skkn dạy học STEM thông qua điều khiển robot để dạy một số cấu trúc lập trình trong môn tin học(1)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH TRUNG TÂM GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN,TIN HỌC VÀ NGOẠI NGỮ SÁNG KIẾN DẠY HỌC STEM THÔNG QUA ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐỂ DẠY MỘT SỐ CẤU TRÚC LẬP TRÌNH TRONG MÔN TIN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH TRUNG TÂM GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN,TIN HỌC VÀ NGOẠI NGỮ

SÁNG KIẾN DẠY HỌC STEM THÔNG QUA ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐỂ DẠY MỘT SỐ

CẤU TRÚC LẬP TRÌNH TRONG MÔN TIN HỌC

* Nhóm tác giả của sáng kiến:

1 Lê Kiên Trung, Phó Giám đốc Trung tâm GDTX, TH&NN;

2 Đồng Thị Thủy Trung, Trưởng phòng GDCN-TX, Sở GD&ĐT

2 Vũ Văn Cường, Phó TP CNTT&TT, Trung tâm GDTX, TH&NN;

3 Trần Văn Hải, Giáo viên Trung tâm GDTX, TH&NN.

Đơn vị: Trung tâm Giáo dục thường xuyên, Tin học và Ngoại ngữ

Ninh Bình, tháng 5 năm 2020

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến:

“Dạy học STEM thông qua điều khiển Robot để dạy một số cấu trúc

lập trình trong môn Tin học”

Đồng tác giả:

1 Lê Kiên Trung, Phó Giám đốc Trung tâm GDTX,TH&NN;

2 Đồng Thị Thủy Trung, Trưởng Phòng GDCN-TX, Sở GD&ĐT;

3.Vũ Văn Cường, Phó TP CNTT&TT, Trung tâm GDTX,TH&NN;

4 Trần Văn Hải, Giáo viên Trung tâm GDTX,TH&NN.

Đơn vị: Trung tâm Giáo dục thường xuyên, Tin học - Ngoại ngữ.

Ninh Bình, tháng 5 năm 2020

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi: Hội đồng sáng kiến cấp ngành Giáo dục Đào tạo Ninh Bình

Chúng tôi ghi tên dưới đây:

ST

T Họ tên

Ngày sinh

Nơi công tác Chức vụ

Trình độ chuyên môn

Tỷ lệ (%) đóng góp vào việc tạo ra sáng kiến

1 Lê Kiên Trung 1979 TT GDTX,TH&NN P Giám đốc Thạc sỹ 25%

2 Đồng Thị Thủy Trung 1968 GD&ĐTSở TrưởngPhòng Thạc sỹ 25%

TH&NN

PTPCNTT&TT

4 Trần Văn Hải 1989 TT GDTX,TH&NN Giáo viên Thạc sỹ 25%

1 Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng:

- Tên sáng kiến: “Dạy học STEM thông qua điều khiển robot để dạy một số cấu trúc

lập trình trong môn Tin học”

- Lĩnh vực áp dụng: Tiếp cận công nghệ 4.0, giảng dạy bộ môn tin học ở các cấp họcTiểu học, THCS, THPT; bồi dưỡng, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi tin học, hướng dẫn họcsinh trong các cuộc thi Tin học trẻ, cuộc thi sáng tạo Thanh thiếu niên nhi đồng

2 Nội dung sáng kiến

a) Giải pháp cũ thường làm

- Về công cụ, phương tiện thực hiện:

+ Việc dạy lập trình theo cách truyền thống thông thường chỉ cung cấp cho học sinh cáckiến thức thuần túy về lập trình nhằm phát huy tư duy về logic, tuần tự, các cấu trúc điều khiển

và các thuật toán Vì vậy công cụ và phương tiện dạy học thông thường là tài liệu, bảng, phấn,máy chiếu truyền thống Ngoài ra để phục vụ phần thực hành thì các em được học lập trình trênmáy tính sử dụng ngôn ngữ lập trình Pascal hoặc C để thực hiện dạy học Sản phẩm của việchọc lập trình thường là các chương trình giải quyết một số bài toán cụ thể nặng về thuật toán

- Về phương pháp dạy học:

+ Ở một số trường còn khó khăn về cơ sở vật chất, thiết bị dạy học như máy tính, máychiếu các thầy cô chủ yếu dạy các em học lập trình thông qua sách giáo khoa, tài liệu và bảngphấn vì vậy nên phương pháp truyền đạt vẫn còn mang tính chất hàn lâm, lý thuyết là chính

+ Tại một số trường có điều kiện hơn về cơ sở vật chất thì các thày cô đã vận dụng máychiếu để trình chiếu và dạy học để tăng tính trực quan hơn Học trò đã được học lập trình thôngqua các phần mềm được cài trên máy tính thông qua đó các em có trải nghiệm thực tế về côngviệc lập trình cũng như hiểu hơn về cách giao tiếp, làm việc và điều khiển máy tính

- Sản phẩm dạy học:

Sản phẩm của việc học lập trình thường là dừng lại ở các đoạn code để giải quyết một sốbài toán cụ thể trong sách giáo khoa hoặc cao hơn là các bài tập ôn, luyện thi Tin học trẻ khôngchuyên hoặc thi chuyên

b) Giải pháp mới cải tiến

Dạy học Stem: Thuật ngữ STEM là chữ viết tắt bằng tiếng Anh dùng để chỉ các ngành

học về Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán)” Như vậy có thể hiểu khi người học theo phương pháp giáo dục này thì học sinh sẽ

được tiếp cận các kiến thức tổng hợp từ các lĩnh vực khác nhau

Stem là xu hướng dạy học mà ở đó các yếu tố về khoa hoc, công nghệ, kĩ thuật, toán họcđược xem trọng Hợp với xu thế của thời đại hiện nay và tương lai, đáp ứng kì vọng đào tạo ranhững con người đáp ứng tốt yêu cầu của thời đại mới, cuộc sống kỉ nguyên công nghệ 4.0

Khi dạy học Stem đòi hỏi các kiến thức cần có sự tổng hợp (liên môn)

Dạy học Stem tạo cơ hội và điều kiện cho cả thày và trò có được môi trường giáo dụcgắn liền và sát thực nhất với thực tế Từ đó tăng tính háo hức, tò mò và hứng thù của học trò

Năm 2011, Công ty Cổ phần DTT Eduspec (DTTE) hợp tác liên doanh với Tập đoànEduspec Holdings Berhad (EHB), Malaysia được thành lập và trở thành đơn vị triển khai giáodục STEM đầu tiên tại Việt Nam, hoạt động theo hình thức Hợp tác Công tư (PPP) Là đơn vịluôn đi đầu, nghiên cứu về giáo dục Stem nhất là ứng dụng lập trình điều khiển robot Hàngnăm đơn vị này tổ chức và tham gia rất nhiều các cuộc thi liên quan đến điều khiển robot tạiViệt Nam và thế giới với các thành tích cao Bên cạnh đó họ còn cung cấp các khóa học lập

Ngoài ra, phong trào dạy học lập trình điều khiển robot rất phát triển tại các thành phốlớn như thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội đã thu hút được lượng lớn sự quan tâm và tham giacủa học sinh cũng như phụ huynh học sinh.

Nhóm tác giả nhận thấy khi học lập trình điều khiển robot học sinh sẽ nhận được nhiềulợi ích như sau:

+ Sản phẩm của lập trình không chỉ dừng lại ở các chương trình bản mềm, nó còn có tácdụng thực tế là điều khiển robot thực hiện các công việc, bài toán khác nhau Từ đó sản phẩmlập trình sẽ gắn với thực tế và có tính trực quan rất cao Từ đó lôi cuấn, thu hút được sự quantâm, hứng thú trong việc học lập trình của học sinh

+ Khi làm việc với Robot, các em sẽ được tiếp cận với các kiến thức, hiểu biết về phầncứng (điện, điện tử, động cơ), được tiếp cận các công nghệ mới (cảm biến ánh sáng, cảm biến

âm thanh, tự động dò đường, led), Wifi, Bluetooth Các công nghệ này hiện nay đang pháttriển và phổ dụng trong cuộc sống, cách mạng 4.0

+ Các em biết kết hợp các kiến thức từ các ngành học khác nhau gồm Khoa học, Toánhọc, Công nghệ, Kĩ thuật qua việc tư duy tìm thuật toán để giải quyết bài toán đặt ra, lắp ráp,cài đặt robot, điều khiển và làm chủ các công nghệ trên robot, xây dựng, tính toán tạo sân khấu

để kiểm thử Vì vậy nên việc dạy học lập trình thông qua điều khiển robot thực sự là cần thiết

Thông qua việc học lập trình robot, học sinh được trang bị các kỹ năng cần có của thế kỷ

21 (làm việc nhóm, tư duy điện toán, tư duy phản biện…) Đi kèm với robot là 12 bài học miễnphí với nhiều kiến thức và kỹ năng như:

+ Lập trình Robot: Robot là một chiếc xe điện tự lái hoàn chỉnh, học sinh có thể lậptrình các bài toán kinh điển trong lĩnh vực robot như: tránh vật cản, đi theo vạch, robot tự hành,điều khiển qua điện thoại.…

+ Nhận biết linh kiện điện tử cơ bản: Robot được trang bị sẵn các linh kiện điện tử cơbản (điện trở, còi, led, cảm biến…) giúp học sinh nhận biết được các linh kiện điện tử cơ bản

+ Sáng tạo robot: Bo mạch của robot tương thích với chuẩn Arduino giúp robot có thể

mở rộng tính năng điều khiển bằng cách gắn thêm tất cả các mô-đun vốn rất phong phú củaArduino (GPS, Mp3, LED 7 thanh, LCD, Smart Home, Data Science, Sensor…); Khung robotđược đặt sẵn các phần ghép nối để gắn thêm Tay gắp, Súng bắn bóng, Máy bắn đá… giúp robot

có thể thực hiện được nhiều nhiệm vụ cụ thể, thỏa sức cho học sinh sáng tạo

3 Hiệu quả kinh tế, xã hội dự kiến đạt được

Trung tâm GDTX, Tin học và Ngoại ngữ là cơ quan tham mưu cho ngành GD&ĐT tiênphong trong việc ứng dụng CNTT vào việc quản lý, điều hành các hoạt động quản lý, đổi mớitrong công tác dạy học và đổi mới trong việc xây dựng, biên tập các tài liệu học tập đáp ứngyêu cầu của người học

Sau hơn một năm thử nghiệm dạy học STEM thông qua điều khiển robot để dạy, chúngtôi xin được đánh giá hiệu quả của phương pháp dạy học mới như sau:

a) Hiệu quả xã hội

- Tài liệu có sức lan tỏa lớn đối với xã hội, đặc biệt là lứa tuổi học sinh tiểu học, THCS,THPT Khơi dậy cho các em niềm đam mê tin học ngay từ nhỏ, phương pháp dạy học STEMthông qua điều khiển robot giúp các em học sinh vừa có thể tiếp xúc với các khái niệm cơ bảncủa lập trình tạo nền tảng cho việc học các ngôn ngữ lập trình khác, vừa có thể thực hành ngaytại chỗ với những ý tưởng của bản thân giúp phát triển khả năng sáng tạo và tư duy giải quyếtvấn đề

- Phương pháp dạy học STEM thông qua điều khiển robot giúp cho học sinh và phụhuynh hệ thống hóa kiến thức một cách khoa học, logic; giúp người học không ngừng tìm tòiđam mê, phát huy tính sáng tạo của người học khi lần đầu tiên tiếp cận với thế giới lập trình môphỏng

b) Hiệu quả kinh tế

Đến nay Trung tâm đã tổ chức 4 lớp dạy học lập trình thông qua robot cho học sinh trênđịa bàn thành phố Ninh Bình có niềm đam mê về lập trình; hỗ trợ, bồi dưỡng cho học sinh tiểuhọc, THCS ở các huyện Gia Viễn, Yên Khánh, Hoa Lư tham gia cuộc thi Tin học trẻ khôngchuyên tỉnh Ninh Bình

Dự kiến mỗi năm trung tâm đào tạo, bồi dưỡng 5 lớp dạy học STEM thông qua điềukhiển robot, mỗi lớp 12.000.000 đồng

12.000.000 x 5 = 60.000.000 đồng

Như vậy mỗi năm thu về cho Trung tâm 60.000.000 đồng kinh phí đào tạo các lớp dạy

học STEM thông qua điều khiển robot.

4 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến

b) Khả năng áp dụng

- Đối với Trung tâm Tin học – Ngoại ngữ và Hướng Nghiệp: Dạy cho học sinh Tiểu học,

THCS, THPT đam mê lập trình, bồi dưỡng, đào tạo những học sinh tham gia các cuộc thi Tinhọc trẻ, cuộc thi sáng tạo Thanh thiếu niên nhi đồng các cấp

- Đối với các trường Tiểu học, THCS, THPT: có thể sử dụng phương pháp dạy học

thông qua Robot để hướng dẫn lập trình cho học sinh, khuyến khích các em khám phá thế giớilập trình nhằm khơi dậy niềm đam mê, phát huy tính sáng tạo của học sinh trong lĩnh vực Côngnghệ thông tin

c) Danh sách những người đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu

T

T Họ và tên

Năm sinh Nơi công tác Chức vụ

Trình độ chuyên môn

Nội dung công việc hỗ trợ

1 Lê Kiên Trung 1979 TT GDTX,TH&NN Phó GĐ Thạc sỹ xây dựng kế hoạchPhụ trách chung,

2 Vũ Văn Cường 1985 TT GDTX,TH&NN trưởngPhó

phòng Thạc sỹ

Xây dựng chươngtrình, giảng dạy

3 Trần Văn Hải 1989 TT GDTX,TH&NN Giáo viên Thạc sỹ Xây dựng chươngtrình, giảng dạy

4 Nguyễn Thu Hương 1990 THPT chuyên

Lương Văn Tụy Giáo viên Thạc sỹ Xây dựng chương

T Họ và tên Năm sinh Nơi công tác Chức vụ

Trình độ chuyên môn

Nội dung công việc hỗ trợ

trình, giảng dạy

5 Nguyễn Thị Hằng 1983 Lương Văn TụyTHPT chuyên Giáo viên Thạc sỹ Giảng dạy

Chúng tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật và hoàntoàn chịu trách nhiệm trước pháp luật./

Ninh Bình, ngày 12 tháng 5 năm 2020

XÁC NHẬN CỦA LÃNH ĐẠO ĐƠN VỊ ĐẠI DIỆN NHÓM TÁC GIẢ

Vũ Văn Cường

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH TRUNG TÂM GDTX, TIN HỌC VÀ NGOẠI NGỮ

DẠY HỌC STEM THÔNG QUA ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐỂ DẠY

MỘT SỐ CẤU TRÚC LẬP TRÌNH MÔN TIN HỌC

* Nhóm tác giả của sáng kiến:

1 Lê Kiên Trung, Phó Giám đốc Trung tâm;

2 Đồng Thị Thủy Trung, Trưởng phòng GDCN-TX, Sở GD&ĐT;

3 Vũ Văn Cường, Phó Trưởng phòng CNTT&TT;

4 Trần Văn Hải, Giáo viên phòng CNTT&TT.

Đơn vị: Trung tâm GDTX, Tin học và Ngoại ngữ

Ninh Bình, tháng 5 năm 2020

Technology Math Knowledge

the STEM cycle

Theo Wikipedia “Thuật ngữ STEM là chữ viết tắt bằng tiếng Anh dùng để chỉ các ngành

học về Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán)” Như vậy có thể hiểu khi người học theo phương pháp giáo dục này thì học sinh sẽ

được tiếp cận các kiến thức tổng hợp từ các lĩnh vực khác nhau

Trong tài liệu tập huấn “Xây dựng và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM” của Vụ

Giáo dục trung học cũng đã đưa ra khái niệm về STEM “là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM” [6].

2 Giáo dục Stem

Bàn về giáo dục Stem trong trường trung học, Vụ trung học, Bộ Giáo dục và Đào tạo

cũng đã chỉ ra “Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn

đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật, trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của giáo viên; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế Thông qua quá trình học tập đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực” [6 ]

Theo PGS.TS Lê Huy Hoàng, thành viên Ban Phát triển CT GDPT Tổng thể, Chủ biên

CT môn Công nghệ cho biết”

“Ở cấp độ chương trình giáo dục phổ thông, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học Trong dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua các biểu hiện: Chương trình giáo dục phổ thông mới có đầy đủ các môn học STEM Đó là các môn Toán học; Khoa học tự nhiên; Công nghệ; Tin học” [8]

Từ các góc nhìn khác nhau đó chúng ta có thể nhận ra sự phù hợp và cần thiết để đẩymạnh giáo dục Stem vào trong giáo dục trong đó có thể hiện rõ tính phù hợp với giáo dục, vớicác môn học trong đó có môn Tin học bởi các lý do:

Đối với môn Tin học nói riêng theo PGS TS Hồ Cẩm Hà “Nhiều năm qua, chương

trình môn Tin học gặp không ít bất cập trong quá trình triển khai do có một số quan niệm sai lầm như: Đồng nhất việc học Tin ở phổ thông với học sử dụng máy tính và phần mềm; chưa coi trọng mạch kiến thức Khoa học máy tính; tích hợp môn Tin học với môn Công nghệ” [5].

Cũng bàn về vấn đề này trong môn Tin học lập trình PGS.TS Hồ Sỹ Đàm cũng chỉ ra “Nội

dung thuật toán, cấu trúc dữ liệu và lập trình là thành phần cơ bản của Khoa học máy tính giúp hình thành và phát triển tư duy máy tính Chương trình năm 2018 đưa nội dung đó trải rộng trong cả 3 cấp học, chú trọng phương pháp dạy học tích cực, ở giai đoạn giáo dục cơ bản

sử dụng các ngôn ngữ lập trình trực quan, hiện đại, phù hợp với lứa tuổi, giúp học sinh tự làm

ra được sản phẩm số, gây hứng thú học tập và sáng tạo” [5]

Từ những điểm nêu trên, nhóm tác giả là cán bộ quản lý, giáo viên đang công tác tạiTrung tâm GDTX, Tin học và Ngoại ngữ tỉnh Ninh Bình đều là những người đã, đang hoạtđộng trong lĩnh vực Tin học luôn trăn trở suy nghĩ để tìm ra phương thức đào tạo môn Tin họcnói chung và lập trình nói riêng sao cho phù hợp với thời cuộc, phù hợp với chương trình giáodục phổ thông tổng thể mới để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra Từ đó nhóm tác giả đã quyếtđịnh và đưa vào áp dụng giảng dạy lập trình thông qua việc sử dụng các ngôn ngữ lập trìnhmang tính trực quan như Scratch, mblock và dựa trên các phương tiện máy tính và robot

3 Những ưu, nhược điểm, tồn tại, hạn chế giải pháp cũ

Việc dạy lập trình Pascal đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản trong chương trình Tinhọc như cung cấp các kiến thức cơ bản về thuật toán, cấu trúc dữ liệu, vận dụng kiến thức đểgiải quyết một số bài toán đơn giản trên máy tính bằng lập trình Qua đó không thể phủ nhậnnhững ưu điển của bộ môn này đối với ngành Tin học Pascal là ngôn ngữ phổ biến, được đưavào lĩnh vực giảng dạy và học thuật bởi những điểm sau:

Pascal là ngôn ngữ định kiểu dữ liệu một cách mạnh mẽ, nó có thể giúp kiểm tra lỗi mộtcách rộng rãi, cung cấp một số loại dữ liệu như mảng, bản ghi, file và tập hợp Nó cũng cungcấp một loạt cấu trúc lập trình Ngoài ra còn hỗ trợ lập trình cấu trúc thông qua các chức năng

và thủ tục Hỗ trợ lập trình hướng đối tượng (OOP – Object oriented programming)

Ngôn ngữ lập trình Pascal dễ học, Pascal tạo ra các chương trình rõ ràng, hiệu quả vàđáng tin cậy, đồng thời có thể dịch chương trình Pascal trên các nền tảng máy tính khác nhau

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm kể trên, thì cũng không thể kể đến những nhượcđiểm nhất định mà bộ ngôn ngữ lập trình Pascal này đang gặp phải đó là:

Khai báo biến phải đặt ở đầu chương trình trong khi các ngôn ngữ lập trình khác có thểkhai báo ở các vị tri khác nhau Không phân biệt kí tự hoa, thường nên khó đặt tên biến, hệthống thư viện còn ít, kiểu liệt kê, bản ghi cũng lỗi thời vì bây giờ toàn dùng Database, hệthống hàm làm việc với hệ thống tập tin cũng kém hiệu quả Pascal làm việc yêu cầu khá phứctạp về hệ thống lệnh;

Không dùng Non- print Character, Regular Expression, do vậy khó ứng dụng viếtchương trình hiệu quả cao; Không chạy đa nền tảng, chỉ chạy trên nền Console của DOS hay