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

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 Hiện nay, cùng với sự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI - 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

Chuyên ngành: LL&PPDH bộ môn KTCN

Mã số: 9.14.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHĨA

2: TS NGUYỄN HÙNG CHÍNH

HÀ NỘI – 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất cứ công trình nào khác Các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả

Nguyễn Thị Anh Thi

LỜI CẢM ƠN

Tôi muốn tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án này theo nhiều cách thức khác nhau Trước hết, tôi xin chân thành nhớ ơn sâu sắc đến PGS TS Đặng Văn Nghĩa và TS Nguyễn Hùng Chính – các Thầy đã trực tiếp hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Tôi chân thành cảm ơn các Thầy Cô thuộc bộ môn Phương pháp dạy học, khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, cùng với các Thầy Cô trong Hội đồng khoa học khoa Sư phạm Kĩ thuật đã có những góp ý quý báu trong suốt quá trình sinh hoạt nghiên cứu tại bộ môn, giúp luận án được hoàn thiện tốt hơn

Tôi trân trọng cảm ơn Quý phòng ban ở trường Đại học Sư phạm Hà Nội và các nhà khoa học ở một số Viện nghiên cứu, Trường Đại học đã quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, quá trình khảo sát và kiểm nghiệm kết quả cũng như quá trình hoàn thành luận án của mình

Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ thông tin, Khoa Sư phạm và Quý phòng ban Trường Đại học Quy Nhơn

đã cho phép tôi và hỗ trợ kinh phí đào tạo cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo Tiến sỹ Chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và các bạn sinh viên đã chia sẻ

và động viên tôi trong thời gian học tập

Đặc biệt nhất, tôi xin dành sự biết ơn đến Ba Mẹ và Gia đình đã sát cánh chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả

Nguyễn Thị Anh Thi

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu 1

2 Mục đích nghiên cứu 5

3 Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

4 Giả thuyết khoa học của luận án 5

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6

6 Phương pháp nghiên cứu 6

7 Đóng góp mới của luận án 7

8 Cấu trúc luận án 7

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

TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC 8

1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC 8

1.1.1 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học 9

1.1.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy điện toán trong dạy học 15

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 23

1.2.1 Tư duy 23

1.2.2 Điện toán 26

1.2.3 Tư duy điện toán (tư duy máy tính) 27

1.2.4 Phát triển tư duy điện toán 31

1.2.5 Một số khái niệm khác 31

1.3 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC 34

1.3.1 Đặc điểm của tư duy điện toán 34

1.3.2 Các thành tố của tư duy điện toán 37

1.3.3 Bản chất dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học lập

trình cho sinh viên 41

1.3.4 Đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán của sinh viên 51

1.3.5 Một số định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên 56

1.4 THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT TẠI CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN 58

1.4.1 Mục đích, đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát 59

1.4.2 Kết quả khảo sát 60

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 69

Chương 2 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH 70

2.1 PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH 70

2.1.1 Khái lược cấu trúc chương trình đào tạo ngành KTĐT - VT 70

2.1.2 Đặc điểm nội dung môn học Kĩ thuật lập trình 71

2.2 MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT 75

2.2.1 Biện pháp 1: Phân tích nội dung môn học để chọn ra những nội dung chứa đựng cơ hội để hình thành và phát triển tư duy điện toán cho SV 75

2.2.2 Biện pháp 2: Hướng dẫn SV phân rã hoạt động lập trình thành những hoạt động thành phần, phân chia vấn đề phức tạp thành đơn giản hơn theo trình tự xác định 78

2.2.3 Biện pháp 3: Hình thành thói quen khái quát hóa bài toán, kiểm tra, đánh giá các chương trình kết quả và xây dựng chương trình với nhiều thuật toán khác nhau sao cho chương trình hiệu quả hơn 86

2.3 TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT, VT 91

2.3.1 Tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trình nhằm phát triển

tư duy điện toán cho sinh viên KTĐT-VT 91

2.3.2 Một số giáo án minh họa trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình 101

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 110

Chương 3 KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 111

3.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM 111

3.1.1 Mục đích 111

3.1.2 Phương pháp kiểm nghiệm 111

3.1.3 Đối tượng kiểm nghiệm 111

3.2 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA 112

3.2.1 Nội dung và tiến trình thực hiện 112

3.2.2 Đánh giá kết quả 113

3.3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 116

3.3.1 Nội dung và tiến trình thực nghiệm 116

3.3.2 Tiến hành thực nghiệm 117

3.3.3 Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm 117

3.3.4 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm 119

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 125

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 127

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

CNTT – TT Công nghệ thông tin và truyền thông

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

khác nhau 37

Bảng 1.2 Năng lực và kiểu tư duy cần thiết cho SV ngành KTĐT – VT 61

Bảng 1.3 Nhận thức của GV và SV về sự cần thiết của sự phát triển TDĐT cho SV 62

Bảng 1.4 Tổng hợp ý kiến khảo sát SV về phong cách học của SV 64

Bảng 2.1 Chuẩn đầu ra của học phần Kĩ thuật lập trình 73

Bảng 3.1 Thống kê số lượng chuyên gia được xin ý kiến 112

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát bằng phiếu hỏi 113

Bảng 3.3 Thống kê kết quả bài kiểm tra lớp ĐC và TN sau thực nghiệm

biện pháp 2 121

Bảng 3.4 Bảng kết quả kiểm tra lớp ĐC sau thực nghiệm biện pháp 2 122

Bảng 3.5 Bảng kết quả kiểm tra lớp TN sau khi thực nghiệm biện pháp 2 122

Bảng 3.6 Tổng hợp tham số đặc trưng lớp TN và ĐC khi thực nghiệm

biện pháp 2 123

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Các giai đoạn của một hành động tư duy 25

Hình 1.2 Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán 40

Hình 1.3 Quá trình tư duy điện toán 41

Hình 1.4 Mô phỏng giai đoạn hình thành một chương trình (trên máy tính) từ một bài toán 44

Hình 1.5 Biểu diễn mối quan hệ giữa TDĐT với ngành KTĐT - VT 47

Hình 1.6 Thang đo SOLO về mức độ hiểu biết của SV học lập trình 55

Hình 1.7 Biểu đồ khảo sát tình hình GV sử dụng PPDH 62

Hình 1.8 Mức độ GV sử dụng biện pháp kích thích tư duy trong quá trình dạy học 63

Hình 2.1 Lưu đồ hoạt động cấu trúc lệnh if (a) có mệnh đề else và (b) không có mệnh đề else 81

Hình 2.2 Màn hình kết quả của chương trình Tìm giá trị lớn nhất của 3 chữ số 82

Hình 2.3 Màn hình kết quả chương trình sắp xếp 85

Hình 2.4 Màn hình kết quả chương trình “Tính tổng n số tự nhiên tiếp theo kể từ số tự nhiên m” 88

Hình 2.5 Tiến trình chung tổ chức hoạt động dạy học 95

Hình 2.6 Tiến trình dạy học cho việc tiếp cận cấu trúc cụ thể của ngôn ngữ lập trình 98

Hình 2.7 Tiến trình dạy học rèn luyện kỹ năng sử dụng cấu trúc 101

Hình 3.1 Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi khi thực nghiệm giáo án số 1 123

Hình 3.2 Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi trở xuống thực nghiệm giáo án số 1 124

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 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” [2]

Một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học Định hướng quan trọng trong đổi mới phương pháp dạy học là phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học Đó cũng là những xu hướng quốc tế trong cải cách phương pháp ở nhà trường phổ thông cũng như ở bậc đại học, cao đẳng [3] Để giúp cho sinh viên có thể năng động, tự lực và sáng tạo trong điều kiện công nghệ phát triển mạnh mẽ thì trang bị cho họ cách thức tư duy điện toán với các thuật toán của máy tính là điều 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

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhu cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người không ngừng tăng cao, hầu như mọi công việc đều giải quyết dựa trên cơ sở các quá trình trao đổi thông tin nhiều chiều, nhiều nguồn, với nhiều hình thức khác nhau từ giọng nói, âm thanh, hình ảnh,… Ngành KTĐT-VT đã hiện thực hóa khả năng liên kết của mỗi người, mỗi quốc gia bằng việc sử dụng các Kĩ thuật công nghệ tiên tiến theo nhiều phương thức khác nhau Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay - cuộc cách mạng về sản xuất thông minh dựa trên các thành tựu đột phá 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 thuật mũi 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 nhân lực và Thông tin thị trường lao động thành phố Hồ Chí Minh cho biết nhu cầu tuyển dụng lao động làm việc trong ngành KTĐT – VT giai đoạn 2020 – 2025 lên đến khoảng 1,6 vạn người/năm và đang có xu hướng tăng lên Dự báo đến năm 2030, nhu cầu nhân lực ngành Kĩ thuật điện, KTĐT – VT tăng gấp 2,5 lần so với năm 2015 Nhưng với thực trạng phổ biến trong thị trường lao động hiện nay là nguồn cung cấp nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực Kĩ thuật còn thiếu hụt lớn Theo số liệu từ Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, hiện nay tại Việt Nam, mỗi năm có 1,4 triệu kỹ sư tham gia vào lực lượng lao động, 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 cầu của cuộc cách mạng là nhiệm vụ cấp bách hơn bao giờ hết Để đào tạo được nguồn 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

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 có kiến thức chuyên môn toàn diện, nắm vững nguyên lý, quy luật tự nhiên – xã hội, có kỹ năng thực hành cơ bản, có khả năng làm việc độc lập, sáng tạo và giải quyết những vấn đề thuộc ngành được đào tạo [4] Trong đó, các thành phần của tư duy có thể kể đến như biết cách suy luận, phát hiện, giải quyết vấn đề, biết cách học, cách tự học, có tư duy sáng tạo, Thông qua dạy kiến thức 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 quyết các vấn đề trong thực tiễn sau này cho mỗi sinh viên khi làm việc trong môi trường thực tế Vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình dạy và học là giúp cho sinh 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 rất cần thiết và phù hợp với mục tiêu đào tạo ngành KTĐT - VT Tư duy điện toán bao gồm những kỹ năng thiết yếu cho sinh viên như kỹ năng tư duy thuật toán, kỹ năng tư duy giải quyết vấn đề, kỹ năng tư duy suy luận logic, kỹ năng tư duy trừu tượng, kỹ năng đánh giá vấn đề,… Các trường đại học đào tạo ngành này cần chú trọng trang bị cho sinh viên ngành KTĐT–VT kỹ năng thiết kế hệ thống, phân tích, làm việc nhóm, tương tác, hòa nhập và đặc biệt là khả năng học tập suốt đời bắt kịp và thích nghi với sự thay đổi cực kỳ nhanh chóng 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

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và các ứng dụng của nó ngày càng trở nên không thể thiếu trong các ngành kĩ thuật, các phần mềm

ứng dung đã và đang được sử dung rộng rãi trong cơ khí, điện, điện tử Ngày nay khó có thể hình dung các máy công cụ hiện đại như các máy điều khiển bằng máy tính CNC (Computerized Numerically Controlled), trung tâm gia công, điều khiển hệ thống điện,… lại thiếu các phần mềm điều khiển tự động, đặc biệt là với kĩ thuật Điện tử - Viễn thông thì công nghệ thông tin càng thể hiện rõ rệt Có thể thấy rằng trong các thiết bị điện tử - viễn thông hiện đại không thể thiếu trái tim của chúng là bộ xử lý, ngay cả những hệ thống tự động 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 lập trình 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 = Data Structures + 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 viên tiếp cận với việc thiết kế và xây dựng phần mềm cũng như sử dụng các công

cụ lập trình hiện đại [5]

Các nội dung học tập trong các học phần điện tử - viễn thông hiện đại luôn gắn chặt với lập trình với các bài toán về điều khiển, các lựa chọn tối ưu trong liên lạc, phủ sóng, kết nối mạng càng nâng cao vai trò của kĩ thuật lập trình Hơn nữa, nội dung học phần này có nhiều bài toán đặt ra có thể khai thác được để kích thích tư duy cho SV Quá trình thao tác theo thuật toán và đánh 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 [6]

Tóm lại, với những nhận định trên, bản thân là một giảng viên ngành Công nghệ thông tin, tác giả chọn đề tài tập trung nghiên cứu theo hướng phát triển tư duy điện toán nhằm phát triển các kỹ năng hỗ trợ cho việc lập trình

cũng như giải quyết các vấn đề liên quan, phù hợp với đặc điểm các môn học thuộc 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 Kĩ thuật 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 sinh viên 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 thông của 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 và các yếu tố cấu thành tư duy điện toán, đề xuất được các định hướng và biện pháp phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho SV

ngành KTĐT-VT thì sẽ phát triển tư duy điện toán cho SV, góp phần nâng cao chất lượng dạy học và đào tạo kĩ sư ngành KTĐT-VT ở các trường Đại

học, Cao đẳng kĩ thuật

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận về tư duy điện toán và phát triển tư duy điện toán trong 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 với cách 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 học theo định hướng phát triển TDĐT cho sinh viên; xây dựng giáo án minh họa thuộc học phần Kĩ thuật lập trình;

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm và phương pháp chuyên gia để đánh giá hiệu quả sử dụng giải pháp, kiểm nghiệm giả thuyết khoa học và tính khả thi 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 trong nước, các công trình có liên quan về tư duy điện toán, lí luận dạy học về dạy học 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 và học định hướng phát triển tư duy điện toán ở một số trường đại học có đào tạo ngành KTĐT-VT khu vực miền Trung

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm một số biện pháp dạy học Thuật toán ở một số nội dung nhằm kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả 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 phát triển 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 các biện pháp dạy học đã đề xuất

7 Đóng góp mới của luận án

+ Phân tích, tìm hiểu và tổng quan được các khái niệm tư duy điện

toán, các thành tố của tư duy điện toán và kế thừa để đưa ra khái niệm tư duy điện toán, 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 tổng quát 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 học môn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT

+ Đã xây dựng được tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trình nhằm 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 Kĩ thuật 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 và nghiên cứu từ lâu Ngay từ những bước phát triển đầu tiên của xã hội loài người cũng nghư trong lĩnh vực giáo dục, các nước, các tổ chức xã hội cũng như nhiều nhà nghiên cứu đã luôn quan tâm đến đào tạo con người có khả năng suy nghĩ và giải quyết vấn đề đặt ra và tìm tòi những giải pháp mới hiệu quả hơn trong công việc và đời sống Khoa học Kĩ thuật phát triển với tốc độ ngày càng cao, mức độ ngày càng sâu, phạm vi ngày càng rộng; thực tiễn sản xuất, đời sống luôn đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết Tất cả những yếu tố đó khiến con người luôn luôn phải suy nghĩ, tính toán, tìm tòi các giải quyết Do đó, ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, người học không chỉ được lĩnh hội kiến thức mà còn phải được hình thành, rèn luyện và phát triển các thao tác trí tuệ, các hoạt động trí tuệ Để thực hiện được điều đó, nhà trường cần phải nghiên cứu để tìm cách phát triển tư duy cho người học Trong dạy học, phải đưa cho học sinh những câu hỏi sao cho kích 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 tin học) là thời đại sáng tạo mang tính quần chúng rộng rãi nhờ việc sử dụng các phương pháp tư duy sáng tạo một cách khoa học Khoa học sáng tạo sẽ góp phần không nhỏ giúp chúng ta tìm con đường tắt để phát triển bền vững, thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và sự nghiệp “trồng người” [3]

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 tư duy mà con người không những có khả năng khám pháp và chinh phục thế giới mà không ngừng cải tiến và phát triển hệ thống công cụ sản xuất nhằm đạt được năng suất lao động ngày càng cao, sức lao động của con người ngày càng 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 thần của đời sống xã hội ngày càng được thỏa mãn [7] 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 tạo ngày 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” [8]

Tùy theo căn cứ và nhận định của từng tác giả, họ tiến hành phân loại các 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” [9] 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 [10] Theo J Piaget thường nói đến hai loại tư

duy: “Tư duy cụ thể và tư duy hình thức”[11] 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” [12]

Bàn về việc dạy học sáng tạo, kích thích tư duy, nhiều nhà nghiên cứu cũng 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 ba mặt là: dạy có thể xem là một trong các dạng của quá trình lao động; trường đại học cần đặt ra nhiệm vụ dạy học sáng tạo; ở trường đại học SV cần phải được 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 [13] Theo P L Kapitxa: “Giáo dục

các khả năng sáng tạo trong con người dựa trên sự phát triển của tư duy tự lập…” [14]

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 dục thay cho phương pháp tư duy lặp lại [15]

Những công trình nghiên cứu liên quan về kích thích tư duy trong dạy học đã được công bố [15] như:

- Nghiên cứu về ứng dụng các thủ thuật sáng tạo trong Khoa học kĩ thuật, viết tắt là TRIZ được phổ biến rộng rãi từ những năm 60 của thế kỷ XX tại các nước có nền công nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Nhật,… Tổ chức thường 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 xuất đòi hỏi người lao động cần có phẩm chất, năng lực mới, kỹ năng tư duy mới phù 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 [16] tập trung nghiên cứu đặc điểm của tư duy kĩ thuật, con đường hình thành và phát triển của tư duy kĩ thuật Bên cạnh đó, các tác giả khác như T V Kudriasep, V A Xcacun [16] khẳng định “Dạy học nêu vấn đề là phương tiện chung để phát triển tư duy kĩ thuật”, và đưa quan điểm coi dạy học nêu vấn đề và dạy học angôrit 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 nhiều nhà nghiên cứu Liên Xô cũ và các nước Âu- Mĩ nghiên cứu vận dụng các phương pháp dạy học khác như dạy học chương trình hóa, dạy học theo tư tưởng công nghệ[16]

Bước sang giai đoạn bùng nổ thông tin, trên thế giới nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến loại hình tư duy thuật toán trong dạy học Các tác giả đã nghiên cứu và đưa ra sáu đặc điểm chung của tư duy thuật toán và tư duy toán học, nêu ra các đặc điểm khác biệt giữa chúng Loại hình tư duy này xuất hiện trong một số công trình nghiên cứu của A Engel [17], D E Knuth [18],

S B Maurer và A Ralston [19],… Với các tác giả Gal-Ezer và Orna Lichtenstein [20] đưa ra ba cách sử dụng tư duy thuật toán vào quá trình giảng 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 đến các loại hình tư duy khác nhau trong giảng dạy Toán học như: Tư duy sáng tạo ([21], [22], [23]), Tư duy logic ([24], [25]), Tư duy phê phán [26], Tư duy hàm [27], Tư duy biện chứng ([28], [8]), Tư duy thống kê [29], Tư duy thuận nghịch [30],… Bên cạnh đó, còn có một số công trình nghiên cứu về việc áp dụng các phương pháp kích thích tư duy cho HS ([31], [32], [15]), cũng như rèn luyện kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy cho học sinh trung học phổ thông trong dạy học môn Toán [33]

Trong giảng dạy Vật lý cũng đã có công trình nghiên cứu của Ngô Diệu Nga về tư duy khoa học kĩ thuật khi dạy phần “Quang học” cho HS lớp 8 THCS [34]

Trong vài chục năm gần đây, các nhà nghiên cứu ở trong nước cũng quan 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 nước ngoài, các tác giả như Nguyễn Trọng Khanh ([16], [35]), Nguyễn Văn Khôi [36], Nguyễn Đức Thành [6],… phân tích đặc điểm tâm – sinh lí của học sinh, điều kiện và môi trường giáo dục của đất nước,… Họ đã vận dụng sáng tạo các biện pháp hình thành và phát triển tư duy kĩ thuật cho học sinh vào quá trình dạy học kĩ thuật, giáo dục kĩ thuật tổng hợp, dạy nghề [16]

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” [37] 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 các bài toán giải bằng phương pháp số ở trường phổ thông Trong luận án, tác giả cũng đã đưa ra hệ thống các tư tưởng chủ đạo về phát triển tư duy thuật giải trong môn Toán như sau:

- Rèn luyện cho học sinh các hoạt động tư duy thuật giải trong khi và nhằm 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 duy thuật 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 giải trong 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) Sự phức hợp của hoạt động tư duy thuật giải; (d) Chất lượng của hoạt động tư duy 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 thuật toán trong luận án [7] Tác giả nhận định và phân tích các biểu hiện và các cấp độ của sự phát triển tư duy thuật toán; đưa ra một số cách tiếp cận mới trong dạy học phát triển tư duy thuật toán cho HS trung học phổ thông và thực nghiệm 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 cũng được tác giả Nguyễn Đức Thành nghiên cứu, định hướng và đề xuất một số biện pháp theo định hướng đưa ra và thực nghiệm trong dạy học môn toán cao cấp [6] Song song với tư duy thuật toán, tác giả cũng đề cập đến việc phát triển tư duy kĩ thuật cho sinh viên cao đẳng

Việc đơn giản hóa khái niệm thuật toán để tiệm cận với thuật toán giải bài toán trên máy tính đã được nhóm tác giả Bùi Văn Nghị, Vương Dương Minh, Nguyễn Anh Tuấn [38] đưa ra và nêu ra được các đặc điểm của thuật toán Họ cũng đưa ra khái niệm về tư duy thuật toán khi giải quyết một vấn đề nào đó

Tóm lại, trong những thế kỷ qua, các công trình khoa học và những thành 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 kích thích 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 hội học, Sinh lý học, Tâm lý học, Lý luận dạy học,… Triết học nghiên cứu tư duy dưới góc độ lý luận nhận thức Lôgic học nghiên cứu tư duy dưới góc độ các quy tắc tư duy đúng Xã hội học nghiên cứu tư duy ở sự phát triển của quá trình nhận thức trong các chế độ xã hội khác nhau Sinh lý học nghiên cứu cơ chế hoạt động thần kinh cao cấp với tư cách là nền tảng vật chất của các quá trình 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 [6] 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 theo nhu 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 nhiều tiện 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 điện toán có thể giúp họ vận dụng các phương pháp điện toán mới để giải quyết vấn đề Hoặc giúp họ cải cách các vấn đề phù hợp theo các chiến lược điện toán 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 từng nghĩ là không thể hoặc không dám trả lời vì phạm vi giải quyết theo tư duy điện toán dễ dàng Tư duy điện toán giúp họ giải thích vấn đề hoặc giải quyết vấn đề trong khuôn khổ tư duy điện toán

"Gần đây, tư duy điện toán đang có sức ảnh hưởng đến việc nghiên cứu trong hầu hết các lĩnh vực, cả trong khoa học và nhân văn" (Bundy 2007) [39] Bằng chứng về ảnh hưởng tư duy điện toán đến các lĩnh vực khác rất nhiều: tư duy điện toán đang làm thay đổi khoa học thống kê, khi mà việc học máy tự động hóa các phương pháp Bayesian và việc sử dụng các mô hình đồ họa có xác suất cho phép xác định các mẫu và những dị thường trong các tập hợp dữ liệu lớn như các bản đồ thiên văn , máy quét ảnh cộng hưởng MRI, sử dụng thẻ tín dụng để mua hàng và biên lai cửa hàng tạp hóa (ví dụ: Bộ phận Học máy 2008 - Machine Learning Department 2008) Tư duy điện toán đang làm 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 các tiến trình năng động được tìm thấy trong tự nhiên, từ chu kỳ tế bào đến nếp gấp protein (ví dụ Fisher & Henzinger 2007) Tư duy điện toán cũng đang chuyển 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 danh tiếng (Abraham et al.2007) [40] Trong khoa học nhân văn và nghệ thuật, các thư viện số của sách, sưu tập và đồ tạo tác tạo ra các cơ hội nhờ vào các phương pháp điện toán như khai phá dữ liệu và liên kết dữ liệu để khám phá các xu hướng mới, mẫu mới và liên kết mới trong sự hiểu biết và đánh giá của chúng ta đối với nhân loại ([41], [42])

Đối với việc nghiên cứu tư duy điện toán trong giáo dục, có nhiều công trình nghiên cứu và bài báo được các tác giả quan tâm Chẳng hạn, Aman Yadav, và các cộng sự đưa ra những nhận định về tư duy điện toán trong giáo dục đào tạo giáo viên dạy trung học phổ thông, phân tích rõ quan điểm về tư duy điện toán, nêu ra những nhận định sai lầm về tư duy điện toán đối với giáo dục Mạnh dạn đưa ra những giải pháp trong việc kết hợp tư duy điện toán vào trong chương trình giảng dạy đối với bậc trung học phổ thông [43]

Tư duy điện toán đang nhanh chóng trở thành một khái niệm thiết yếu đối với những người học hiện đại (Wright, Rich & Leatham, 2012) Đến thời điểm này, tư duy điện toán đã trở thành chủ đề bắt buộc trong trường học tại hơn sáu chục quốc gia khác nhau, với hơn một chục cam kết thực hiện đến năm 2020 (Balanskat & Englehardt, 2015) Với sự quan tâm ngày càng tăng này đến nhu cầu về giảng dạy điện toán ở những độ tuổi khác nhau từ mầm non đến trung học phổ thông và bậc đại học, cao đẳng, đến nay đã có nhiều nghiên cứu về tư duy điện toán đối với bậc phổ thông K-12 như D’Alba và Huett chia sẻ kết quả làm việc với học sinh tiểu học; Jones-Harris và Chamblee 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 tính bắt 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 đến học sinh trung học;…[44]

Các chương trình giáo dục đại học giới thiệu tư duy điện toán được tích hợp với các khóa học trong nhiều lĩnh vực đa dạng để cải thiện việc giảng dạy [44] Musaeus, Tatar, và Rosen khám phá những tư duy điện toán trong giáo dục y tế Rambally chứng minh cách tư duy điện toán có thể cải thiện khả năng của SV để hiểu các cấu trúc rời rạc Quaye và Dasuki đề xuất một phương 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 tập trung vào tư duy điện toán trong một khóa học giới thiệu cho các chuyên ngành 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 các tài nguyên giáo dục

Đối với chương trình đào tạo ngành sư phạm, nhiều tác giả cũng nghiên cứu những khía cạnh của tư duy điện toán khi thực hiện trong thực tế [44] Có thể thấy, Hester-Croff và Buss and Gamboa nói về những nỗ lực để đào tạo giáo viên giúp họ nhận ra các mô hình tư duy điện toán trong học tiểu học Cả hai Yadav, Gretter, Good, và Mclean và Sadik, Ottenbreit-Leftwich, và Nadiruzzaman 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 về việc thiết kế và thực hiện MOOC với hơn 1000 giáo viên khi họ thực hiện tích hợp 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 trình giảng 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 biệt của nó với các năng lực khác của thế kỷ 21 (Voogt và cộng sự 2015), và vị trí của nó trong chương trình giảng dạy [45]

Ngoài việc nghiên cứu về phương pháp tiến hành kết hợp rèn luyện tư duy điện toán trong giáo dục, cũng có những công trình nghiên cứu về việc đánh giá, đo lường về tư duy điện toán khi áp dụng trong thực tế [44] Mueller, Becket, Hennessey, và Shodiev đã phân tích năng lực cốt lõi của tư duy điện toán để liên kết với thực tiễn, đánh giá và thảo luận những vấn đề phát sinh Grover đề xuất một hệ thống đánh giá vượt xa chỉ đo lường kết quả nhận thức về nền tảng của tư duy điện toán và chứng minh hệ thống này qua khóa 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 bày khung thực hiện cho các công cụ khác nhau thông qua ba giai đoạn quan trọng của tư duy điện toán: hình thành vấn đề, giải pháp biểu hiện, và thực hiện / đánh giá Lawanto, Close, Ames, và Brasiel chứng minh làm thế nào công 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 về công cụ FUN! dựa trên Python để đo các tương tác từng phút một trong môi trường Scratch

Tóm lại, vấn đề tư duy điện toán trong dạy học được rất nhiều tác giả cũng 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 đã xuất hiện từ những năm 1950 và 1960 "như là tư duy thuật toán", đặc biệt sử dụng 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 các khái 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 rộng lớn phức tạp hoặc thiết kế một hệ thống lớn phức tạp." [43]

Các cơ sở trên khắp Hoa Kỳ và ở nước ngoài đang xem lại chương trình giảng dạy đại học của họ về khoa học máy tính Nhiều trường đang thay đổi chương trình cho khóa học đầu tiên về khoa học máy tính để đưa ra các nguyên lý và khái niệm cơ bản chứ không phải chỉ lập trình Ví dụ, tại Carnegie Mellon, cũng sửa lại các chương trình giảng dạy năm thứ nhất để thúc đẩy tư duy điện toán cho các chuyên ngành không chính thức [41]

Năm 2009, Hiệp hội Giáo viên Khoa học Máy tính (CSTA) và Hiệp hội Công 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 khổ chương trình giảng dạy K-12 Kỳ vọng là học sinh K-12 không chỉ trở thành những người giải quyết vấn đề tích cực, mà họ sẽ trải qua những thay đổi cơ bản như tính bền bỉ, khả năng chịu đựng và tính linh hoạt khi làm việc với các vấn đề lộn xộn (Barr và cộng sự, 2011) [46]

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 chơi mang 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 duy điện toán [47]

Lu và Fletcher (2009) chỉ ra rằng có những thách thức sư phạm trong việc đưa tư duy điện toán vào giáo dục K-12; đặc biệt, họ cho rằng tư duy điện 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 hiểu các quy trình tính toán và không quan sát cách nó được thực thi như thế nào với một ngôn ngữ lập trình [48]

Tuy nhiên, không thể phủ nhận lập trường của các nhà nghiên cứu khác, đặc biệt là những người trong cộng đồng khoa học máy tính Họ quy định rằng tư duy điện toán nên được dạy như một khóa học giới thiệu về khoa học máy tính và lập trình và bất kỳ ai cũng có thể tham gia được (Kazimoglu, Kiernan, Bacon & MacKinnon, 2012) [49]

Grover và Pea (2013) đã xác định các vấn đề quan trọng khác như nhận thức và sự chuẩn bị sư phạm của giáo viên trong lĩnh vực tư duy điện toán, 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 [50] Vì vậy, giáo viên cũng có thể đang dạy các kỹ năng tư duy điện toán trong lĩnh vực chủ đề của 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, phát triển và triển khai tư duy điện toán ở học sinh Năm kỹ năng tư duy điện toán 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 giải pháp 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 Để nắm bắt sự quan tâm, động lực và sự tham gia của sinh viên, các nguồn tài nguyên trực tuyến với các yếu tố thiết kế trò chơi đã được sử dụng, các chiến lược hướng dẫn được xây dựng và các hoạt động phù hợp với giới tính, dân tộc và văn hóa [51]

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 tầm quan trọng của tư duy điện toán trong giáo dục cũng như trong cuộc sống hàng ngày Tại các trường Đại học như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… đang đưa vào những chương trình hoạt động ngoại khóa nhằm kích thích tư duy sáng tạo, tư duy điện toán trong SV như Cộng đồng giáo dục STEM 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 liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Với mô hình giáo dục STEM trang bị cho HS-SV những kỹ năng mềm cần thiết cho sự thành 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 xu hướng giáo dục trên thế giới Mô hình giáo dục STEM cũng là bước khởi đầu giúp cho HS-SV Việt Nam có nhiều cơ hội tiếp cận những công nghệ tiên tiến trên thế giới Nhưng cũng chỉ mới dùng lại đối với những HS-SV quan tâm đến các vấn đề công nghệ, nó chưa thực sự trở thành những mục tiêu rõ ràng trong 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 đến trong 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 điện toán cho HS-SV Nền tảng cơ bản về tư duy điện toán tại Việt Nam được kế thừa từ những nghiên cứu nổi bật trên thế giới và sẽ được triển khai, áp dụng trong tương lại vào trong các ngành nghề xã hội, đặc biệt và cấp thiết là trong giáo dục đào tạo

Tại thời điểm này ở Việt Nam, có rất nhiều công trình nghiên cứu về phát 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 có

công trình nghiên cứu nào được công bố về việc phát triển tư duy điện toán dành 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 gọi khác nhau với mỗi nội hàm tiếp cận khác nhau Mỗi tác giả, nhà nghiên cứu tại Việt Nam, tùy vào cách tiếp cận cũng như quan điểm nghiên cứu của từng tác 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 phổ thông Quốc gia năm 2018, tác giả Hồ Sĩ Đàm đưa ra thuật ngữ là “tư duy máy tính” theo quan điểm tiếp cận là tư duy con người theo cách mà máy tính giải quyết được

Học viện STEAM cũng tiếp cận thuật ngữ này theo quan điểm giải quyết vấn đề một cách tối ưu và dịch thành “Tư duy máy tính” hoặc “Tư duy điện toán” Đây là một kỹ năng giải quyết vấn đề đỉnh cao, tức là xem xét và giải 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 tính toán” 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 máy tính 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, cũng như 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 không chỉ các nhà khoa học mà là của tất cả mọi người [41] Sự phổ biến của tư duy

điện toán ngày mai cũng sẽ như sự phổ biến của máy tính ngày hôm nay Máy tính khắp mọi nơi là giấc mơ của ngày hôm qua đã trở thành hiện thực hôm nay 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 quá trình nhận thức Căn cứ vào tính chất phản ánh có thể chia toàn bộ hoạt động nhận thức thành hai giai đoạn: nhận thức cảm tính (gồm cảm giác, tri giác) và nhận 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 nghiên cứu và khái niệm về tư duy được phát biểu ở các góc độ khác nhau [52], [53],

Nhà tâm lý học M.N Secđacôp [54] 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 hiện tượng mới, riêng lẻ của hiện thực trên cơ sở những tri thức khái quát hóa đã thu 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” [35]

Quá trình tư duy có những đặc điểm sau [35]:

- Tính “có vấn đề” của tư duy: Muốn kích thích được tư duy phải đồng thời có hai điều kiện: (1) Phải gặp hoàn cảnh (tình huống) có vấn đề, là tình

huống có chứa đựng mục đích mới, một vấn đề mới, đòi hỏi phải có cách thức giải quyết mới Khi đó, muốn giải quyết vấn đề đó phải tìm ra cách giải quyết mới, tức là phải tư duy (2) Tình huống có vấn đề đó phải được cá nhân nhận thức đầy đủ, được chuyển thành nhiệm vụ của cá nhân, tức là cá nhân phải xác định được cái gì đã biết, đã cho và cái gì còn chưa biết, phải tìm: đồng thời phải có nhu cầu (động cơ) tìm kiếm nó Những dữ kiện quen thuộc hoặc nằm 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 (máy đo) 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 bản chất nhất, chung cho nhiều sự vật hợp thành một nhóm, một loại, một phạm trù (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 mà cong người tiến hành được các thao tác tư duy và sản phẩm của tư duy là những 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 cảm tính 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 vi hơn, 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 xuất hiện (trong đầu chủ thể tư duy) những mối liên tưởng xung quanh vấn đề

ssang cần giải quyết;

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

- Kiểm tra giả thuyết về cách giải quyết vấn đề: nêu giả thuyết đúng thì tiến hành giải quyết vấn đề; nếu giả thuyết sai thì phủ định nó để hình thành giả thuyết 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

Kiểm tra giả thuyết

tư duy mới

* Các thao tác trí tuệ trong quá trình tư duy [35]:

- Phân tích và tổng hợp: Phân tích là dùng trí óc tách đối tượng tư duy thành những bộ phận, những thuộc tính, những mối liên hệ, quan hệ những thành 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 chỉnh thể; tổng hợp diễn ra trên cơ sở kết quả của phân tích, ngược lại phân tích diễn ra trên cơ sở mô hình sẽ tổng hợp Như vậy, hai thao tác phân tích và tổng hợp gắn bó quan hệ mật thiết với nhau

- So sánh: Là dùng trí óc để xác định sự giống nhau, khác nhau giữa các sự vật, hiện tượng So sánh có vai trò quan trọng trong việc nhận thức thế giới; 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 cần thiết để tư duy Khái quát hóa là dùng trí óc để bao quát nhiều đối tượng khác nhau thành một nhóm, một loại,… trên cơ sở chúng có một số thuộc tính chung và bản chất, những mối quan hệ có tính quy luật Khái quát hóa chính

là sự tổng hợp ở mức độ cao hơn Hai thao tác trừu tượng hóa và khái quát hóa 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 nhau theo một hướng nhất định do nhiệm vụ của tư duy quy định Thực tế, các thao tác tư duy không nhất thiết theo một trình tự máy móc như nêu ở trên Tùy theo nhiệm vụ và điều kiện tư duy, không phải hành động tư duy nào cũng cần 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 chu trình toán học được gọi là thuật toán thực hiện bằng máy tính hay còn gọi là máy điện toán

Điện toán bao gồm thiết kế, phát triển và xây dựng hệ thống phần cứng và phần mềm thuộc máy điện toán; biên tập, tạo cấu trúc và quản lý các loại thông tin; nghiên cứu khoa học trên máy tính; làm cho hệ thống máy tính hoạt 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, khoa học máy tính, hệ thống thông tin và công nghệ thông tin

1.2.3 Tư duy điện toán (tư duy máy tính)

a Người đầu tiên nhắc đến cụm từ “Computational Thinking” (Tư duy điện toán hay tư duy máy tính) 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 đầu tiên đưa ra định nghĩa của khái niệm tư duy điện toán (Computational Thinking), vào năm 2006 [55] được tạm dịch như sau: “Tư duy điện toán liên quan đến việc giải quyết vấn đề, thiết kế hệ thống và hiểu hành vi của con người, 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 một

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

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

định nghĩa khác [56] được tạm dịch như sau: “Tư duy điện toán là các quá trình tư duy tham gia vào việc hình thành các vấn đề và các giải pháp của chúng sao cho hình thức biểu diễn các giải pháp đó có thể được thực hiện một cách 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 [57] 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 hiện hiệu quả bởi con người hoặc máy tính hoặc cũng có thể kết hợp đồng thời con người 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 về loại tư duy này Chẳng hạn như, vào năm 2009, có thể hiểu ý của tác giả Denning [58] như là “Tư duy điện toán có một lịch sử lâu đời trong ngành khoa học máy tính Trong những năm 1950 và 1960, được gọi là "tư duy thuật toán", nó có nghĩa là định hướng tư duy để hình thành các vấn đề dưới dạng chuyển đổi dữ liệu đầu vào thành đầu ra và tìm kiếm thuật toán để thực hiện chuyển 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

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

Bên cạnh đó, tác giả Hemmendinger đề xuất quan điểm về tư duy điện toán vào 2010 [59] có thể tạm dịch: “ [Tư duy điện toán] là dạy họ cách tư duy như một nhà kinh tế học, nhà vật lý học, một nghệ sĩ và hiểu cách sử

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.”

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.”

dụng điện toán để giải quyết vấn đề của họ, sáng tạo và phát hiện ra những câu hỏi mới mà có thể được khám phá thuận lợi.” 5

Hoặc vào năm 2012, tác giả Furber [60] lại phát biểu và có thể dịch quan điểm tác giả đó là “Tư duy điện toán là quá trình nhận biết các khía cạnh của 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 thống lẫn quy trình tự nhiên và nhân tạo.” 6

Thêm vào đó, đến năm 2014, tác giả Yadav cùng cộng sự cũng đưa ra quan điểm về từ duy điện toán [61] – Có thể tạm dịch là: “Quá trình tư duy để tóm 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, nghiên cứu 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 nay vẫn chưa có một định nghĩa cuối cùng về tư duy điện toán Các định nghĩa này có xu hướng tập trung vào các hoạt động và quá trình nhận thức của các cá nhân, nhằm cải thiện kỹ năng nhận thức và hỗ trợ quá trình dạy và học

ở những cá nhân được tác động

b Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 – Môn Tin học, các tác giả xây dựng chương trình đã đưa ra khái niệm “Tư duy máy tính” với cách giải thích như sau:

Tư duy máy tính (Computer Thinking hoặc Computational Thinking) là Quá trình nhận biết các khía cạnh tính toán trong thế giới xung quanh ta, từ đó giúp giải quyết vấn đề.Ví dụ biết cách chia vấn đề thành những phần có thể

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.”

giải quyết và đưa ra các thuật toán để giải quyết chúng Tư duy máy tính là kĩ năng cơ bản và cần thiết đối với tất cả mọi người, không chỉ cho các nhà khoa học máy tính Tư duy máy tính là một quá trình nhận thức và suy luận logic

để giải quyết vấn đề, là khả năng:

- Phân rã công việc và dữ liệu

.- Khái quát hoá, xác định và sử dụng các dạng mẫu

- Trừu tượng hoá, lựa chọn cách biểu diễn

- Đánh giá và ước lượng

- Phát triển thuật toán

Tư duy máy tính không chỉ cho phép học sinh tiếp cận các chủ đề tin học một cách thuận lợi, mà quan trọng hơn, nó phát triển cho học sinh kĩ năng

tư duy giải quyết vấn đề trong học tập và cuộc sống [62]

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 toán hay tư duy máy tính, cũng như căn cứ chính vào khái niệm của tác giả Wing

và các tác giả xây dựng chương trình giáo dục phổ thông 2018, tác giả xin sử dung khái niệm Computational Thinking bằng Việt hóa là “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 toán cũng như xây dựng hướng giải quyết vấn đề áp dụng vào trong quá trình giảng dạy cho sinh viên