CƠ sở lý LUẬN và THỰC TIỄN tư DUY KHOA học máy TÍNH và PHÁT TRIỂN tư DUY KHOA học máy TÍNH ở TRUNG học cơ sở

Cơ sở lý luậnĐể làm rõ quan điểm của luận văn về Tư duy Khoa học máy tính và vai trò của Tư duy Khoa học máy tính trong chương trình mới của phổ thông giai đoạn sau 2018, chương này trìn

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN TƯ DUY KHOA HỌC MÁY TÍNH VÀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY KHOA

HỌC MÁY TÍNH Ở TRUNG HỌC CƠ SỞ

Cơ sở lý luận

Để làm rõ quan điểm của luận văn về Tư duy Khoa học máy tính và vai trò của Tư duy Khoa học máy tính trong chương trình mới của phổ thông (giai đoạn sau 2018), chương này trình bày tóm tắt kết quả tìm hiểu các nghiên cứu

về Tư duy Khoa học máy tính ở một số nước trên thế giới và những điểm mới trong chương trình giáo dục mới của Việt Nam

Chương trình giáo dục Tin học ở một số nước trên thế giới

-Tư duy Khoa học máy tính trong chương trình giáo dục Tin học ở một số nước

Tin học trong các chương trình giáo dục phổ thông từlâu đã được xem như sự hòa trộn của ba mạch kiến thức: ICT(Information and Communication Technology), CS(Computer Science) và DL (Digital Literacy) Ba mạch kiếnthức này không tách rời nhau và giữa chúng không có ranhgiới rõ ràng Cách đây khoảng hai thập kỷ khi CNTT pháttriển mạnh mẽ, nhiều nước trên thế giới đã đưa Tin học vào

chương trình giáo dục phổ thông Trong những năm 1980,khoa học máy tính có sẵn trong các trường học ở Vương QuốcAnh với tên gọi Computer Studies bao gồm phần cứng, logic,nhị phân, lập trình và các khía cạnh khác nhau của máy tính[Doyle 1988][6] Tại Việt Nam, vào ngày 30/11/2005, BộGD&ĐT đã có văn bản 11049/BGD&ĐTTrH chỉ đạo, kể từnăm học 2006-2007, Tin học là môn học được dạy chính thứctrên phạm vi toàn quốc ở cấp trung học phổ thông với thờilượng tương ứng số tiết/tuần là 2:1,5:1,5 cho 3 khối lớp 10,

11, 12, còn đối với cấp trung học cơ sở và tiểu học vẫn là mônhọc tự chọn Tại thời điểm đó mục tiêu và nội dung giáo dụcđều hướng về mạch kiến thức ICT hơn cả, tức là quan tâmhơn về sử dụng máy tính, khai thác các ứng dụng của CNTT,hướng tới việc sử dụng thiết bị và phần mềm ứng dụng Chođến gần thập kỷ nay, xu hướng giáo dục Tin học trên thế giới

có sự chuyển biến rõ rệt, đó là chú trọng và gia tăng mạchkiến thức CS thay vì chú trọng mạch kiến thức ICT như trướcđây, không chỉ vậy còn có thể dạy mạch kiến thức CS này chotrẻ em từ lứa tuổi nhỏ hơn Đi theo xu hướng trên phải kể đếnmột số nước điển hình đó là: Anh, Mỹ, Úc, Dưới đây là một

vài ví dụ cụ thể về chương trình giáo dục Tin học của một sốnước kể trên:

Anh

Anh là nước có nền giáo dục với truyền thống lâu đời vànền khoa học công nghệ phát triền hàng đầu Châu Âu.Khoảng hai thập kỷ trước, chương trình giáo dục của Anh chútrọng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT), nhấn mạnhviệc sử dụng các phần mềm ứng dụng và các ứng dụng củacông nghệ mà không quan tâm nhiều tới yếu tố Tư duy Khoahọc máy tính (TDKHMT) Thêm vào đó, đầu những năm

2000 trình độ nghề nghiệp liên quan tới ICT gia tăng lớntrong khi thiếu lựa chọn cho những học sinh thích và muốnhọc CS Tuy nhiên, xu hướng giáo dục trên có sự đảo ngược

kể từ khi tổ chức Computing At School (CAS) được thành lậpvào năm 2008 nhằm quảng bá nền giáo dục CS tại Anh và hỗtrợ các giáo viên CS, CAS đã có một tác động đáng kể đếnviệc xây dựng một chương trình giảng dạy mới Trong bàithuyết trình của mình, Eric Schmidt - Chủ tịch điều hành củaGoogle, đề cập tới việc thiếu giáo dục CS tại các trường học ởAnh: "Chúng ta cần nhấn mạnh niềm đam mê của trẻ đối vớikhoa học, kỹ thuật và toán học Tôi đã sửng sốt khi biết rằng

khoa học máy tính ngày nay thậm chí không được giảng dạynhư là tiêu chuẩn trong các trường học ở Anh Chương trìnhCNTT của bạn tập trung vào việc giảng dạy cách sử dụngphần mềm, nhưng không cho biết cách mà nó được làm ranhư thế nào Đó chỉ là ném đi di sản tính toán tuyệt vời củabạn” [13] Giáo dục Anh đã đưa ra mục tiêu năm 2015 có

1000 trường học cung cấp mạch tri thức CS Trong chươngtrình giáo dục của Anh, môn CS được giới thiệu cho học sinhtiểu học và trung học cơ sở, với học sinh từ 5 tuổi tới 16 tuổi

Cơ cấu tổ chức dạy học dựa trên kết quả đầu ra với cácmức và các chuẩn của giáo dục Anh được minh họa dưới đây[7]:

- Cơ cấu tổ chức dạy học dựa trên kết quả đầu ra của

giáo dục Anh

Những năm đầu tiên (trước tiểu học), tiểu học và giaiđoạn 2: Chương trình giảng dạy bao gồm các yếu tố khoa họcmáy tính mặc dù các bài học ít và rời rạc hơn các môn họckhoa học khác

Giai đoạn then chốt 3: Khoa học máy tính vẫn là mộtphần của chương trình học tập Tuy mức độ hình thành khoa

học máy tính trong mỗi chủ để riêng khi bắt đầu giai đoạn 3 ởmỗi trường có thể khác nau nhưng cần phải chỉ ra trong giaiđoạn này cho phép học sinh có thể đưa ra các lựa chọn chogiai đoạn 4.

Giai đoạn chính 4: Ở giai đoạn này, môn Khoa học máytính được tách ra thành môn học riêng biệt Học sinh được tự

do lựa chọn học CS hoặc ICT

CS là môn học cốt lõi Việc giới thiệu các khái niệm cơ bảncủa CS đã được bắt đầu từ cấp tiểu học Trong đó khuyến

khích các trường có các chuyên đề bổ sung về CS để nhữnghọc sinh yêu thích CS có thể được học sâu hơn.

Xác định được tầm quan trọng của CS, nền giáo dụcnước Mỹ tổ chức dạy học dựa trên sơ đồ gồm các mức đượcminh họa dưới đây: [8]

Chương trình ACM (Association for ComputingMachinery) năm 2003 đưa ra mô hình đào tạo CS với trọngtâm là các khái niệm cơ bản của máy tính với các mục tiêuchung sau: (xem trang 11,[14])

- Chương trình giảng dạy nên chuẩn bị cho học sinh hiểubản chất của khoa học máy tính và vị trí của nó trong thế giớihiện đại

- Học sinh nên hiểu rằng khoa học máy tính đóng gópcác nguyên tắc và kĩ năng

- Học sinh có thể sử dụng các kĩ năng về khoa học máytính (đặc biệt là thuật toán/tính toán) trong các hoạt động giảiquyết vấn đề ở các môn học khác

- Chương trình giảng dạy khoa học máy tính nên bổ sung

IT và các chương trình giảng dạy khoa học máy tính tiên tiến

Mức II - Dành cho học sinh lớp 9 hoặc 10 và giới thiệucho học sinh hiểu biết về các nguyên tắc, phương pháp và ứngdụng của khoa học máy tính trong thế giới hiện đại

Mức III - Khuyến khích cho học sinh lớp 10 hoặc 11 Ởcấp độ này học sinh xây dựng kiến thức của mình về cácnguyên tắc toán học, giải quyết vấn đề thuật toán và lập trình,thiết kế phần mềm và phần cứng, mạng và các tác động xã hộicủa máy tính

Mức IV - Mức này được thiết kế cho lớp 11 hoặc 12 Ởtrình độ này, học sinh có thể chọn một chuyên ngành khoahọc máy tính để nghiên cứu chuyên sâu.

c) Úc

Úc là đất nước có quan hệ hợp tác nhiều mặt về giáo dụcvới Việt Nam, chương trình giáo dục của Úc tiếp cận theonăng lực một cách tường minh Trong đó năng lực ICT là mộttrong tám năng lực quan trọng và được quan tâm Năng lựcICT đạt được thông qua các môn học như công nghệ số vàmột số môn có cơ hội hình thành năng lực ICT như TiếngAnh, Toán, Khoa học, Lịch Sử, Học sinh phát triển năng lựctrong việc sử dụng công nghệ thông tin cho các nhiệm vụ liênquan đến truy cập thông tin và quản lý, tạo lập thông tin vàtrình bày, giải quyết vấn đề, ra quyết định, giao tiếp, thể hiệnsáng tạo, và lý luận thực nghiệm Điều này bao gồm nghiêncứu, tạo ra sản phẩm thông tin đa phương tiện, phân tích dữliệu, thiết kế các giải pháp cho các vấn đề, kiểm soát quy trình

và các thiết bị, hỗ trợ tính toán trong khi làm việc độc lập vàkhi phối hợp với những người khác

Sơ đồ cấu trúc các hợp phần tạo nên năng lực sử dụngCNTT (ICT) [15]:

Các hợp phần tạo nên năng lực ICT: gồm 5 hợp phần:

Áp dụng các chuẩn mực đạo đức trong thực tiễn xã hộikhi sử dụng ICT gồm các tiêu chí như: Nhận biết sở hữu trithức; áp dụng biện pháp bảo mật thông tin số; áp dụng cácgiao thức bảo mật cá nhân; xác định những tác động của côngnghệ thông tin trong xã hội

Khảo sát với ICT gồm các tiêu chí sau: Xác định và lập

kế hoạch tìm kiếm thông tin; xác định, tạo, truy cập dữ liệu và

thông tin; chọn lựa, đánh giá dữ liệu và thông tin

Sáng tạo với ICT gồm các tiêu chí sau: Tạo ra ý tưởng,

kế hoạch và quy trình; tạo các giải pháp cho những thách thức

và các nhiệm vụ lĩnh vực học tập

Giao tiếp với ICT gồm các tiêu chí sau: Hợp tác, chia sẻ

và trao đổi; hiểu rõ máy tính truyền thông gián tiếp

Quản lý và điều hành ICT gồm các tiêu chí sau: Chọn và

sử dụng phần cứng, phần mềm; hiểu rõ các hệ thống côngnghệ thông tin; quản lý dữ liệu kỹ thuật số

Trong chương trình học của Úc: Môn công nghệ đượcchia thành 2 môn có quan hệ với nhau: Môn Thiết kế và Côngnghệ và môn Công nghệ số:

Môn Thiết kế và Công nghệ: Học sinh sử dụng tư duythiết kế và công nghệ để tạo và trình bày các giải pháp đượcthiết kế phục vụ các nhu cầu và cơ hội đúng đắn

Với môn Công nghệ Số: Học sinh sử dụng các hệ thốngthông tin và Tư duy Khoa học máy tính để xác định, thiết kế

và triển khai các giải pháp kỹ thuật số

Học sinh sẽ được học hai môn học trên từ lớp 1 tới lớp 8.Cho đến năm lớp 9 và lớp 10, học sinh tiếp có tiếp tục họcmôn Công nghệ hay không sẽ phụ thuộc vào nhà trường lựachọn trong chương trình địa phương Các chương trình địaphương này có thể bao gồm Thiết kế và Công nghệ và/hoặcCông nghệ số Chương trình giảng dạy cho mỗi môn nhưThiết kế và Công nghệ hay Công nghệ Số đều mô tả kiến thức, sự hiểu biết và kĩ năng riêng biệt của từng môn học

Cách tiếp cận này cho phép học sinh phát triển sự hiểu biếttoàn diện về công nghệ truyền thống, hiện đại và công nghệmới Nó cũng cung cấp sự linh hoạt - đặc biệt là trong nhữngnăm đầu tiên của việc học - để phát triển các chương trìnhgiảng dạy tích hợp tập trung vào cả hai môn Công nghệ và cáclĩnh vực học tập khác Hình dưới dây cho thấy mối quan hệgiữa ý tưởng tổng quát, ý tưởng chính và các học phần trongphạm vi học tập của môn Công nghệ:

- Mối quan hệ giữa các ý tưởng tổng quát, ý tưởng chính và các học phần của môn Công nghệ ở Úc

Cả hai môn học Thiết kế và Công nghệ và môn Côngnghệ số đều cung cấp cơ hội cho học sinh để tạo ra giải pháp,

phát triển một số kĩ năng tư duy bao gồm: Tư duy hệ thống,

Tư duy thiết kế và Tư duy Khoa học máy tính Tìm hiểu cáchquản lý dự án và xem xét các giải pháp được tạo ra bây giờ sẽđược sử dụng trong tương lai như thế nào Trong chương trìnhgiáo dục của Úc: môn Công nghệ số bao gồm hai mắt xích:kiến thức và hiểu biết về Công nghệ Số, bao gồm các hệthống và sự biểu diễn dữ liệu Quy trình Công nghệ số và kĩnăng sản xuất là các kĩ năng cần thiết để tạo ra các giải pháp

kỹ thuật số Theo chương trình giáo dục của Úc, Tư duy Khoahọc máy tính là một phương pháp giải quyết vấn đề có liênquan đến các kỹ thuật và chiến lược khác nhau có thể đượcthực hiện bởi các hệ thống kỹ thuật số Các kỹ thuật và chiếnlược có thể bao gồm việc tổ chức dữ liệu một cách hợp lýlogic, chia nhỏ các vấn đề thành nhiều phần, xác định các kháiniệm trừu tượng, thiết kế và sử dụng các thuật toán, mẫu vàcác mô hình

d) Singapore

Singapore là một quốc gia nhỏ bé về diện tích, tuy nhiên

hệ thống giáo dục của Singapore lại phát triển đứng đầu Châu

Á và hàng bậc nhất thế giới Dưới đây là bảng chỉ số chấtlượng giáo dục của các nước Châu Á:

- Chỉ số chất lượng giáo dục của các nước Châu Á *

TT Tên nước

Chỉ số tổng hợp (về chất lượng giáo dục và nguồn nhân lực)

Sự thành thạo

về tiếng Anh

Sự thành thạo về Công nghệ cao

Bảng số liệu trên cho thấy Singapore là nước có chỉ số

về sự thành tạo tiếng anh và sử dụng công nghệ cao đứng đầuChâu Á, qua đó cho thấy giáo nền dục của Singapore pháttriển mạnh mẽ

Giáo dục Singapore hướng tới đào tạo ra những thế hệhọc sinh sinh viên của thế kỷ 21 với khung năng lực [16]:

- Khung năng lực của học sinh sinh viên thế kỷ 21 của

giáo dục Singapore

Vòng tròn ngoài cùng: là năng lực thế kỷ 21 mới nổi,trong đó có năng lực giao tiếp, hợp tác và kĩ năng CNTT.Điều quan trọng học sinh cần biết những câu hỏi nào để hỏi,làm thế nào để sàng lọc và khai thác thông tin phù hợp và hữuích Đồng thời, học sinh cần phải sáng suốt để có thể tự bảo

vệ mình khỏi những tổn hại trong khi đang thực hiện hành viđạo đức trong không gian mạng Môi trường làm việc thế kỷ

21 đòi hỏi học sinh có thể làm việc cùng nhau một cách tôntrọng để chia sẻ trách nhiệm và cùng nhau đưa ra quyết định

để đáp ứng mục tiêu của nhóm Quan trọng hơn, học sinh sẽ

có thể truyền đạt ý tưởng của họ rõ ràng và hiệu quả

Ví dụ về một chương trình học của học sinh cấp trung học

cơ sở của Singapore [17]:

- Chương trình học của học sinh cấp trung học cơ sở ở

Singapore

Trong khóa học thông thường, Học sinh được cung cấp5-7 môn học trong kỳ thi GCE (General Certificate ofEducation) cấp độ N Chương trình giảng dạy này chuẩn bịcho giáo dục dạy nghề kỹ thuật tại Học viện Giáo dục Kỹ

thuật Chương trình giảng dạy này nhằm mục đích tăng cườngkhả năng tiếng Anh và Toán của học sinh Học sinh học tiếngAnh, Toán, Tiếng mẹ đẻ và Ứng dụng máy tính như nhữngmôn bắt buộc

Theo Singapore New Centre: Singapore có tầm nhìn trởthành quốc gia thông minh đầu tiên trên thế giới, nhận thấytầm quan trọng và nhu cầu khẩn cấp của việc phát triển Tưduy Khoa học máy tính như một năng lực quốc gia, và tậptrung khai thác các công nghệ mới để giải quyết mọi vấn đề

Tư duy Khoa học máy tính hình thành ngay cả khi không cócông nghệ, giáo dục Singapore hướng tới hình thành và sửdụng Tư duy Khoa học máy tính trong mọi lĩnh vực

sự khác nhau giữa sử dụng máy tính và lập trình máy tính.Tuy nhiên, năm 2012 đã đánh dấu mốc quan trọng khi Khoahọc máy tính là chủ đề nhận được nhiều sự quan tâm của các

tổ chức, hiệp hội khác nhau và Bộ Giáo dục Vương quốc Anh

đã công bố việc đưa lại việc giảng dạy khoa học máy tính vàocác trường học ở Anh Vào tháng 1 năm 2012, Michael Gove,đại diện chính phủ cấp cao của Anh tuyên bố giá trị của việc

giáo dục Khoa học máy tính cho học sinh: “Chúng tôi khuyến

khích các khóa học về khoa học máy tính Các khóa học vềkhoa học máy tính mới sẽ phản ánh những gì bạn biết: Khoahọc Máy tính là một chủ đề nghiêm túc, hấp dẫn và có tính trítuệ Khoa học Máy tính đòi hỏi phải có nền tảng vững chắctrong logic và lý thuyết tập hợp, và kết hợp với các lĩnh vựckhoa học khác vào các đối tượng nghiên cứu mới như sinhhọc tính toán Mặc dù các công nghệ thay đổi từng ngày,nhưng chúng vẫn được giữ vững bởi các khái niệm và nguyêntắc nền tảng đã tồn tại hàng thập kỷ Nhiều học sinh sau khirời khỏi trường và bước vào nơi làm việc - rất lâu sau khinhững công nghệ mà họ sử dụng ở trường đã lỗi thời - nhữngnguyên tắc học được trong khoa học máy tính sẽ vẫn đúng”(xem trang 7,[9])

Khoa học máy tính và công nghệ đang trở thành mộtphần không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hiệnđại Phát triển và duy trì các ngành công nghiệp công nghệcao đang tồn tại và những đổi mới khoa học và công nghệtrong tương lai là hai trọng tâm của nền kinh tế toàn cầu, tạo

ra nhu cầu rất lớn về lực lượng lao động có liên quan đến CS

và công nghệ thông tin Những quốc gia không thể đáp ứngnhu cầu này sẽ phải đối mặt với nguy cơ làm ảnh hưởng đếntăng trưởng kinh tế của nước họ Việc ý thức ngày càng rõ néthơn rằng CS đem lại cả lợi ích giáo dục cụ thể là tư duy và kĩnăng giải quyết vấn đề, hiểu thế giới công nghệ số lẫn lợi íchkinh tế (các công ty đấu tranh để tuyển nguồn nhân lực đượcđào tạo tốt về CS) Xu hướng gia tăng mạch CS trong giáodục Tin học dần trở thành xu hướng chung của thế giới Cácnhà giáo dục Anh muốn thế hệ trẻ cũng như học sinh của họđược giáo dục không chỉ trong ứng dụng và sử dụng côngnghệ kỹ thuật số mà còn cả cách hoạt động, các nguyên tắc cơbản của các hệ thống, họ cho rằng giáo dục CS sẽ giúp chonguồn nhân lực của học có khả năng đối mặt với công nghệphức tạp hay thiết kế được những hệ thống kỹ thuật số mới