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

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

-    -

NGUYỄN THỊ ANH THI

DẠY HỌC KĨ THUẬT LẬP TRÌNH CHO SINH VIÊN

NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH bộ môn Kỹ thuật công nghiệp

Mã số: 9.14.01.11

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI – 2023

Công trình được hoàn thành tại Khoa Sư phạm kỹ thuật

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHĨA

Phản biện 2: PGS TS Đỗ Anh Tuấn

- Trường Đại học Thành Đông

Phản biện 3: PGS TS Trần Đăng Hưng

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

vào hồi 8 giờ 30 , ngày 12 tháng 12 năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia, Hà Nội ;

- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

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 Trung ương 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.”

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 Kỹ 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, nguồn cung cấp nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực kỹ thuật còn thiếu hụt lớn

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

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 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, 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 ĐT–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 Kỹ 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 nói nổi tiếng của ông 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

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 tưu 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

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

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

- 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

- Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra, thực nghiệm sư phạm,

phương pháp chuyên gia nhằm khảo sát thực tế, kiểm nghiệm và đánh giá các biện pháp đã đề xuất

- 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

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 ngành 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 3 Kiểm nghiệm và đánh giá

NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN 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

Mục này trình bày khái quát, ngắn gọn về những nghiên cứu trong và ngoài nước về việc phát triển tư duy nói chung và các loại tư duy khác nhau khác trong dạy học cho SV, trong đó có phát triển tư duy điện toán cho SV Kết quả nghiên cứu cho thấy bản chất, cấu tạo thành phần của các loại tư duy khác nhau, là cơ sở

để nghiên cứu vận dụng vào quá trình dạy học để phát triển tư duy điện toán Một

số nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ sở lý luận, thực tiễn về phát triển tư duy điện toán cho người học ở các bậc phổ thông, và một số môn khoa học cơ bản máy tính cho SV đại học Đến nay, chưa có đề tài nào nghiên cứu hệ thống các vấn đề dạy học Kĩ thuật lập trình phát triển tư duy điện toán cho SV, cụ thể là SV ngành

Kỹ thuật điện tử, viễn thông

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 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 Trong phạm

vi nghiên cứu này, tác giả sử dụng khái niệm về tư duy của phần lớn 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”

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 kỹ 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

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 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 cũng như căn cứ chính vào khái niệm của tác giả Wing, có thể đề xuất khái niệm 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.”

1.2.4 Phát triển tư duy điện toán

Phát triển tư duy điện toán là quá trình chuyển biến khả năng giải quyết vấn đề hoàn thiện hơn thông 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

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

1.2.5.2 Tư duy thuật toán

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 theo một trình tự nhất định mà kết quả là giải quyết được nhiệm vụ đặt ra

1.3 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC 1.3.1 Đặc điểm của tư duy điện toán

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 chúng tôi sử dụng máy tính và các công cụ khác để giúp giải quyết chúng; Tổ chức và phân tích dữ liệu hợp lý; Trình bày dữ liệu thông qua các khái niệm trừu tượng như mô hình và mô phỏng; Tự động hóa các giải pháp thông qua tư duy thuật toán; Xác định, phân tích và triển khai các giải pháp khả thi với mục tiêu đạt được sự kết hợp hiệu quả và hiệu quả nhất giữa các bước và nguồn lực; Tổng quát hóa và chuyển quá trình giải quyết vấn đề này sang nhiều vấn đề khác nhau

1.3.2 Các thành tố của tư duy điện toán

Căn cứ vào khái niệm về tư duy điện toán được phát biểu, tác giả nhận thấy

tư duy điện toán là một tổ hợp của nhiều quá trình có mối liên hệ với nhau nhằm giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, vận dụng tương tự theo cách thực hiện của máy tính

Những quá trình đó chính là những yếu tố cấu thành nên tư duy điện toán (Hình 1.2)

a- Phân rã vấn đề: Đây là một phương pháp để tách các vấn đề ra và chia

chúng thành các phần nhỏ hơn và dễ hiểu hơn Phương pháp này còn được gọi là

“Chia để trị”

b- Nhận dạng mẫu: Đây là phương pháp để xác định những điểm tương

tự và điểm khác biệt trong vấn đề

c- Thiết kế thuật toán: Đây là quá trình xây dựng một lược đồ gồm các bước

theo trình tự để giải quyết được tất cả các vấn đề

d- Trừu tượng hóa và tổng quát hóa: Trừu tượng hóa một vấn đề thành

một khái niệm hoặc nguyên tắc Tổng quát hóa là quá trình điều chỉnh các giải pháp hoặc thuật toán đã xây dựng thành các trạng thái vấn đề khác nhau, ngay cả

khi các biến là khác nhau

Hình 1.2 Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán

Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán chính là các quá trình có mối quan

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 (Hình 1.3)

Hình 1.3 Quá trình tư duy điện toán

1.3.3 Bản chất dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học lập trình cho sinh viên

Các đặc điểm chính về tư duy điện toán là 1) đó là cách giải quyết vấn đề

và thiết kế hệ thống dựa trên các khái niệm cơ bản của khoa học máy tính; 2) nó

có nghĩa là tạo ra và sử dụng các mức độ trừu tượng khác nhau, để hiểu và giải quyết vấn đề hiệu quả hơn; 3) nó có nghĩa là tư duy theo thuật toán và khả năng

áp dụng các khái niệm toán học để phát triển các giải pháp hiệu quả, công bằng

và an toàn hơn; và 4) nó có nghĩa là không phải khiến con người suy nghĩ như máy tính, mà là phát triển đầy đủ các công cụ tư duy cần thiết để sử dụng hiệu quả máy tính nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp của con người

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

1.3.4.1 Nguyên tắc cơ bản khi đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán

Việc đo và đánh giá mức độ phát triển tư duy của người học nên được thực hiện bằng phép đo gián tiếp, kết hợp hai phương tiện đánh giá: kết quả và quá trình học tập của người học

1.3.4.2 Một số cách thức đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán

Một số cách thức đánh giá mức độ phát triển năng lực tư duy điện toán như sau: Nội dung đề kiểm tra; Bài tập kiểm tra trình độ vận dụng kiến thức; Bài tập

kiểm tra giải quyết vấn đề nhanh; Đề kiểm tra tổng hợp; Đánh giá theo nghiên cứu trường hợp (case study)

Sử dụng thang đo SOLO nhằm mô tả 5 mức độ hiểu biết của SV khi giải quyết các vấn đề lập trình và trình bày cách giải thích tương tự về sử dụng thang

đo SOLO áp dụng khi người học làm các bài tập viết mã lập trình đơn giản:

- Mức 1: SV bắt đầu tiếp cận kiến thức về các cấu trúc lập trình và kỹ năng

lập trình

- Mức 2: SV biểu diễn chính xác một số vấn đề của lập trình nhưng không

phải tất cả các khía cạnh của vấn đề lập trình

- Mức 3: SV có thể biểu diễn mô tả dòng mã lập trình hoặc thực thi mã lập

trình bằng tay cho một trường hợp cụ thể

- Mức 4: SV có thể viết được một chương trình (bằng ngôn ngữ lập trình)

trên máy tính để giải quyết vấn đề cụ thể

- Mức 5: SV liên kết các kỹ thuật trong lập trình và ứng dụng linh hoạt vào

giải quyết vấn đề

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

Định hướng 1: Việc phát triển tư duy điện toán cho sinh viên được thực

hiện theo hướng tác động đến từng yếu tố cấu thành của tư duy điện toán

Định hướng 2: Để phát triển tư duy điện toán cho SV ngành KTĐT-VT

cần chú trọng khai thác các nội dung kiến thức học phần có tiềm năng phát triển

tư duy điện toán và định hướng nội dung phù hợp với thời đại

Định hướng 3: Sử dụng các phương pháp dạy học dựa trên lý thuyết tâm

lý học hiện đại để phát triển tư duy điện toán cho sinh viên

Định hướng 4: GV tạo môi trường để SV được lựa chọn thực hiện nhiệm

vụ học tập theo khả năng, trình độ và gây hứng thú học tập, phát huy tính tích cực trong nhận thức của SV phù hợp với thực tiễn hoàn cảnh, môi trường giáo dục và thực tiễn của SV

Định hướng 5: Dạy học theo hướng phát triển tư duy điện toán phải kết

hợp chặt chẽ rèn luyện cho SV tính tổ chức, tính trật tự, tính linh hoạt và sáng tạo trong quá trình học tập

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

Với phương pháp điều tra bằng phiếu hỏi và phỏng vấn 37 GV và 142 SV,

đề tài đã khảo sát thực trạng dạy và học cho SV ngành KTĐT - VT theo định hướng phát triển TDĐT tại một số cơ sở đào tạo ngành KTĐT - VT ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên Kết quả khảo sát định tính và định lượng cho thấy:

- Việc phát triển TDĐT cho SV là vấn đề quan trọng và cần thiết; Có khả năng phát triển TDĐT cho SV KTĐT - VT thông qua học phần Kĩ thuật lập trình

- TDĐT khá mới mẻ đối với GV và SV và cũng như chưa được tiếp xúc nhiều và ứng dụng trong quá trình dạy và học Việc phát triển tư duy của SV còn phụ thuộc vào các yếu tố xã hội, yếu tố tâm lý,…

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1, tác giả nghiên cứu các vấn đề về tư duy, đặc biệt là tư duy thuật toán, tư duy kỹ thuật Từ những vấn đề về các loại tư duy của các nhà khoa học đã nghiên cứu ứng dụng trong dạy học một số môn học ở phổ thông, tác giả

đã chọn nghiên cứu về một loại tư duy điện toán và vận dụng vào dạy học môn

kỹ thuật lập trình cho sinh viên đại học Từ đó, chọn ra được bốn thành tố dùng

để phát triển tư duy điện toán trong dạy học, cụ thể với môn Kỹ thuật lập trình Tác giả nhận thấy việc dạy học môn Kỹ thuật lập trình cho sinh viên theo các thành tố của tư duy điện toán có thể giúp người học nâng cao khả năng suy luận, phân tích và giải quyết vấn đề được tốt hơn, cũng như hỗ trợ kỹ năng lập trình cho SV Ngoài ra, luận án còn phân tích thực trạng dạy và học theo hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên còn khá mới mẻ đối với GV và SV Việc phát triển tư duy của SV còn phụ thuộc vào các yếu tố xã hội, yếu tố tâm lý,… Từ đó, tác giả đề xuất năm định hướng dạy học nhằm phát triển tư duy điện toán cho

SV Đây là cơ sở ban đầu để tác giả đề xuất và triển khai các biện pháp dạy học

cụ thể nhằm giúp phát triển tư duy điện toán cho SV thông qua việc dạy học học phần Kỹ thuật lập trình cho SV ngành KTĐT-VT ở chương 2

Chương 2 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN

TRONG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH

2.1 PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH

2.1.1 Khái lược cấu trúc chương trình ngành KTĐT - VT

Chương trình được thiết kế để đảm bảo sinh viên tốt nghiệp đạt được chuẩn

đầu ra sau: “… thiết kế, vận hành các hệ thống và sản phẩm điện tử ứng dụng,

hệ thống điện tử thông tin và viễn thông, hệ thống điện tử thông minh dựa trên nền tảng hệ nhúng và IoT…”

* Một số học phần cần lập trình hỗ trợ: Lý thuyết điều khiển tự động, Kỹ thuật xung – số, Thiết kế mạch tích hợp, Điện tử thông tin, Kỹ thuật mạch điện tử, Thiết kế điện tử ứng dụng, Kỹ thuật vi xử lý, Thông tin di động,…

2.1.2 Đặc điểm nội dung môn học Kĩ thuật lập trình

Kĩ thuật lập trình là kỹ thuật thực thi một giải pháp phần mềm (Chương trình = cấu trúc dữ liệu + giải thuật) dựa trên một hay nhiều ngôn ngữ lập trình phù hợp với yêu cầu đặc thù của ứng dụng Hay nói một cách khác, Kĩ thuật lập trình = Cấu trúc dữ liệu + Giải thuật + Ngôn ngữ lập trình

Nội dung môn học gồm: Cách sử dụng NNLT cụ thể (C/C++), các Kĩ thuật lập trình, chiến lược thuật toán, minh họa các kỹ thuật liên quan đến lập trình thiết bị,… Những nội dung này có thể thực hiện các yếu tố cấu thành TDĐT trong quá trình DH môn KTLT

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

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

• Cơ sở đề xuất biện pháp 1:

Một môn học bất kỳ sẽ có rất nhiều nội dung cần truyền tải đến sinh viên, trong khi đó, trong quá trình dạy và học các nội dung trong môn học bất kỳ không phải lúc nào cũng đảm bảo được sự có mặt đầy đủ của các tư duy thành phần này, mà phụ thuộc vào nội dung kiến thức đó tạo điều kiện và cơ hội hình thành và phát triển nên những tư duy thành phần nào cho sinh viên Từ đó, giáo viên sẽ đưa ra những phương pháp dạy học và kỹ thuật dạy học phù hợp theo từng nội dung trong bài học đó, góp phần hình thành và phát triển tư duy điện

toán cho SV

• Mục đích biện pháp 1:

- Khai thác, lựa chọn để xây dựng hệ thống nội dung chứa đựng cơ hội rèn