3.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống khái niệm, khung lý luận về tư duy và tư duy điện toán

- Lý luận về phát triển tư duy và tư duy điện toán trong dạy học

- Quá trình dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học cho sinhviên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông

3.3 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu thực trạng: Các trường đại học có đào tạo ngành

Kĩ thuật điện tử - viễn thông tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên

- Phạm vi thực nghiệm: sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thôngcủa trường Đại học Quy Nhơn

4 Giả thuyết khoa học của luận án

Nếu trên cơ sở nghiên cứu lý luận về tư duy, xây dựng khái niệm vàcác yếu tố cấu thành tư duy điện toán, đề xuất được các định hướng và biệnpháp phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho SVngành KTĐT-VT thì sẽ phát triển tư duy điện toán cho SV, góp phần nângcao chất lượng dạy học và đào tạo kĩ sư ngành KTĐT-VT ở các trường Đạihọc, Cao đẳng kĩ thuật

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận về tư duy điện toán và phát triển tư duy điện toántrong dạy học cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông;

- Khảo sát thực trạng dạy và học ở ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông vớicách tiếp cận phát triển tư duy điện toán; Phân tích nội dung, đề cương chi tiết,đặc điểm và PPDH môn Kĩ thuật lập trình dưới góc độ phát triển TDĐT;

- Xây dựng khái niệm, tiến trình dạy học và đề xuất biện pháp dạy họctheo định hướng phát triển TDĐT cho sinh viên; xây dựng giáo án minh họathuộc học phần Kĩ thuật lập trình;

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm và phương pháp chuyên gia để đánhgiá hiệu quả sử dụng giải pháp, kiểm nghiệm giả thuyết khoa học và tính khảthi của đề tài

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Các phương pháp nghiên cứu lí thuyết:

Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa những kinh nghiệm quốc tế và trongnước, các công trình có liên quan về tư duy điện toán, lí luận dạy học về dạyhọc phát triển tư duy điện toán để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài

6.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

- Phương pháp điều tra viết, phỏng vấn để khảo sát thực trạng dạy vàhọc định hướng phát triển tư duy điện toán ở một số trường đại học có đàotạo ngành KTĐT-VT khu vực miền Trung

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm một số biện phápdạy học Thuật toán ở một số nội dung nhằm kiểm nghiệm tính khả thi và hiệuquả của biện pháp đề ra

- Phương pháp chuyên gia: trao đổi, điều tra, phỏng vấn các chuyên gia

có trình độ, kinh nghiệm để đánh giá thực trạng dạy học định hướng pháttriển tư duy điện toán và đánh giá tính khả thi của các biện pháp dạy học đã

đề xuất

6.3 Phương pháp thống kê toán học:

Xử lý số liệu trong khảo sát thực trạng và kiểm nghiệm, đánh giá cácbiện pháp dạy học đã đề xuất

7 Đóng góp mới của luận án

+ Tổng quan được các khái niệm tư duy điện toán từ các tác giả khác

và kế thừa để đưa ra khái niệm tư duy điện toán

+ Đưa ra được các thành tố của tư duy điện toán gồm 4 thành phần:phân rã vấn đề, nhận dạng mẫu, thiết kế thuật toán, trừu tượng hóa và tổngquát hóa

+ Đề xuất được năm định hướng phát triển tư duy điện toán trong dạy học.+ Đề xuất được ba biện pháp phát triển tư duy điện toán trong dạy họcmôn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT

+ Đã đề xuất được tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trìnhnhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên KTĐT-VT

+ Vận dụng soạn được hai giáo án minh họa trong dạy học học phần Kĩthuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN

TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC

1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC

Phát triển tư duy nói chung trong quá trình dạy học đã được coi trọng vànghiên cứu từ lâu Ngay từ những bước phát triển đầu tiên của xã hội loài ngườicũng nghư trong lĩnh vực giáo dục, các nước, các tổ chức xã hội cũng như nhiềunhà nghiên cứu đã luôn quan tâm đến đào tạo con người có khả năng suy nghĩ vàgiải quyết vấn đề đặt ra và tìm tòi những giải pháp mới hiệu quả hơn trong côngviệc và đời sống Khoa học Kĩ thuật phát triển với tốc độ ngày càng cao, mức độngày càng sâu, phạm vi ngày càng rộng; thực tiễn sản xuất, đời sống luôn đặt ranhiều vấn đề cần giải quyết Tất cả những yếu tố đó khiến con người luôn luônphải suy nghĩ, tính toán, tìm tòi các giải quyết Do đó, ngay từ khi còn ngồi trênghế nhà trường, người học không chỉ được lĩnh hội kiến thức mà còn phải đượchình thành, rèn luyện và phát triển các thao tác trí tuệ, các hoạt động trí tuệ Đểthực hiện được điều đó, nhà trường cần phải nghiên cứu để tìm cách phát triển tưduy cho người học Trong dạy học, phải đưa cho học sinh những câu hỏi sao chokích thích tính tò mò, khả năng tự phát hiện, suy luận, tính độc lập của tư duy,phát hiện các ý tưởng bất ngờ

Theo một số dự báo khoa học, người ta tin rằng, sau thời đại tin học(hay còn gọi là làn sóng văn minh thứ tư sau nông nghiệp, công nghiệp và tinhọc) là thời đại sáng tạo mang tính quần chúng rộng rãi nhờ việc sử dụng cácphương pháp tư duy sáng tạo một cách khoa học Khoa học sáng tạo sẽ gópphần không nhỏ giúp chúng ta tìm con đường tắt để phát triển bền vững, thựchiện thành công sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và sựnghiệp “trồng người” [5]

1.1.1 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học

Tư duy là một loại hoạt động đặc thù của con người Chính nhờ có tưduy mà con người không những có khả năng khám pháp và chinh phục thếgiới mà không ngừng cải tiến và phát triển hệ thống công cụ sản xuất nhằmđạt được năng suất lao động ngày càng cao, sức lao động của con người ngàycàng được giải phóng Nhờ có tư duy mà khoa học Kĩ thuật không ngừng tiến

bộ, sản xuất ngày càng phát triển làm cho các nhu cầu vật chất và tinh thầncủa đời sống xã hội ngày càng được thỏa mãn [42] Việc phát triển năng lực

tư duy của người học từ lâu đã được xem là một trong những yếu tố then chốt

có ý nghĩa quyết định trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội

1.1.1.1 Những nghiên cứu quốc tế về tư duy

Nói về tầm quan trọng của tư duy đối với con người, nhiều nhận định

được những nhà bác học, nhà nghiên cứu đưa ra như: “Ai không muốn suy nghĩ là người cuồng tín, ai không thể suy nghĩ là gã đần, ai không dám suy nghĩ là kẻ nô lệ” (W Drummond); Hay Gauss nói “Trí tuệ là kết quả của hoạt động bộ não Lười tư duy sẽ dẫn đến sự ngừng hoạt động của cơ quan này, tức là sự teo não”; Emerson phát biểu: “Tư duy là hạt giống của hành động”; Pascal cũng cho rằng: “Tư duy tạo ra sự cao cả của con người”; “Tôi

tư duy tức là tôi tồn tại”.

Trên thế giới, từ cổ xưa đã có nhiều bậc tiền nhân đánh giá cao việc rèn

luyện và phát triển tư duy trong dạy học Theo ngạn ngữ cổ Hy Lạp thì “Dạy học không phải là rót kiến thức vào một chiếc thùng rỗng mà là thắp sáng lên những ngọn lửa” Trong những thời kỳ sau này, “ông tổ” của hơn ngàn sáng chế cho nhân loại, Thomas Edison cũng phát biểu rằng: “Nhiệm vụ quan trọng nhất của nền văn minh là dạy con người biết suy nghĩ”.

Trong thời kỳ hiện đại, vấn đề phát triển tư duy và năng lực sáng tạongày càng được quan tâm, đặc biệt là các nhà tâm lý học, giáo dục học Các

công trình nghiên cứu của X L Rubinstêin cho rằng: “Tư duy – đó là sự khôi phục trong ý nghĩ của chủ thể và khách thể với mức độ đầy đủ hơn, toàn diện hơn so với các tư liệu cảm tính xuất hiện do tác động của khách thể” [17]

Tùy theo căn cứ và nhận định của từng tác giả, họ tiến hành phân loạicác loại tư duy khác nhau Chẳng hạn, theo V A Cruchetxki, căn cứ vào tính

độc lập của chủ thể tư duy để chia ra làm bốn loại tư duy:“Tư duy tích cực, tư duy độc lập, tư duy sáng tạo, tư duy lý luận” [4] Theo A V Pêtrovxki và L.

B Itenxơn đưa ra bốn loại tư duy: Tư duy hình tượng, tư duy thực hành, tư duy khoa học và tư duy lôgic [46] Theo J Piaget thường nói đến hai loại tư duy: “Tư duy cụ thể và tư duy hình thức”[34] Với tác giả V V Đavưđôv đã dựa vào bản chất để phân ra hai loại tư duy: “Tư duy lý luận, tư duy kinh nghiệm” [7].

Bàn về việc dạy học sáng tạo, kích thích tư duy, nhiều nhà nghiên cứucũng đưa ra những kết luận Trong bài báo của nhà tâm lý học G E.Giuravliov nhận định đối với việc dạy học sáng tạo ở trường đại học có bamặt là: dạy có thể xem là một trong các dạng của quá trình lao động; trườngđại học cần đặt ra nhiệm vụ dạy học sáng tạo; ở trường đại học SV cần phảiđược chuẩn bị để trở thành người chủ trì sản xuất, người lãnh đạo các tập thể

sản xuất, kĩ thuật, các tập thể khoa học [21] Theo P L Kapitxa: “Giáo dục các khả năng sáng tạo trong con người dựa trên sự phát triển của tư duy tự lập…” [47].

Nhà tâm lý học, giáo dục học xuất sắc người Mỹ, Richard Feynman đã

đề xuất việc giảng dạy phương pháp tư duy mới trong các tổ chức giáo dụcthay cho phương pháp tư duy lặp lại [40]

Những công trình nghiên cứu liên quan về kích thích tư duy trong dạyhọc đã được công bố [40] như:

- Nghiên cứu về ứng dụng các thủ thuật sáng tạo trong Khoa học kĩthuật, viết tắt là TRIZ được phổ biến rộng rãi từ những năm 60 của thế kỷ XXtại các nước có nền công nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Nhật,… Tổ chứcthường niên trên quy mô toàn cầu.

- Nghiên cứu về sử dụng màu sắc để kích thích tư duy của Eward De Bono

- Nghiên cứu về sử dụng hiệu quả của sơ đồ hình ảnh của Tony Buzan.Đến giai đoạn khoa học – kĩ thuật phát triển mạnh, lao động sản xuấtđòi hỏi người lao động cần có phẩm chất, năng lực mới, kỹ năng tư duy mớiphù hợp, nên có nhiều nhà tâm lý học, giáo dục học quan tâm nghiên cứu về

tư duy kĩ thuật Các tác giả E A Faraponova và các cộng sự [19] tập trungnghiên cứu đặc điểm của tư duy kĩ thuật, con đường hình thành và phát triểncủa tư duy kĩ thuật Bên cạnh đó, các tác giả khác như T V Kudriasep, V A.Xcacun [19] khẳng định “Dạy học nêu vấn đề là phương tiện chung để pháttriển tư duy kĩ thuật”, và đưa quan điểm coi dạy học nêu vấn đề và dạy họcangôrit hóa là hệ phương pháp dạy học có hiệu quả nhất trong việc hình thành

và phát triển tư duy kĩ thuật cho HS Ngoài ra, vấn đề này cũng được nhiềunhà nghiên cứu Liên Xô cũ và các nước Âu- Mĩ nghiên cứu vận dụng cácphương pháp dạy học khác như dạy học chương trình hóa, dạy học theo tưtưởng công nghệ[19]

Bước sang giai đoạn bùng nổ thông tin, trên thế giới nhiều nhà nghiêncứu quan tâm đến loại hình tư duy thuật toán trong dạy học Các tác giả đãnghiên cứu và đưa ra sáu đặc điểm chung của tư duy thuật toán và tư duy toánhọc, nêu ra các đặc điểm khác biệt giữa chúng Loại hình tư duy này xuấthiện trong một số công trình nghiên cứu của A Engel [51], D E Knuth [62],

S B Maurer và A Ralston [55],… Với các tác giả Gal-Ezer và OrnaLichtenstein [64] đưa ra ba cách sử dụng tư duy thuật toán vào quá trìnhgiảng dạy khái niệm toán học

1.1.1.2 Những nghiên cứu trong nước về tư duy

Ở trong nước, đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đếncác loại hình tư duy khác nhau trong giảng dạy Toán học như: Tư duy sángtạo ([35], [38], [49]), Tư duy logic ([16], [41]), Tư duy phê phán [27], Tư duyhàm [32], Tư duy biện chứng ([8], [17]), Tư duy thống kê [3], Tư duy thuậnnghịch [26],… Bên cạnh đó, còn có một số công trình nghiên cứu về việc ápdụng các phương pháp kích thích tư duy cho HS ([15], [18], [40]), cũng nhưrèn luyện kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy cho học sinh trung học phổthông trong dạy học môn Toán [13]

Trong giảng dạy Vật lý cũng đã có công trình nghiên cứu của NgôDiệu Nga về tư duy khoa học kĩ thuật khi dạy phần “Quang học” cho HSlớp 8 THCS [30]

Trong vài chục năm gần đây, các nhà nghiên cứu ở trong nước cũngquan tâm và vận dụng vào dạy học tư duy kĩ thuật, dạy học lao động kĩ thuật.Dựa trên kết quả nghiên cứu của các nhà tâm lí học, giáo dục học ở nướcngoài, các tác giả như Nguyễn Trọng Khanh ([19], [20]), Nguyễn Văn Khôi[22], Nguyễn Đức Thành [39],… phân tích đặc điểm tâm – sinh lí của họcsinh, điều kiện và môi trường giáo dục của đất nước,… Họ đã vận dụng sángtạo các biện pháp hình thành và phát triển tư duy kĩ thuật cho học sinh vàoquá trình dạy học kĩ thuật, giáo dục kĩ thuật tổng hợp, dạy nghề [19]

Một loại hình tư duy khác được đề cập nhiều trong những năm gần đây

đó là tư duy thuật toán Cũng đã có một số công trình nghiên cứu trong nước

về chủ đề dạy học phát triển tư duy thuật toán cho HS phổ thông Chẳng hạn

như, trong luận án “Phát triển tư duy thuật giải của học sinh trong khi dạy học các hệ thống số ở trường phổ thông”, tác giả Vương Dương Minh đã

nghiên cứu PPDH thuật toán trên các hệ thống số ở trường phổ thông và tiến

hành xây dựng được một hệ thống bài tập chương “Các phép tính về phân

số” (Toán lớp 6) Tác giả đưa ra khái niệm thuật giải theo nghĩa trực giác như sau: “Thuật giải là một qui tắc chính xác và đơn trị qui định một số hữu hạn những thao tác sơ cấp theo một trình tự nhất định trên những đối tượng sao cho sau một số hữu hạn bước thực hiện các thao tác đó ta thu được kết quả mong muốn” [29] Từ cách phát biểu giúp ta hình dung khái niệm, tác giả đã

chỉ ra các bước đơn trị và xác định để giải quyết các bài toán số học và cácbài toán giải bằng phương pháp số ở trường phổ thông Trong luận án, tác giảcũng đã đưa ra hệ thống các tư tưởng chủ đạo về phát triển tư duy thuật giải trongmôn Toán như sau:

- Rèn luyện cho học sinh các hoạt động tư duy thuật giải trong khi vànhằm vào thực hiện những yêu cầu toán học

- Gợi động cơ và hướng đích cho các hoạt động tư duy thuật giải trong

ba giai đoạn: (a) Gợi động cơ và hướng đích mở đầu các hoạt động tư duythuật giải; (b) Gợi động cơ và hướng đích trong khi tiến hành các hoạt động

tư duy thuật giải; (c) Gợi động cơ kết thúc hoạt động tư duy thuật giải

- Truyền thụ cho HS những tri thức phương pháp về tư duy thuật giảitrong khi tổ chức, điều khiển tập luyện các hoạt động tư duy thuật giải

- Phân bậc các hoạt động tư duy thuật giải dựa vào những căn cứ như:(a) Bình diện nhận thức; (b) Nội dung của hoạt động tư duy thuật giải; (c) Sựphức hợp của hoạt động tư duy thuật giải; (d) Chất lượng của hoạt động tưduy thuật giải; (e) Sự phức tạp của đối tượng hoạt động tư duy thuật giải

Tác giả Nguyễn Chí Trung cũng đã đề xuất khái niệm về tư duy thuậttoán trong luận án [42] Tác giả nhận định và phân tích các biểu hiện và cáccấp độ của sự phát triển tư duy thuật toán; đưa ra một số cách tiếp cận mớitrong dạy học phát triển tư duy thuật toán cho HS trung học phổ thông và thựcnghiệm dạy một số thuật toán trong tin học cho HS lớp 10

Việc phát triển tư duy thuật toán cho sinh viên cao đẳng kĩ thuật cũngđược tác giả Nguyễn Đức Thành nghiên cứu, định hướng và đề xuất một sốbiện pháp theo định hướng đưa ra và thực nghiệm trong dạy học môn toán caocấp [39] Song song với tư duy thuật toán, tác giả cũng đề cập đến việc pháttriển tư duy kĩ thuật cho sinh viên cao đẳng.

Việc đơn giản hóa khái niệm thuật toán để tiệm cận với thuật toán giảibài toán trên máy tính đã được nhóm tác giả Bùi Văn Nghị, Vương DươngMinh, Nguyễn Anh Tuấn [31] đưa ra và nêu ra được các đặc điểm của thuậttoán Họ cũng đưa ra khái niệm về tư duy thuật toán khi giải quyết một vấn đềnào đó

Tóm lại, trong những thế kỷ qua, các công trình khoa học và nhữngthành tựu của loài người được tạo nên bằng tư duy Đã có nhiều cách tiếp cận

để nghiên cứu, khám phá cả chiều sâu ý thức và trình độ, phương pháp kíchthích tư duy và hiện nay vẫn phải tiếp tục nghiên cứu Từ trước đến nay, vấn

đề tư duy được quan tâm ở nhiều phương diện như Triết học, Lôgic, Xã hộihọc, Sinh lý học, Tâm lý học, Lý luận dạy học,… Triết học nghiên cứu tư duydưới góc độ lý luận nhận thức Lôgic học nghiên cứu tư duy dưới góc độ cácquy tắc tư duy đúng Xã hội học nghiên cứu tư duy ở sự phát triển của quátrình nhận thức trong các chế độ xã hội khác nhau Sinh lý học nghiên cứu cơchế hoạt động thần kinh cao cấp với tư cách là nền tảng vật chất của các quátrình tư duy ở con người Điều khiển học nghiên cứu tư duy để có thể tạo ra

“Trí tuệ nhân tạo” Tâm lý học nghiên cứu diễn biến của quá trình tư duy,mối quan hệ qua lại cụ thể của tư duy với các khía cạnh khác của nhận thức[39] Với những thành tựu đó đã nhanh chóng được áp dụng vào xây dựng các

mô hình dạy học và đào tạo

1.1.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy điện toán trong dạy học

Tư duy điện toán (Computational Thinking) là tư duy mới của thế kỷ.

Tư duy điện toán dành cho mọi người, có thể điều chỉnh tư duy điện toán theonhu cầu của con người và bất kỳ ai cũng nên học một chút về tư duy điện toán

1.1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới về tư duy điện toán

Sự phát triển của khoa học – công nghệ, cụ thể là máy tính, với nhiềutiện ích như trí tuệ nhân tạo, trợ lý ảo, xe tự vận hành, phân tích dữ liệu lớn,

vv đã làm cho con người phải thừa nhận sự ưu việt trong cách giải quyết vấn

đề của máy tính

Đối với các nhà khoa học, kỹ sư và các chuyên gia khác, tư duy điệntoán có thể giúp họ vận dụng các phương pháp điện toán mới để giải quyếtvấn đề Hoặc giúp họ cải cách các vấn đề phù hợp theo các chiến lược điệntoán Họ khám phá “khoa học” mới thông qua việc phân tích kho dữ liệu lớn

Tư duy điện toán còn giúp họ trả lời những câu hỏi mới mà đã từngnghĩ là không thể hoặc không dám trả lời vì phạm vi giải quyết theo tư duyđiện toán dễ dàng Tư duy điện toán giúp họ giải thích vấn đề hoặc giải quyếtvấn đề trong khuôn khổ tư duy điện toán

"Gần đây, tư duy điện toán đang có sức ảnh hưởng đến việc nghiên cứutrong hầu hết các lĩnh vực, cả trong khoa học và nhân văn" (Bundy 2007)[50] Bằng chứng về ảnh hưởng tư duy điện toán đến các lĩnh vực khác rấtnhiều: tư duy điện toán đang làm thay đổi khoa học thống kê, khi mà việc họcmáy tự động hóa các phương pháp Bayesian và việc sử dụng các mô hình đồhọa có xác suất cho phép xác định các mẫu và những dị thường trong các tậphợp dữ liệu lớn như các bản đồ thiên văn , máy quét ảnh cộng hưởng MRI, sửdụng thẻ tín dụng để mua hàng và biên lai cửa hàng tạp hóa (ví dụ: Bộ phậnHọc máy 2008 - Machine Learning Department 2008) Tư duy điện toán đanglàm biến đổi sinh vật học, trước tiên với thuật toán sắp xếp “Shotgun” để sắp

xếp bộ gen người, và bây giờ với sự trừu tượng (abstraction) miêu tả cho cáctiến trình năng động được tìm thấy trong tự nhiên, từ chu kỳ tế bào đến nếpgấp protein (ví dụ Fisher & Henzinger 2007) Tư duy điện toán cũng đangchuyển biến chuyển biến, tạo ra một lĩnh vực mới về kinh tế vi mô điện toán,với các ứng dụng như đặt quảng cáo, bán đấu giá trực tuyến, dịch vụ danhtiếng (Abraham et al.2007) [59] Trong khoa học nhân văn và nghệ thuật, cácthư viện số của sách, sưu tập và đồ tạo tác tạo ra các cơ hội nhờ vào cácphương pháp điện toán như khai phá dữ liệu và liên kết dữ liệu để khám phácác xu hướng mới, mẫu mới và liên kết mới trong sự hiểu biết và đánh giá củachúng ta đối với nhân loại ([84], [85]).

Đối với việc nghiên cứu tư duy điện toán trong giáo dục, có nhiều côngtrình nghiên cứu và bài báo được các tác giả quan tâm Chẳng hạn, AmanYadav, và các cộng sự đưa ra những nhận định về tư duy điện toán trong giáodục đào tạo giáo viên dạy trung học phổ thông, phân tích rõ quan điểm về tưduy điện toán, nêu ra những nhận định sai lầm về tư duy điện toán đối vớigiáo dục Mạnh dạn đưa ra những giải pháp trong việc kết hợp tư duy điệntoán vào trong chương trình giảng dạy đối với bậc trung học phổ thông [88]

Tư duy điện toán đang nhanh chóng trở thành một khái niệm thiết yếuđối với những người học hiện đại (Wright, Rich & Leatham, 2012) Đến thờiđiểm này, tư duy điện toán đã trở thành chủ đề bắt buộc trong trường học tạihơn sáu chục quốc gia khác nhau, với hơn một chục cam kết thực hiện đếnnăm 2020 (Balanskat & Englehardt, 2015) Với sự quan tâm ngày càng tăngnày đến nhu cầu về giảng dạy điện toán ở những độ tuổi khác nhau từ mầmnon đến trung học phổ thông và bậc đại học, cao đẳng, đến nay đã có nhiềunghiên cứu về tư duy điện toán đối với bậc phổ thông K-12 như D’Alba vàHuett chia sẻ kết quả làm việc với học sinh tiểu học; Jones-Harris vàChamblee trình bày kết quả với nhóm sinh viên Mỹ gốc Phi; Delcker và

Ifenthaler mô tả cách dạy tư duy điện toán trong khóa học khoa học máy tínhbắt buộc tại các trường trung học phổ thông ở Liên bang Đức; Tatar,Harrison, Stewart, Frisina và Musaeus khám phá ra kiểu tư duy liên quan đếnhọc sinh trung học;…[74]

Các chương trình giáo dục đại học giới thiệu tư duy điện toán được tíchhợp với các khóa học trong nhiều lĩnh vực đa dạng để cải thiện việc giảng dạy[74] Musaeus, Tatar, và Rosen khám phá những tư duy điện toán trong giáodục y tế Rambally chứng minh cách tư duy điện toán có thể cải thiện khảnăng của SV để hiểu các cấu trúc rời rạc Quaye và Dasuki đề xuất mộtphương pháp để giảng dạy điện toán trong một khóa học giới thiệu ở Nigeria

sử dụng một bối cảnh thế giới ảo Kaya và Cagiltay cho thấy làm thế nào tậptrung vào tư duy điện toán trong một khóa học giới thiệu cho các chuyênngành không phải là khoa học máy Liu, Perera, và Klein báo cáo về những

nỗ lực giảng dạy tư duy điện toán trong khi giải quyết vấn đề, và chia sẻ cáctài nguyên giáo dục

Đối với chương trình đào tạo ngành sư phạm, nhiều tác giả cũng nghiêncứu những khía cạnh của tư duy điện toán khi thực hiện trong thực tế [74] Cóthể thấy, Hester-Croff và Buss and Gamboa nói về những nỗ lực để đào tạogiáo viên giúp họ nhận ra các mô hình tư duy điện toán trong học tiểu học Cảhai Yadav, Gretter, Good, và Mclean và Sadik, Ottenbreit-Leftwich, vàNadiruzzaman tập trung vào việc làm thế nào để chuẩn bị cho các giáo viên,định hướng cho giáo viên về tư duy điện Toikkanen và Leinonen báo cáo vềviệc thiết kế và thực hiện MOOC với hơn 1000 giáo viên khi họ thực hiện tíchhợp bắt buộc tư duy điện toán toán trong giáo dục tiểu học ở Phần Lan

Một số tổ chức chuyên nghiệp và các tổ chức tư vấn như Mỹ, Anh và

Hà Lan đã kêu gọi chú ý nhiều hơn đến tư duy điện toán trong chương trìnhgiảng dạy Tại EDUSUMMIT 2013, các nhà khoa học đã thảo luận tập trung

vào các thành phần cốt lõi của tư duy điện toán, mối liên hệ và sự khác biệtcủa nó với các năng lực khác của thế kỷ 21 (Voogt và cộng sự 2015), và vị trícủa nó trong chương trình giảng dạy [82].

Ngoài việc nghiên cứu về phương pháp tiến hành kết hợp rèn luyện tưduy điện toán trong giáo dục, cũng có những công trình nghiên cứu về việcđánh giá, đo lường về tư duy điện toán khi áp dụng trong thực tế [74].Mueller, Becket, Hennessey, và Shodiev đã phân tích năng lực cốt lõi của tưduy điện toán để liên kết với thực tiễn, đánh giá và thảo luận những vấn đềphát sinh Grover đề xuất một hệ thống đánh giá vượt xa chỉ đo lường kết quảnhận thức về nền tảng của tư duy điện toán và chứng minh hệ thống này quakhóa học trung học cơ sở

Để đánh giá, đo lường kết quả thực hiện kỹ năng tư duy điện toán, một

số công trình nghiên cứu cũng chia sẻ một số công cụ để giảng dạy, đánh giá

và thực hiện tư duy điện toán Repenning, Basawapatna, và Escherle trình bàykhung thực hiện cho các công cụ khác nhau thông qua ba giai đoạn quantrọng của tư duy điện toán: hình thành vấn đề, giải pháp biểu hiện, và thựchiện / đánh giá Lawanto, Close, Ames, và Brasiel chứng minh làm thế nàocông cụ Dr Scratch có thể được sử dụng để đo kỹ năng tính toán của học sinh.Tương tự, Brasiel et al phác thảo việc phát triển, sử dụng, và nghiên cứu vềcông cụ FUN! dựa trên Python để đo các tương tác từng phút một trong môitrường Scratch

Tóm lại, vấn đề tư duy điện toán trong dạy học được rất nhiều tác giảcũng như các tổ chức giáo dục ở các nước trên thế giới đặc biệt quan tâm như

Mỹ, Úc, Anh, Hàn Quốc, Đức Theo Denning ý tưởng tư duy điện toán đãxuất hiện từ những năm 1950 và 1960 "như là tư duy thuật toán", đặc biệt sửdụng dãy các bước lệnh theo trình tự và chính xác để giải quyết các vấn đề và(khi thích hợp) một máy tính để tự động hóa quá trình đó Ngày nay, thuật

ngữ "tư duy điện toán" được Wing phát biểu như là "giải quyết các vấn đề,thiết kế hệ thống, và hiểu được hành vi của con người bằng cách dựa trên cáckhái niệm căn bản của khoa học máy tính" Tư duy điện toán cũng bao gồm

"sử dụng cách trừu tượng và cách phân tích khi thực hiện một nhiệm vụ rộnglớn phức tạp hoặc thiết kế một hệ thống lớn phức tạp." [88]

Các cơ sở trên khắp Hoa Kỳ và ở nước ngoài đang xem lại chương trìnhgiảng dạy đại học của họ về khoa học máy tính Nhiều trường đang thay đổichương trình cho khóa học đầu tiên về khoa học máy tính để đưa ra cácnguyên lý và khái niệm cơ bản chứ không phải chỉ lập trình Ví dụ, tạiCarnegie Mellon, cũng sửa lại các chương trình giảng dạy năm thứ nhất đểthúc đẩy tư duy điện toán cho các chuyên ngành không chính thức [84]

Năm 2009, Hiệp hội Giáo viên Khoa học Máy tính (CSTA) và Hiệp hộiCông nghệ Giáo dục Quốc tế (ISTE) đã hợp tác để đưa ra một định nghĩa cho

tư duy điện toán và triển khai tư duy điện toán nhằm đưa ra các tiêu chuẩn,hiệu suất và sản phẩm (standards, performance and artefacts) trong khuôn khổchương trình giảng dạy K-12 Kỳ vọng là học sinh K-12 không chỉ trở thànhnhững người giải quyết vấn đề tích cực, mà họ sẽ trải qua những thay đổi cơbản như tính bền bỉ, khả năng chịu đựng và tính linh hoạt khi làm việc với cácvấn đề lộn xộn (Barr và cộng sự, 2011) [81]

Lye và Koh (2014) xem xét 27 nghiên cứu thực nghiệm hiện có trong

đó sinh viên chủ yếu sử dụng lập trình Scratch để tạo hoạt ảnh và trò chơimang lại kết quả tích cực Họ khuyến nghị thêm rằng các vấn đề xác thực, xử

lý thông tin, các hoạt động trợ giúp người học là một phần của thiết kế tư duyđiện toán [77]

Lu và Fletcher (2009) chỉ ra rằng có những thách thức sư phạm trongviệc đưa tư duy điện toán vào giáo dục K-12; đặc biệt, họ cho rằng tư duyđiện toán nên giữ một bản sắc riêng biệt và độc lập, không bị ảnh hưởng bởi

các công cụ lập trình và kĩ thuật số Cần nhấn mạnh vào việc học sinh hiểucác quy trình tính toán và không quan sát cách nó được thực thi như thế nàovới một ngôn ngữ lập trình [69].

Tuy nhiên, không thể phủ nhận lập trường của các nhà nghiên cứukhác, đặc biệt là những người trong cộng đồng khoa học máy tính Họ quyđịnh rằng tư duy điện toán nên được dạy như một khóa học giới thiệu về khoahọc máy tính và lập trình và bất kỳ ai cũng có thể tham gia được (Kazimoglu,Kiernan, Bacon & MacKinnon, 2012) [58]

Grover và Pea (2013) đã xác định các vấn đề quan trọng khác nhưnhận thức và sự chuẩn bị sư phạm của giáo viên trong lĩnh vực tư duy điệntoán, sự quan tâm và động lực của học sinh cũng như khả năng chuyển các

kỹ năng giải quyết vấn đề sang các môn học khác [76] Vì vậy, giáo viêncũng có thể đang dạy các kỹ năng tư duy điện toán trong lĩnh vực chủ đềcủa họ mà không cần tham khảo từ vựng và biệt ngữ tư duy điện toán thực

tế (Lu & Fletcher, 2009)

Các phương pháp khác nhau (kĩ thuật số và phi kĩ thuật số, tài nguyên

do giáo viên tạo và tài liệu trực tuyến) đã được sử dụng để thiết kế, pháttriển và triển khai tư duy điện toán ở học sinh Năm kỹ năng tư duy điệntoán do Anderson (2016) nêu ra đã được phát triển, cụ thể là phân rã vấn đề,nhận dạng mẫu, trừu tượng hóa, thiết kế thuật toán và đánh giá các giảipháp Để vượt qua những thách thức trong việc giảng dạy tư duy điện toán,giáo viên đã tham gia các khóa học phát triển chuyên môn trực tuyến Đểnắm bắt sự quan tâm, động lực và sự tham gia của sinh viên, các nguồn tàinguyên trực tuyến với các yếu tố thiết kế trò chơi đã được sử dụng, cácchiến lược hướng dẫn được xây dựng và các hoạt động phù hợp với giớitính, dân tộc và văn hóa [72]

1.1.2.2 Những nghiên cứu trong nước về tư duy điện toán

Tại Việt Nam, các nhà nghiên cứu giáo dục cũng đã nhận thấy tầmquan trọng của tư duy điện toán trong giáo dục cũng như trong cuộc sốnghàng ngày Tại các trường Đại học như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, ĐàNẵng… đang đưa vào những chương trình hoạt động ngoại khóa nhằm kíchthích tư duy sáng tạo, tư duy điện toán trong SV như Cộng đồng giáo dụcSTEM Việt Nam Giáo dục STEM (Science Technology Engineering Math)bản chất là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liênquan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Với mô hìnhgiáo dục STEM trang bị cho HS-SV những kỹ năng mềm cần thiết cho sựthành công trong công việc sau này như kỹ năng cộng tác, làm việc nhóm,giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện

Mặc dù là triển khai chậm nhưng Việt Nam cũng không nằm ngoài xuhướng giáo dục trên thế giới Mô hình giáo dục STEM cũng là bước khởi đầugiúp cho HS-SV Việt Nam có nhiều cơ hội tiếp cận những công nghệ tiên tiếntrên thế giới Nhưng cũng chỉ mới dùng lại đối với những HS-SV quan tâmđến các vấn đề công nghệ, nó chưa thực sự trở thành những mục tiêu rõ ràngtrong chương trình giảng dạy ở các bậc học tại Việt Nam

Cũng như vậy, vấn đề phát triển tư duy điện toán đã được nhắc đếntrong các hội thảo bàn về giáo dục nhưng chưa đưa vào hành động cụ thể.Cũng chưa có những công trình nghiên cứu cụ thể về phát triển tư duy điệntoán cho HS-SV Nền tảng cơ bản về tư duy điện toán tại Việt Nam được kếthừa từ những nghiên cứu nổi bật trên thế giới và sẽ được triển khai, áp dụngtrong tương lại vào trong các ngành nghề xã hội, đặc biệt và cấp thiết là tronggiáo dục đào tạo

Tại thời điểm này ở Việt Nam, có rất nhiều công trình nghiên cứu vềphát triển tư duy ở các loại hình khác nhau Riêng đối với tư duy điện toán,mặc dù có nhắc đến trong một số diễn đàn, tin tức về giáo dục nhưng chưa cócông trình nghiên cứu nào được công bố về việc phát triển tư duy điện toándành cho đối tượng sinh viên ngành Công nghệ thông tin.

Trong quá trình tìm hiểu về thuật ngữ chung “Computational Thinking”cho loại tư duy này, thuật ngữ được dịch ra tiếng Việt thành nhiều tên gọikhác nhau với mỗi nội hàm tiếp cận khác nhau Mỗi tác giả, nhà nghiên cứutại Việt Nam, tùy vào cách tiếp cận cũng như quan điểm nghiên cứu của từngtác giả thì sẽ có các dịch thuật ngữ khác theo hướng nghiên cứu đó

Chẳng hạn như: Khi thực hiện biên soạn Chương trình Giáo dục phổthông Quốc gia năm 2018, tác giả Hồ Sĩ Đàm đưa ra thuật ngữ là “tư duy máytính” theo quan điểm tiếp cận là tư duy con người theo cách mà máy tính giảiquyết được

Học viện STEAM cũng tiếp cận thuật ngữ này theo quan điểm giảiquyết vấn đề một cách tối ưu và dịch thành “Tư duy máy tính” hoặc “Tư duyđiện toán” Đây là một kỹ năng giải quyết vấn đề đỉnh cao, tức là xem xét vàgiải quyết vấn đề một cách có hệ thống, nhờ đó mà tìm ra được một giải pháp

mà cả con người và máy tính đều có thể hiểu được

Một số tác giả khác tìm hiểu thuật ngữ này và dịch thành “Tư duy tínhtoán” theo hướng tiếp cận phát triển theo phương thức giải quyết vấn đề,không sử dụng công cụ trung gian chạy bằng điện

Hơn nữa, người nghiên cứu nhận thấy được những lợi ích của kỹ năng

tư duy điện toán đem lại cho HS-SV, đặc biệt là SV ngành Khoa học máytính Nếu SV có kỹ năng tư duy điện toán tốt thì họ sẽ tự tin giải quyết những

vấn đề phức tạp xảy ra, sẽ kiên cường đối mặt với những vấn đề khó, cũngnhư có khả năng giao tiếp và làm việc nhóm tốt.

Tóm lại, kiểu tư duy điện toán sẽ là một phần của kỹ năng của khôngchỉ các nhà khoa học mà là của tất cả mọi người [84] Sự phổ biến của tư duyđiện toán ngày mai cũng sẽ như sự phổ biến của máy tính ngày hôm nay Máytính khắp mọi nơi là giấc mơ của ngày hôm qua đã trở thành hiện thực hômnay thì cũng như vậy, tư duy điện toán là thực tế của ngày mai

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1 Tư duy

Tư duy được coi là một quá trình tâm lý thuộc một giai đoạn của quátrình nhận thức Căn cứ vào tính chất phản ánh có thể chia toàn bộ hoạt độngnhận thức thành hai giai đoạn: nhận thức cảm tính (gồm cảm giác, tri giác) vànhận thức lý tính (gồm tư duy và tưởng tượng) Do vậy, quá trình nhận thức

lý tính còn gọi là tư duy

Tư duy đã được nhiều nhà khoa học ở nhiều lĩnh vực khác nhau nghiêncứu và khái niệm về tư duy được phát biểu ở các góc độ khác nhau [6], [12],

Nhà tâm lý học M.N Secđacôp [37] đã đưa ra khái niệm “Tư duy là sự nhận thức khái quát hóa và gián tiếp những sự vật và hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính chung và bản chất của chúng”.

Tư duy cũng là sự nhận thức và sự xây dựng sáng tạo những sự vật và hiệntượng mới, riêng lẻ của hiện thực trên cơ sở những tri thức khái quát hóa đãthu nhận được

Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả sử dụng khái niệm về tư duy

của các nhà sư phạm: “Tư duy là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ và quan hệ bên trong có tính quy luật

của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan, mà trước đó ta chưa biết” [20].

Quá trình tư duy có những đặc điểm sau [20]:

- Tính “có vấn đề” của tư duy: Muốn kích thích được tư duy phải đồngthời có hai điều kiện: (1) Phải gặp hoàn cảnh (tình huống) có vấn đề, là tìnhhuống có chứa đựng mục đích mới, một vấn đề mới, đòi hỏi phải có cách thứcgiải quyết mới Khi đó, muốn giải quyết vấn đề đó phải tìm ra cách giải quyếtmới, tức là phải tư duy (2) Tình huống có vấn đề đó phải được cá nhân nhậnthức đầy đủ, được chuyển thành nhiệm vụ của cá nhân, tức là cá nhân phảixác định được cái gì đã biết, đã cho và cái gì còn chưa biết, phải tìm: đồngthời phải có nhu cầu (động cơ) tìm kiếm nó Những dữ kiện quen thuộc hoặcnằm ngoài tầm hiểu biết của các nhân thì tư duy cũng không xuất hiện

- Tính gián tiếp của tư duy: Tư duy phát hiện ra bản chất của sự vật,hiện tượng và quy luật giữa chúng nhờ sử dụng công cụ, phương tiện (máyđo) và các kết quả nhận thức (quy tắc, công thức, quy luật,…) của loài người

và kinh nghiệm cá nhân Tư duy được biểu hiện trong ngôn ngữ

- Tính trừu tượng và khái quát của tư duy: Tư duy phản ánh cái bảnchất nhất, chung cho nhiều sự vật hợp thành một nhóm, một loại, một phạmtrù (khái quát), đồng thời trừu xuất khỏi sự vật đó những cái cụ thể, cá biệt

- Tư duy liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ: Tư duy trừu tượng, gián tiếp,khái quát nên phải dùng ngôn ngữ làm phương tiện Nhờ có ngôn ngữ màcong người tiến hành được các thao tác tư duy và sản phẩm của tư duy lànhững phán đoán, suy lý được biểu diễn bằng từ, ngữ, câu…

- Tư duy có quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính: Nhận thức cảmtính là chỗ dựa cho tư duy; ngược lại, tư duy và những kết quả của tư duy chi

phối khả năng phản ánh của cảm giác, làm cho cảm giác của con người tinh vihơn, nhạy bén hơn, tri giác mang tính lựa chọn và trở nên có ý nghĩa hơn

* Quá trình tư duy diễn ra qua năm giai đoạn sau:

- Xác định được vấn đề, biểu đạt nó thành nhiệm vụ tư duy;

- Huy động tri thức, vốn kinh nghiệm có liên quan tới vấn đề, làm xuấthiện (trong đầu chủ thể tư duy) những mối liên tưởng xung quanh vấn đềssang cần giải quyết;

- Sàng lọc liên tưởng, gạt bỏ những cái không cần thiết, hình thành giảithuyết về các cách giải quyết vấn đề đó;

- Kiểm tra giả thuyết về cách giải quyết vấn đề: nêu giả thuyết đúng thì tiếnhành giải quyết vấn đề; nếu giả thuyết sai thì phủ định nó để hình thành giảthuyết mới và bắt đầu một quá trình tư duy mới;

- Giải quyết vấn đề đi đến kết quả, kiểm tra kết quả

K K Platonov đã tóm tắt các giai đoạn của một hành động tư duy bằng

sơ đồ sau (Hình 1.1).

* Các thao tác trí tuệ trong quá trình tư duy [20]:

- Phân tích và tổng hợp: Phân tích là dùng trí óc tách đối tượng tư duythành những bộ phận, những thuộc tính, những mối liên hệ, quan hệ nhữngthành phần nhỏ để nhận thức đối tượng sâu sắc hơn Tổng hợp là dùng trí óc

để gộp những thành phần đã được tách rời nhờ sự phân tích thành một chỉnhthể; tổng hợp diễn ra trên cơ sở kết quả của phân tích, ngược lại phân tíchdiễn ra trên cơ sở mô hình sẽ tổng hợp Như vậy, hai thao tác phân tích vàtổng hợp gắn bó quan hệ mật thiết với nhau

Hình 1.1 Các giai đoạn của một hành động tư duy

- So sánh: Là dùng trí óc để xác định sự giống nhau, khác nhau giữacác sự vật, hiện tượng So sánh có vai trò quan trọng trong việc nhận thức thếgiới; có thể coi nó là “cơ sở của mọi hiểu biết và tư duy”

- Trừu tượng hóa và khái quát hóa: Trừu tượng hóa là thao tác trí tuệ,dùng trí óc để loại bỏ những thuộc tính, những bộ phận, những quan hệ,…không cần thiết về một phương diện nào đó và chỉ giữ lại những yếu tố cầnthiết để tư duy Khái quát hóa là dùng trí óc để bao quát nhiều đối tượng khácnhau thành một nhóm, một loại,… trên cơ sở chúng có một số thuộc tínhchung và bản chất, những mối quan hệ có tính quy luật Khái quát hóa chính

Nhận thức vấn đề

Xuất hiện các liên tưởng

Sàng lọc liên tưởng và hình thành giả thuyết

Kiểm tra giả thuyết

Giải quyết vấn đề Hành động

tư duy mới

là sự tổng hợp ở mức độ cao hơn Hai thao tác trừu tượng hóa và khái quáthóa có quan hệ qua lại với nhau giống như quan hệ giữa phân tích và tổng hợp.

Các thao tác tư duy có quan hệ mật thiết với nhau, thống nhất với nhautheo một hướng nhất định do nhiệm vụ của tư duy quy định Thực tế, các thaotác tư duy không nhất thiết theo một trình tự máy móc như nêu ở trên Tùytheo nhiệm vụ và điều kiện tư duy, không phải hành động tư duy nào cũngcần phải thực hiện tất cả các thao tác trên

1.2.2 Điện toán

Theo từ điển Free Merriam-Webster Dictionary đưa ra ý nghĩa của điện

toán hay tính toán (Computation) là một loại phép tính nào đó bao gồm các

bước số học và phi số học và tuân theo mô hình được xác định rõ (ví dụ như

là thuật toán,…)

Khái niệm điện toán (Computing) là hoạt động định hướng mục tiêu

(goal-oriented activity) nào đó, có yêu cầu, hưởng lợi từ hoặc tạo ra một chutrình toán học được gọi là thuật toán thực hiện bằng máy tính hay còn gọi làmáy điện toán

Điện toán bao gồm thiết kế, phát triển và xây dựng hệ thống phầncứng và phần mềm thuộc máy điện toán; biên tập, tạo cấu trúc và quản lý cácloại thông tin; nghiên cứu khoa học trên máy tính; làm cho hệ thống máy tínhhoạt động thông minh; tạo ra và sử dụng phương tiện truyền thông và giải trí.Lĩnh vực điện toán bao gồm kĩ thuật máy tính, công nghệ phần mềm, khoahọc máy tính, hệ thống thông tin và công nghệ thông tin

1.2.3 Tư duy điện toán

Người đầu tiên nhắc đến cụm từ “Computational Thinking” (Tư duy điện toán) trong quyển sách MINDSTORMS (xuất bản lần đầu năm 1980) là

Seymour Papert (29/2/1928 – 31/7/2016), giáo sư toán đại học MIT đồng thời

là tác giả của phần mềm và ngôn ngữ lập trình LOGO, trong khi muốn đưa

việc giảng dạy thuật toán bằng phần mềm này cho học sinh nhỏ tuổi.

Tác giả Jeannette Wing (hiện là phó chủ tịch Microsoft) là người đầutiên đưa ra định nghĩa của khái niệm tư duy điện toán (ComputationalThinking), vào năm 2006 [83] được tạm dịch như sau: “Tư duy điện toán liênquan đến việc giải quyết vấn đề, thiết kế hệ thống và hiểu hành vi của conngười, bằng cách dựa trên các khái niệm cơ bản của khoa học máy tính” 1

Tuy nhiên, đến năm 2011 tại một hội thảo, Jeannette Wing đề xuất mộtđịnh nghĩa khác [86] được tạm dịch như sau: “Tư duy điện toán là các quátrình tư duy tham gia vào việc hình thành các vấn đề và các giải pháp củachúng sao cho hình thức biểu diễn các giải pháp đó có thể được thực hiện mộtcách hiệu quả bởi tác nhân xử lý thông tin.” 2

Và đến năm 2014, tác giả Wing lại tiếp tục bổ sung vào định nghĩa về

tư duy điện toán [87] được tạm dịch như sau: “Tư duy điện toán là quá trình

xử lý đưa ra vấn đề và giải pháp, trong đó giải pháp có thể được thực hiệnhiệu quả bởi con người hoặc máy tính hoặc cũng có thể kết hợp đồng thời conngười và máy tính.” 3

Từ định nghĩa đầu tiên của tác giả Wing (2006), nhiều nhà nghiên cứu

về tư duy điện toán cũng đã đưa ra những định nghĩa khác hoặc quan điểm vềloại tư duy này Chẳng hạn như, vào năm 2009, có thể hiểu ý của tác giảDenning [66] như là “Tư duy điện toán có một lịch sử lâu đời trong ngànhkhoa học máy tính Trong những năm 1950 và 1960, được gọi là "tư duy thuậttoán", nó có nghĩa là định hướng tư duy để hình thành các vấn đề dưới dạngchuyển đổi dữ liệu đầu vào thành đầu ra và tìm kiếm thuật toán để thực hiệnchuyển đổi Ngày nay, thuật ngữ này đã được mở rộng để bao gồm quá trình

tư duy với nhiều mức độ tóm tắt, sử dụng toán học để phát triển các thuật toán

1 Nguyên bản: “Computational thinking involves solving problems, designing systems, and understanding

human behavior, by drawing on the concepts fundamental to computer science.”

2 Nguyên bản: “Computational thinking is the thought processes involved in formulating problems and their

solutions so that the solutions are represented in a form that can be effectively carried out by an processing agent.”

information-3 Nguyên bản: “Computational thinking is the thought processes used to formulate a problem and express its

solution or solutions in terms a computer can apply effectively.”

và kiểm tra xem giải pháp có quy mô như thế nào trên kích thước khác nhaucủa vấn đề.” 4

Bên cạnh đó, tác giả Hemmendinger đề xuất quan điểm về tư duy điệntoán vào 2010 [60] có thể tạm dịch: “ [Tư duy điện toán] là dạy họ cách tưduy như một nhà kinh tế học, nhà vật lý học, một nghệ sĩ và hiểu cách sửdụng điện toán để giải quyết vấn đề của họ, sáng tạo và phát hiện ra nhữngcâu hỏi mới mà có thể được khám phá thuận lợi.” 5

Hoặc vào năm 2012, tác giả Furber [75] lại phát biểu và có thể dịchquan điểm tác giả đó là “Tư duy điện toán là quá trình nhận biết các khía cạnhcủa điện toán trong thế giới xung quanh chúng ta, đồng thời áp dụng các công

cụ và kĩ thuật từ ngành Khoa học máy tính để hiểu và suy luận về cả hệ thốnglẫn quy trình tự nhiên và nhân tạo.” 6

Thêm vào đó, đến năm 2014, tác giả Yadav cùng cộng sự cũng đưa raquan điểm về từ duy điện toán [52] – Có thể tạm dịch là: “Quá trình tư duy đểtóm tắt các vấn đề và tạo ra giải pháp có thể tự động được.” 7

Qua kết quả nghiên cứu một số khái niệm về tư duy điện toán, nghiêncứu đặc điểm, cấu trúc, con đường hình thành và phát triển tư duy điện toán,

… trên các tài liệu trong và ngoài nước, có thể nhận định rằng cho đến nayvẫn chưa có một định nghĩa cuối cùng về tư duy điện toán Các định nghĩanày có xu hướng tập trung vào các hoạt động và quá trình nhận thức của các

4 Nguyên bản: “Computational thinking has a long history within computer science Known in the 1950s and

1960s as “algorithmic thinking,” it means a mental orientation to formulating problems as conversions of some input to an output and looking for algorithms to perform the conversions Today the term has been expanded to include thinking with many levels of abstractions, use of mathematics to develop algorithms, and examining how well a solution scales across different sizes of problems.”

5 Nguyên bản: “ [Computational Thinking] is to teach them how to think like an economist, a physicist, an

artist, and to understand how to use computation to solve their problems, to create, and to discover new questions that can fruitfully be explored.”

6 Nguyên bản: “Computational thinking is the process of recognising aspects of computation in the world

that surrounds us, and applying tools and techniques from Computer Science to understand and reason about both natural and artificial systems and processes.”

7 Nguyên bản: “The mental process for abstraction of problems and the creation of automatable solutions.”

cá nhân, nhằm cải thiện kỹ năng nhận thức và hỗ trợ quá trình dạy và học ởnhững cá nhân được tác động

Theo đó, dựa vào việc tìm ra những điểm tương đồng trong khái niệm

và mối quan hệ của các thành phần cốt lõi hình thành nên tư duy điện toáncũng như căn cứ chính vào khái niệm của tác giả Wing, có thể đề xuất kháiniệm về tư duy điện toán như sau:

“Tư duy điện toán là một loại tư duy nhằm giải quyết một bài toán thông qua các hoạt động phân rã, nhận dạng để hình thành bài toán và hoạt động xây dựng từng bước thực hiện bài toán theo hướng xử lý tự động của máy tính.”

Tác giả sẽ sử dụng khái niệm về tư duy điện toán này xuyên suốt luận

án nhằm tìm hiểu đặc điểm, các thành tố cốt lõi cấu tạo nên tư duy điện toáncũng như xây dựng hướng giải quyết vấn đề áp dụng vào trong quá trìnhgiảng dạy cho sinh viên

1.2.4 Phát triển tư duy điện toán

Khái niệm “phát triển” có nhiều cách hiểu khác nhau theo từng khíacạnh, có thể dẫn ra một số khái niệm như sau:

Theo từ điển Tiếng Việt [48], phát triển là “biến đổi hoặc làm cho biếnđổi từ ít đến nhiều, hẹp đến rộng, thấp đến cao, đơn giản đến phức tạp.”

Theo triết học, trong phép biện chứng duy vật, khái niệm phát triểndùng để chỉ quá trình vận động theo chiều hướng đi lên của sự vật: từ trình độthấp lên trình độ cao hơn

Tác giả Nguyễn Thành Kỉnh [25] đưa ra khái niệm về phát triển là “ cảithiện tình trạng chất lượng cũ sang tình trạng chất lượng mới cho những đốitượng cần được phát triển, giúp họ nâng cao về nhận thức và kỹ năng hoạtđộng trên cơ sở những kiến thức, kỹ năng đã có, thông qua học tập, rèn luyện

để bổ sung, hoàn thiện, phát triển năng lực và kỹ năng hoạt động theo yêucầu, mục tiêu cần đạt”.

Do đó, tác giả đưa ra khái niệm về phát triển tư duy điện toán theo hướngsau: Đó là quá trình chuyển biến khả năng giải quyết vấn đề hoàn thiện hơnthông qua sự rèn luyện, học tập theo các kỹ năng hoạt động của tư duy điện toán

1.2.5 Một số khái niệm khác

1.2.5.1 Thuật toán

Hiện nay, có nhiều nhà khoa học máy tính đưa ra nhiều khái niệm vềthuật toán tùy theo quan điểm nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu VớiSteven C Althoen & Robert J Bumcrot (1988) [53] đã đưa ra một khái niệm

khá đơn giản: "Thuật toán là danh sách các bước chỉ dẫn để giải quyết một bài toán cụ thể”8 Còn với Leonard Soicher & Franco Vivaldi (2004) [79] đã đưa

ra định nghĩa như sau: “Thuật toán là một dãy xác định các chỉ dẫn rõ ràng

để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể”9

Thuật toán được hiểu là một dãy hữu hạn những thao tác sắp xếp theomột trình tự xác định, mỗi thao tác được thực hiện một cách đơn trị, nhữngthao tác này biến đổi dữ liệu vào (INPUT) của một lớp bài toán và sẽ kết thúcsau một số hữu hạn bước để cho kết quả là dữ liệu ra (OUTPUT), mô tả lờigiải của lớp bài toán đó

1.2.5.2 Tư duy thuật toán

Theo tác giả Nguyễn Bá Kim quan niệm về tư duy thuật toán có thểđược phát biểu như sau [23]: “Tư duy thuật toán là một dạng tư duy toán học

có liên hệ chặt chẽ với việc thực hiện các thao tác tư duy, được sắp xếp theomột trình tự nhất định mà kết quả là giải quyết được nhiệm vụ đặt ra.”

8 Nguyên bản: “An algorithm is a step-by-step list of instructions for solving a particular problem”.

9 Nguyên bản: “… an algorithm is a finite sequence of unambiguous instructions to perform a specific task”.

Theo tác giả D.E Knuth [63], “Tư duy thuật toán là một loại tư duyluôn tuân theo một quy trình gồm ba thao tác là: 1/ Xây dựng giải pháp chovấn đề; 2/ Chứng minh tính đúng đắn của giải pháp; 3/ Phân tích sự phức tạpcủa giải pháp đó” Điều này góp phần như một giá trị sư phạm mà Knuthnhấn mạnh: “ một người không thực sự hiểu điều gì đó cho đến khi anh tadạy nó hoặc chứng minh tính đúng đắn của nó cho người khác, tức là thể hiện

nó như là thuật toán”

Theo nghiên cứu của tác giả Vương Dương Minh [29], ông đã đưa rakhái niệm tư duy thuật toán trên cơ sở chỉ ra năm hoạt động sau đây:

(T1) Thực hiện những thao tác theo một trình tự nhất định phù hợp vớimột thuật toán cho trước;

(T2) Phân tích một quá trình thành những thao tác được thực hiện theomột trình tự xác định;

(T3) Mô tả chính xác quá trình tiến hành một hoạt động;

(T4) Khái quát hóa một quá trình diễn ra trên một số đối tượng riêng lẻthành một quá trình diễn ra trên một lớp đối tượng;

(T5) So sánh những thuật toán khác nhau cùng thực hiện một công việc

và phát hiện thuật toán tối ưu để giải quyết một công việc

Và tác giả cho rằng phương thức tư duy biểu thị khả năng tiến hành cáchoạt động từ (T1) đến (T5) gọi là tư duy thuật toán

Mỗi hoạt động trên được gọi là một thành tố của tư duy thuật toán Khảnăng (T1) thể hiện khả năng thực hiện thuật toán, bốn khả năng (T2) đến (T5)thể hiện khả năng xây dựng thuật toán

Tư duy nói chung và tư duy thuật toán nói riêng chỉ có thể hình thành

và phát triển trong hoạt động Vì vậy, để phát triển tư duy thuật toán, cần tổchức cho SV tập luyện các hoạt động nói trên Thông qua việc dạy học cácquy trình, phương pháp có tính chất thuật toán, GV cần rèn luyện và phát

triển tư duy thuật toán cho SV Việc rèn luyện và phát triển tư duy thuậttoán cho SV có thể được thực hiện bằng cách cho SV tập luyện những khảnăng đã liệt kê ở trên như những thành tố của phương thức tư duy thuậttoán Cụ thể là:

a Thực hiện thuật toán

Rèn luyện cho SV khả năng thực hiện những thao tác theo một trình tựxác định phù hợp với một thuật toán cho trước, nhấn mạnh các bước và trình

tự tiến hành các bước trong mỗi quy trình Từ đó, SV thu được kết quả củabài toán và ghi nhớ thuật toán, đồng thời giúp SV phát triển khả năng thựchiện thuật toán

b Phân tích hoạt động

Luyện tập cho SV biết phân tích một hoạt động thành các hoạt độngthành phần theo một trình tự nhất định GV hướng dẫn SV luyện tập hoạtđộng (T2) nhưng áp dụng cho cả những quy trình chỉ thế hiện một phầnnhưng không hoàn toàn đầy đủ như một thuật toán

c Tường minh hóa thuật toán

Rèn luyện cho SV khả năng diễn đạt ngôn ngữ để mô tả chính xác mộtquá trình Ta cần yêu cầu SV tự phát biểu những quy trình đã học hoặc đã biếtbằng lời nói (ngôn ngữ tự nhiên) GV theo dõi để phân tích tính chính xác vàkịp thời nhận xét, rút kinh nghiệm cho SV

d Khái quát hóa hoạt động

Luyện cho SV biết tập hợp các quá trình diễn ra tren các đối tượngriêng lẻ thành một hoạt động trên một lớp đối tượng

e Chọn thuật toán tối ưu

Rèn luyện cho SV khả năng so sánh các thuật toán khác nhau thựchiện cùng một công việc và phát hiện ra các thuật toán tiết kiệm thao táchay phổ dụng

Tư duy thuật toán liên hệ chặt chẽ với khái niệm thuật toán Phươngthức tư duy này thể hiện ở những hoạt động sau đây: (1) Thực hiện nhữnghoạt động theo một trình tự xác định phù hợp với một thuật toán cho trước;(2) Phân tích một hoạt động thành những hoạt động thành phần được thựchiện theo một trình tự xác định; (3) Mô tả chính xác quá trình tiến hành mộthoạt động; (4) Khái quát hóa một hoạt động trên những đối tượng riêng lẻthành một hoạt động trên một lớp đối tượng; (5) So sánh những cách khácnhau cùng thực hiện một công việc để phát hiện một cách tối ưu Trong đó,hoạt động (1) thể hiện khả năng thực hiện thuật toán có sẵn, bốn hoạt độngtiếp theo thể hiện khả năng xây dựng thuật toán.

1.3 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC

1.3.1 Đặc điểm của tư duy điện toán

Trên cơ sở khái niệm của tư duy điện toán, có thể thấy tư duy điện toán

là một quá trình giải quyết vấn đề bao gồm các đặc điểm sau:

• Xây dựng các vấn đề theo cách cho phép sử dụng máy tính và cáccông cụ khác để giúp giải quyết chúng

Ngoài ra, Tư duy điện toán (TDĐT) còn có các đặc điểm riêng sau:

- TDĐT là khái niệm hóa, chứ không phải là lập trình Khoa học máytính không phải là lập trình máy tính Tư duy như một nhà khoa học máy tính

có nghĩa suy nghĩ trên cả việc lập trình máy tính Nó đòi hỏi tư duy ở nhiềucấp độ trừu tượng

Quá trình TDĐT tạo ra ý tưởng, chứ không chỉ thành sản phẩm Khôngdừng lại ở việc là các sản phẩm phần mềm và phần cứng chúng ta sản xuất cómặt ở mọi nơi và đi vào cuộc sống mọi lúc, mà các khái niệm điện toán sửdụng phải tiếp cận và giải quyết được vấn đề, quản lý cuộc sống hàng ngày,giao tiếp và tương tác người khác

- Tư duy từ nền tảng, chứ không phải kỹ năng bắt chước Tư duy từ nềntảng là điều mà mỗi con người phải biết, để thực thi vai trò của mình trong xãhội hiện đại Trước đây, người ta cứ cho rằng máy tính hoạt động theo kiểubắt chước, cho đến khi khoa học máy tính giải quyết được thử thách lớn về trítuệ nhân tạo (AI)

- Tư duy theo cách con người, chứ không phải máy tính Tư duy điệntoán là cách con người giải quyết vấn đề; chứ không phải khiến con người suynghĩ như những người khác Máy tính thì buồn tẻ và nhàm chán; con ngườithì thông minh và giàu trí tưởng tượng Con người chúng ta sẽ làm cho máytính trở nên thú vị Được trang bị các thiết bị điện toán, chúng ta sử dụng tríthông minh của mình để giải quyết các vấn đề mà chúng ta chưa thực hiệntrước khi có máy tính, và xây dựng các hệ thống hoàn chỉnh với trí tưởngtượng của mình; Ví dụ khi nhắc đến tư duy điện toán người ta thường nhắcđến các khả năng suy nghĩ và làm việc logic, có tính (tối ưu) thuật toán, có thểlặp lại và có thể trừu tượng hóa

- Bổ sung và kết hợp với tư duy toán học và kĩ thuật Khoa học máytính vốn đã dựa trên tư duy toán học, giống như tất cả các ngành khoa học

khác, nền tảng chính thức của nó dựa trên toán học Khoa học máy tính cũngdựa trên tư duy kĩ thuật, chúng ta xây dựng các hệ thống tương tác với thếgiới thực Các hạn chế của thiết bị máy tính cơ bản buộc các nhà khoa họcmáy tính phải vận dụng tư duy điện toán, không chỉ tư duy toán học Được tự

do xây dựng thế giới ảo, cho phép chúng ta thiết kế các hệ thống vượt rangoài thế giới vật chất hữu hình

Tư duy điện toán dựa trên tư duy toán học và tư duy kĩ thuật Tuynhiên, không giống như trong toán học, các hệ thống tính toán của chúng ta bịhạn chế bởi tính chất vật lý của tác nhân xử lý thông tin cơ bản và môi trườnghoạt động của nó Và như vậy, chúng ta phải lo lắng về các điều kiện ràngbuộc, các sự cố, các tác nhân nguy hiểm, và những vấn đề không thể đoántrước được trong thế giới thực Nhưng không giống như các ngành kĩ thuậtkhác, vì phần mềm ("vũ khí bí mật" độc nhất), trong việc tính toán, chúng ta

có thể xây dựng các thế giới ảo không bị hạn chế bởi thiết bị vật lý Và nhưvậy, trong không gian ảo, sự sáng tạo của con người trong không gian ảo chỉ

bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của con người chúng ta [86]

- TDĐT dành cho tất cả mọi người, ở mọi nơi [83] Tư duy điện toán làmột kỹ năng cơ bản và cần thiết cho tất cả mọi người, chứ không chỉ riêng cácnhà khoa học máy tính Ngoài biết đọc, viết và làm tính, chúng ta nên thêm tưduy điện toán vào năng lực phân tích của một đứa trẻ Giống như các tờ báo

in thì tạo điều kiện cho sự phát triển nhanh của kỹ năng 3Rs (Đọc – Reading,Viết – Writing và Làm tính – Arithmetic), tư duy điện toán cũng sẽ được pháttriển rất nhanh chóng dựa trên sự phát triển của điện toán và máy tính Tư duyđiện toán liên quan đến giải quyết vấn đề, thiết kế hệ thống, và hiểu hành vicon người Trong tương lai, tư duy điện toán sẽ phổ biến giống như điện toánphổ biến trong thời đại ngày nay Tư duy điện toán sẽ trở thành hiện thực và

nó không thể tách rời trong đời sống của con người

1.3.2 Các thành tố của tư duy điện toán

Bảng 1.1 Yếu tố cấu thành tư duy điện toán của các nhà nghiên cứu khác nhau

Phân rã vấn đề

Phân rã vấn đề Phép

phân tích

Thuật toán và

thủ tục

Thuật toán (luồng điều khiển)

Tư duy thuật toán

Thuật toán (Trình tự và luồng điều khiển)

Sự tự động

hóa

Sự tự động hóa

Biểu thức điều kiện Phát hiện và

Đánh giá hiệu quả

và những hạn chế thực thi

Đánh giá

Trừu tượng

hóa

Trừu tượng hóa

Trừu tượng hóa và khái quát mẫu

Trừu tượng hóa Trừu tượng hóaTổng quát

hóa Tổng quát hóa

Tư duy lặp lại, đệ quy và song song Song song

hóa

Sự mô phỏng

hóa

Hệ thống ký hiệu biểu diễn

Xử lý thông tin có

hệ thống

Các thành tố cơ bản của tư duy điện toán cũng là nguồn gốc của sựkhác biệt giữa các nhà nghiên cứu Với mỗi quan điểm khác nhau của các nhànghiên cứu về tư duy điện toán, cũng như phạm vi, đối tượng nghiên cứu khác

nhau, mỗi nhà nghiên cứu đưa ra các yếu tố cấu thành khác nhau trong Bảng 1.1 [56] trên đây.

Mặc dù các thành tố đó có thể khác nhau nhưng các khái niệm cốt yếu

về từng thành phần đồng nhất trong loại tư duy này Về cơ bản, năng lực tưduy điện toán là tập hợp các kỹ năng cần thiết để giải quyết các vấn đề phứctạp, những vấn đề trong thế giới thực theo hướng tốt ưu nhất

Căn cứ vào khái niệm về tư duy điện toán được phát biểu, tác giả nhậnthấy tư duy điện toán là một tổ hợp của nhiều quá trình có mối liên hệ vớinhau nhằm giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, vận dụng tương tự theo cáchthực hiện của máy tính Những quá trình đó chính là những yếu tố cấu thànhnên tư duy điện toán

Trong phạm vi luận án, tác giả cho rằng tư duy điện toán được tạo nên

từ bốn yếu tố (Hình 1.2) như sau:

c- Thiết kế thuật toán:

Đây là quá trình xây dựng một lược đồ gồm các bước theo trình tự cóthể giải quyết được tất cả các vấn đề Qua đó, giúp giải quyết vấn đề theotừng bước rõ ràng, không mập mờ và phải có kết thúc Hình dung được đang

ở đâu trong quá trình giải quyết vấn đề, đã đến lúc đủ dữ kiện để quyết địnhphương án hay chưa, tránh việc quyết định vội vàng

d- Trừu tượng hóa và tổng quát hóa

Trừu tượng hóa một vấn đề thành một khái niệm hoặc nguyên tắc Tức

là quá trình loại bỏ các chi tiết vật lý, không gian, thời gian hoặc các thuộctính riêng lẻ của đối tượng hoặc hệ thống, giữ lại các đặc điểm chung đểhướng đến việc miêu tả một cách khái quát

Tổng quát hóa (là quá trình điều chỉnh các giải pháp hoặc thuật toán đãxây dựng thành các trạng thái vấn đề khác nhau, ngay cả khi các biến là khácnhau Tổng quát hóa một số tham số để mở rộng phạm vi áp dụng (giấu đi cácchi tiết phức tạp)

Hình 1.2 Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán

Qua đó, sẽ giúp hiểu được ý nghĩa khái quát của một giải pháp, từ đó

có thể áp dụng trong nhiều trường hợp cụ thể Đưa vấn đề hoặc giải pháp lênmột mức khái quát, có thể truyền đạt được đến nhiều đối tượng, truyền tảinhiều ý nghĩa

Hình 1.3 Quá trình tư duy điện toán

Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán chính là các quá trình có mốiquan hệ với nhau được tổ hợp lại nhằm giải quyết vấn đề một cách hiệu quả,

và vận dụng tương tự theo cách làm của máy tính Nói một cách cụ thể, quátrình giải quyết với một vấn đề nào đó như máy tính thực hiện có thể thông

qua các hoạt động như là (Hình 1.3):

- Phân rã vấn đề: chia nhỏ bài toán

- Nhận dạng mẫu: phân tích và phân loại vấn đề thành nhóm, áp dụngcác phương pháp phù hợp cho từng nhóm

- Thiết kế thuật toán: xây dựng lời giải bằng máy tính

- Trừu tượng hóa và tổng quát hóa: tạo ra lời giải chung cho nhiều vấn

đề tương tự nhau