Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Đánh giá năng lực giải thuật của sinh viên Đại học Sư phạm ngành Công nghệ thông tin trong dạy học cấu trúc dữ liệu và giải thuật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:233

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục "Đánh giá năng lực giải thuật của sinh viên Đại học Sư phạm ngành Công nghệ thông tin trong dạy học cấu trúc dữ liệu và giải thuật" trình bày các nội dung chính sau: Cơ sở lý luận và thực tiễn về đánh năng lực Giải thuật của sinh viên ngành Công nghệ thông tin; Phương thức đánh giá năng lực Giải thuật trong quá trình dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật của SV Đại học Sư phạm ngành CNTT; Thử nghiệm phương thức đánh giá năng lực Giải thuật trong học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Đánh giá năng lực giải thuật của sinh viên Đại học Sư phạm ngành Công nghệ thông tin trong dạy học cấu trúc dữ liệu và giải thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM VŨ ĐỨC THÔNG ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI THUẬT CỦA SINH VIÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM VŨ ĐỨC THÔNG ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI THUẬT CỦA SINH VIÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT Chuyên ngành: Lí luận và Lịch sử giáo dục Mã số: 9.14.01.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Đào Thái Lai 2. TS. Trần Văn Hùng HÀ NỘI - 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Vũ Đức Thông
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án: “Đánh giá năng lực Giải thuật của sinh viên đại học sự phạm ngành công nghệ thông tin trong dạy học cấu trúc dữ liệu và giải thuật “, tôi xin trân trọng cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Quý thầy cô giáo, các nhà khoa học; sự giúp đỡ, động viên của bè, đồng nghiệp và người thân đã giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi tới tập thể cán bộ hướng dẫn là PGS.TS. Đào Thái Lai và TS. Trần Văn Hùng, lời cảm ơn sâu sắc vì những định hướng khoa học, sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, tận tâm trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam; Phòng Quản lý khoa học, Đào tạo và Hợp tác quốc tế, các Quý thầy cô, các nhà khoa học của Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam đã tận tâm giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Cao đẳng sư phạm Trung ương, Phòng Tổ chức cán bộ, Khoa Công nghệ thông tin - Giáo dục nghề nghiệp, đã tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án. Trân trọng gửi lời cảm ơn và tri ân tới Ban lãnh đạo, Quý thầy cô khoa CNTT trường ĐHSP Hà nội, viện Công nghệ thông tin trường ĐHSP Hà Nội 2, Trường ĐHSP Huế hết sức giúp đỡ tôi trong quá trình khảo sát thực trạng và tổ chức thực nghiệm để hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các bạn trong lớp nghiên cứu sinh đã giúp đỡ, cổ vũ và động viên tôi rất nhiều trong quá trình làm luận án. Trong quá trình nghiên cứu luận án chắc chắn có những thiếu sót nhất định, tác giả luận án rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để tiếp tục hoàn thiện và nâng cao chất lượng vấn đề đã lựa chọn nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Vũ Đức Thông
iii MỤC LỤC 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 4 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu .............................................................. 4 4. Giả thuyết khoa học ...................................................................................... 5 5. Phạm vi, nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................... 5 5.1. Phạm vi nghiên cứu đề tài ...................................................................... 5 5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................. 5 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ................................................... 6 6.1. Cách tiếp cận .......................................................................................... 6 6.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 7 7. Đóng góp mới của luận án ............................................................................ 8 8. Luận điểm bảo vệ .......................................................................................... 8 9. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 8 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ ĐÁNH NĂNG LỰC GIẢI THUẬT CỦA SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN .................... 9 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu .................................................................... 9 1.1.1. Những nghiên cứu về năng lực giải thuật của sinh viên ngành Công nghệ thông tin ................................................................................................ 9 1.1.2. Những nghiên cứu về đánh giá năng lực Giải thuật của sinh viên ngành công nghệ thông tin .......................................................................... 19 1.1.3. Đánh giá chung về nghiên cứu tổng quan ......................................... 26 1.2. Những vấn đề lý luận liên quan đến năng lực giải thuật và đánh giá năng lực giải thuật .................................................................................................... 28 1.2.1. Lý thuyết vùng phát triển của Lev Vygotsky.................................... 28 1.2.2. Giáo dục phát triển và cách tiếp cận đánh giá sự phát triển ............. 28 1.2.3. Khái niệm, cấu trúc năng lực giải thuật ............................................ 29 1.2.4. Đường phát triển năng lực................................................................. 36 1.3. Những vấn đề lý luận về đánh giá năng lực Giải thuật ............................ 38 1.3.1. Mô hình Rasch và lý thuyết ứng đáp câu hỏi.................................... 38 1.3.2. Chuẩn đầu ra học phần cấu trúc dữ liệu và giải thuật của chương trình đào tạo ngành CNTT hệ Đại học Sư phạm......................................... 39 1.3.3. Phương thức đánh giá năng lực giải thuật......................................... 42
iv 1.4. Thực trạng đánh giá đánh giá năng lực năng lực giải thuật của sinh viên đại học sư phạm ngành CNTT hiện nay.......................................................... 47 1.4.1. Thiết kế khảo sát ............................................................................... 47 1.4.2. Kết quả khảo sát ................................................................................ 48 1.4.3. Những vấn đề đặt ra cần tiếp tục nghiên cứu .................................... 67 Kết luận chương 1 ........................................................................................... 67 Chương 2. PHƯƠNG THỨC ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI THUẬT TRONG QUÁ TRÌNH DẠY HỌC PHẦN CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT CỦA SINH VIÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÀNH CNTT ................................ 70 2.1. Nguyên tắc và quy trình xây dựng phương thức đánh giá năng lực giải thuật ................................................................................................................. 70 2.1.1. Nguyên tắc xây dựng phương thức đánh giá năng lực giải thuật ..... 70 2.1.2. Quy trình xây dựng phương thức đánh giá năng lực giải thuật của sinh viên ...................................................................................................... 72 2.2. Vai trò của Cấu trúc dữ liệu và giải thuật trong ngành CNTT ................ 73 2.3. Xây dựng phương thức đánh giá năng lực giải thuật cho học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật.................................................................................. 76 2.3.1. Mô hình phát triển năng lực giải thuật .............................................. 76 2.3.2. Thiết kế công cụ đánh giá năng lực giải thuật .................................. 85 2.3.3. Thiết lập không gian kết quả ........................................................... 103 2.3.4. Mô hình đo lường và đánh giá năng lực ......................................... 107 Kết luận chương 2 ......................................................................................... 119 Chương 3 THỬ NGHIỆM PHƯƠNG THỨC ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI THUẬT TRONG HỌC PHẦN CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT ... 122 3.1. Thiết kế thử nghiệm chính thức phương thức đánh giá năng lực giải thuật của học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật .................................................. 122 3.1.1. Mục tiêu thử nghiệm ....................................................................... 122 3.1.2. Nội dung thử nghiệm ...................................................................... 122 3.1.3. Tổ chức thử nghiệm ........................................................................ 122 3.2. Kết quả thử nghiệm ................................................................................ 123 3.2.1. Về phương thức đánh giá năng lực giải thuật qua học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật ................................................................................... 123 3.2.2. Sự phát triển năng lực của SV......................................................... 131 3.3. Định hướng điều chỉnh phương thức đánh giá năng lực giải thuật qua học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật ............................................................... 137
v 3.3.1. Điều chỉnh khung đánh giá ............................................................. 137 3.3.2. Điều chỉnh bộ công cụ đánh giá ...................................................... 138 3.3.3. Điều chỉnh mô hình đo lường ......................................................... 138 3.4. Hướng dẫn giảng viên sử dụng phương thức đánh giá năng lực giải thuật qua học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật .................................................. 139 Kết luận chương 3 ......................................................................................... 150 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................... 152 1. Kết luận ..................................................................................................... 152 2. Khuyến nghị .............................................................................................. 153 2.1. Đối với bộ Giáo dục và Đào tạo......................................................... 153 2.2. Đối với trường Đại học Sư phạm ....................................................... 154 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................. 155 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 156 PHỤ LỤC LUẬN ÁN ...................................................................................... PL1 Phụ lục 1 Khảo sát và câu hỏi phỏng vấn .................................................... PL1 Phụ lục 2 Câu hỏi trắc nghiệm ................................................................... PL42 Phụ lục 3 Bài tập lớn .................................................................................. PL51 Phụ lục 4 Năng lực sinh viên và mức độ phát triển năng lực .................... PL55
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Stt Viết tắt Viết đầy đủ 1. BEAR The Berkeley Evaluation and Assessment Research Center 2. CBQL Cán bộ quản lý 3. CNTT Công nghệ thông tin 4. CTDL Cấu trúc dữ liệu 5. CTDL&GT Cấu trúc dữ liệu và giải thuật 6. DH Dạy học 7. ĐHSP Đại học Sư phạm 8. ĐG Đánh giá 9. GD Giáo dục 10. GV Giảng viên 11. GT Giải thuật 12. NL Năng lực 13. KN Kĩ năng 14. KHGD Khoa học giáo dục 15. KHMT Khoa học máy tính 16. ` KT Kỹ thuật 17. KX Kĩ xảo 18. NL Năng lực 19. PP Phương pháp 20. QTDH Quá trình dạy học 21. SP Sư phạm 22. SV Sinh viên
vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hệ thống hành vi của các kỹ năng thành phần ................................... 35 Bảng 1.2. Nhận thức của GV và SV về tầm quan trọng của ĐG năng lực các học phần trong ngành CNTT ..................................................................................... 49 Bảng 1.3. Nhận thức của GV về mục đích đánh giá NLGT ............................... 50 Bảng 1.4. Mối quan hệ giữa đánh giá NL với quá trình dạy học........................ 52 Bảng 1.5. Thực trạng đánh giá nội dung NLGT của giảng viên và sinh viên .... 53 Bảng 1.6. Thực trạng thực hiện tần xuất ĐG nội dung NLGT thành phần ........ 54 Bảng 1.7. Thực trạng phương pháp, hình thức đánh giá NLGT ......................... 58 Bảng 1.8. Sử dụng các công cụ đánh giá NLGT................................................. 60 Bảng 1.9. Những yếu tố đảm bảo hiệu quả đánh giá NLGT .............................. 62 Bảng 2.1. Chuẩn đầu ra của học phần CTDL&GT ............................................. 78 Bảng 2.2. Tiêu chí chất lượng của mỗi hành vi năng lực GT ............................. 80 Bảng 2.3. Phân loại nhận thức của Bloom (được điều chỉnh bởi Anderson) ..... 84 Bảng 2.4. Đường phát triển năng lực GT qua học phần CTGDLGT (dự kiến).. 85 Bảng 2.5. Quy trình thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực GT của SV Sư phạm ............................................................................................................................. 86 Bảng 2.6. Tiêu chí kỹ thuật của bộ công cụ đánh giá năng lực GT .................... 88 Bảng 2.7. Thông số kỹ thuật cổ điển của câu hỏi 14 ........................................ 101 Bảng 2.8. Thông số kỹ thuật cổ điển của câu hỏi 4 .......................................... 102 Bảng 2 9. Những câu hỏi cần sửa đổi hay loại bỏ............................................. 102 Bảng 2.10. Mã hóa điểm chấm bài tập lớn ....................................................... 105 Bảng 2.11. Ước tính năng lực của 10 thí sinh tham gia làm bộ công cụ đánh giá ........................................................................................................................... 108 Bảng 2.12. Chỉ số phát triển các kỹ năng của 10 SV ........................................ 111 Bảng 2.13. Hệ số tương quan giữa năng lực GT và các kỹ năng thành phần ... 115 Bảng 2.14. Tiêu chí đánh giá chất lượng câu hỏi và bài test theo mô hình IRT ........................................................................................................................... 115 Bảng 2.15. Thông số kỹ thuật của bộ công cụ theo thuyết IRT........................ 117 Bảng 3.1. Hệ số Cronbach’s Alpha của bộ công cụ đánh giá ........................... 127 Bảng 3.2. Kết quả phân tích EFA đối với bộ công cụ ...................................... 130
viii Bảng 3.3. Hê số tương quan giữa năng lực GT và các kỹ năng thành phần ..... 133 Bảng 3.4. Chỉ số năng lực của 10 sinh viên đầu tiên ........................................ 133 Bảng 3.5. Điểm số theo thang điểm 100 của 10 sinh viên ................................ 134 Bảng 3.6. Nhóm phương pháp đánh giá năng lực............................................. 141 Bảng 3.7. Thang định danh trong đánh giá hành vi năng lực GT ..................... 142 Bảng 3.8. Những thuận lợi và bất lợi của MCQ ............................................... 144 Bảng 3.9. Những thuận lợi và bất lợi của câu tự luận mở ................................ 145 Bảng 3.10. Quy trình thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực GT ..................... 146 DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1. Các yếu tố trong định nghĩa NL của Deseco ...................................... 31 Hình 1.2. Cấu trúc các đơn vị của năng lực ........................................................ 32 Hình 1.3. Mô hình phát triển kỹ năng của Dreyfus............................................. 36 Hình 1.4. Nguyên tắc và các bước xây dựng đường phát triển năng lực của BEAR .................................................................................................................. 37 Hình 1.5. ICC với xác suất trả lời sai P(X=0) và xác suất trả lời đúng P(X=1) . 39 Hình 2.1. Nguyên tắc, quy trình xây dựng phương thức đánh giá năng lực GT 72 Hình 2.2. Khung đánh giá năng lực thông qua lĩnh vực/ học phần .................... 77 Hình 2.3. Cấu trúc năng lực GT trong giảng dạy học phần CTDL&GT ............ 80 Hình 2.4. Mô hình thiết kế nhiệm vụ/câu hỏi đo lường năng lực GT................. 90 Hình 2.5. ICC của câu hỏi có 3 mức điểm 0, 1, 2 ............................................. 108 Hình 2.6. Mô hình đa chiều trong ước tính các kỹ năng thành phần của SV ... 109 Hình 2.7. Bản đồ cân bằng giữa năng lực GT với độ khó câu hỏi, nhiệm vụ. . 110 Hình 2.8. Bản đồ cân bằng giữa các kỹ năng với độ khó câu hỏi, nhiệm vụ.... 111 Hình 2.9. Độ khó câu hỏi được sắp xếp giảm dần và 4 điểm cắt...................... 113 Hình 2.10. Đường phát triển năng lực GT điều chỉnh ...................................... 113 Hình 3.1. Bản đồ phân bố năng lực thí sinh theo các kỹ năng thành phần 132 Hình 3.2. Tỷ lệ % thí sinh đạt các mức độ phát triển năng lực GT .................. 134 Hình 3.3. Bản đồ phân bố năng lực sinh viên ................................................... 135 Hình 3.4. Quy trình đánh giá năng lực người học ............................................ 140 Hình 3.5. Bản đồ phân bổ năng lực của sinh viên ............................................ 149
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Giải thuật hay thuật toán trong tiếng Anh là Algorithism, là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong lĩnh vực Tin học. Thuật ngữ Giải thuật này lần đầu tiên được nhà toán học Abu Ja’far Mohammed Khowarizmi người A rập sử dụng (khoảng năm 825), nhưng nó được định nghĩa rõ ràng và sử dụng rộng rãi trong thế kỷ 20 như một phương pháp giải quyết vấn đề hiệu quả. Theo Makarenkov và Stolyar, Giải thuật là một danh sách chính xác các bước và hành động cần thiết để giải quyết một vấn đề cụ thể thuộc một lớp nhiệm vụ. Giải thuật phải đáp ứng các tiêu chí như: đầu vào (input); đầu ra (output); tính xác định (deterministic); tính khả thi (feasibility); và tính dừng (termination) [29][77] . Điều này có nghĩa là mỗi bước trong giải thuật phải rõ ràng, cụ thể và dẫn đến một kết quả cuối cùng sau một số bước hữu hạn. Theo trích dẫn của Nguyễn Chí Trung: “Karlheinz Essl (2007) đã định nghĩa thuật toán như sau: Một thuật toán có thể được định nghĩa như là một tập xác định trước các chỉ dẫn để giải quyết một vấn đề cụ thể trong một số giới hạn các bước. Thuật toán có thể thay đổi từ một dãy các phép toán số học đơn giản đến sự kết hợp các thủ tục phức tạp hơn, sử dụng nhiều chỉ dẫn hơn từ Khoa học máy tính như dựa trên nguyên tắc ngữ pháp, đệ quy và suy luận xác suất.”[27] Mặc dù các định nghĩa có sự khác nhau nhưng đều cho ta hiểu: Thuật toán giải bài toán đặt ra là một thủ tục xác định bao gồm một dãy hữu hạn các bước cần thực hiện để thu được đầu ra cho một đầu vào cho trước của bài toán. Áp dụng Giải thuật vào giải quyết vấn đề được xem xét như một mô hình thực hiện qua từng giai đoạn và không nhất thiết phải biện minh về mặt lý thuyết cho sự đúng đắn của nó. Quá trình xây dựng Giải thuật liên quan đến việc lập luận hoặc kiểm chứng thực nghiệm. Vì vậy, Giải thuật được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ giải quyết các vấn đề hàng ngày đến hoạt động chuyên môn trong nhiều ngành. Trong lĩnh vực phát triển phần mềm, quá trình tạo Giải thuật bao gồm ba giai đoạn chính là thiết kế, mã hóa và gỡ lỗi. Giải thuật được tạo ra
2 trong giai đoạn thiết kế, nơi bộ dữ liệu đầu vào được xác định và Giải thuật phải giải quyết được vấn đề đặt ra. Những cách thức thể hiện Giải thuật bằng ngôn ngữ tự nhiên, mã giả và dạng đồ họa như lưu đồ. Việc tạo ra Giải thuật là một quá trình sáng tạo, đòi hỏi việc xác định trình tự các hành động Giải thuật, thường theo hai phương án là “top-down” hoặc “bottom-up” [15], [29]. Giải thuật đóng vai trò cốt lõi trong ngành CNTT vì nó giúp tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu và tăng hiệu quả hoạt động của các hệ thống. GT không chỉ cung cấp các phương pháp giải quyết bài toán phức tạp, như thuật toán tìm đường đi ngắn nhất trong mạng lưới, mà còn là nền tảng cho các lĩnh vực tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, học máy và bảo mật thông tin. Chẳng hạn, GT mã hóa đảm bảo dữ liệu được bảo mật khi truyền tải hoặc lưu trữ. Ngoài ra, việc áp dụng đúng GT trong phát triển phần mềm có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và khả năng mở rộng của các hệ thống. Hơn nữa, học GT giúp nâng cao tư duy logic và khả năng giải quyết vấn đề, một kỹ năng quan trọng đối với SV và chuyên gia CNTT. Nhờ những yếu tố này, GT trở thành nền tảng của mọi tiến bộ trong ngành CNTT, đóng góp quan trọng vào sự phát triển công nghệ và ứng dụng thực tế. Năng lực giải thuật của SV ngành CNTT tại các trường ĐHSP đóng vai trò cốt lõi không chỉ trong quá trình học tập mà còn trong sự nghiệp giảng dạy tương lai. Việc nắm bắt các giải thuật cơ bản giúp SV có khả năng giải quyết các bài toán phức tạp, từ đó phát triển khả năng lập trình và áp dụng vào các bài toán kỹ thuật thực tế. Tại các trường sư phạm, SV được trang bị kiến thức chuyên sâu về giải thuật, từ việc phân tích đến tối ưu hóa các vấn đề kỹ thuật, góp phần nâng cao khả năng tư duy logic và khả năng làm việc hiệu quả trong môi trường công nghệ. Quan trọng hơn, năng lực giải thuật không chỉ giúp SV hiểu rõ về các quy trình và thuật toán mà còn chuẩn bị cho họ kỹ năng cần thiết để truyền đạt những kiến thức này cho học sinh trong tương lai. Trong bối cảnh SV CNTT tại các trường ĐHSP không chỉ dừng lại ở việc làm chuyên gia công nghệ mà còn hướng đến vai trò giảng dạy, việc nắm vững kiến thức về giải thuật càng trở nên cần thiết hơn. Điều này giúp SV không chỉ có năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật mà còn biết cách truyền đạt và xây dựng năng
3 lực GT cho học sinh sau này. Đồng thời, quá trình học tập và thực hành giải thuật tại các trường ĐHSP cũng tạo điều kiện để SV phát triển tư duy sáng tạo và khả năng làm việc nhóm, từ đó giúp họ ứng dụng giải thuật vào nhiều lĩnh vực khác nhau như phát triển phần mềm, trí tuệ nhân tạo và an ninh thông tin [31]. Phát triển năng lực GT cho SV ngành CNTT là một yêu cầu cấp thiết bởi những lợi ích to lớn mà nó mang lại trong cả học tập lẫn thực tiễn nghề nghiệp. GT không chỉ giúp tăng cường khả năng phân tích và giải quyết vấn đề một cách có hệ thống mà còn hỗ trợ SV trong việc tối ưu hóa các chương trình và hệ thống phần mềm. Kỹ năng này đặc biệt quan trọng trong những lĩnh vực đang phát triển mạnh như trí tuệ nhân tạo, khoa học dữ liệu, và an ninh mạng, nơi mà GT được ứng dụng rộng rãi để phân tích dữ liệu lớn và giải quyết các bài toán phức tạp. SV có năng lực GT tốt sẽ có khả năng tối ưu hóa hiệu suất của phần mềm và cải thiện hiệu quả hoạt động của các hệ thống, giúp họ tự tin hơn trong quá trình phát triển các ứng dụng và sản phẩm công nghệ. Ngoài ra, khả năng vận dụng GT còn mang lại cho SV lợi thế cạnh tranh lớn trong thị trường lao động công nghệ hiện nay. Các nhà tuyển dụng đặc biệt đánh giá cao những SV có khả năng xử lý các tình huống lập trình phức tạp và giải quyết các vấn đề kỹ thuật khó khăn một cách hiệu quả. Đối với SV ĐHSP, năng lực GT không chỉ có giá trị trong việc phát triển các dự án công nghệ mà còn đóng vai trò quan trọng trong công tác giảng dạy, giúp họ có thể truyền đạt kiến thức một cách rõ ràng, mạch lạc và tự tin hơn. Bên cạnh đó, việc tham gia các cuộc thi lập trình, dự án nhóm, và các hoạt động nghiên cứu về GT cũng giúp SV mở rộng cơ hội thể hiện năng lực cá nhân, đồng thời nâng cao kỹ năng thực hành và ứng dụng kiến thức GT vào thực tế. Nhờ đó, năng lực GT không chỉ là yếu tố quan trọng trong quá trình học tập mà còn mở ra nhiều cánh cửa phát triển nghề nghiệp trong tương lai. Việc nghiên cứu và phát triển chủ đề đánh giá năng lực Giải thuật của SV ngành CNTT tại các trường ĐHSP hiện vẫn còn nhiều hạn chế: - Chưa có sự hiểu thống nhất về khái niệm và cấu trúc của năng lực GT, cũng như các mức độ phát triển năng lực này cho SV ĐHSP ngành CNTT;
4 - Các trường ĐHSP tập trung đánh giá kết quả học tập của học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật, hầu như chưa xây dựng được phương thức đánh giá năng lực GT, với đầy đủ các thành phần cơ bản như mục đích, mục tiêu đánh giá, khung đánh giá, nội dung đánh giá, phương pháp đánh giá, phương pháp phân tích và xử lý dữ liệu, báo cáo kết quả đánh giá. - Công cụ đánh giá khá đơn điệu, chủ yếu là bài test và bài tập thực hành nhằm đo lường các kiến thức, kỹ năng về Cấu trúc dữ liệu và giải thuật đã học, chưa tập trung đo lường những gì SV đã làm được từ kiến thức, kỹ năng đã học được ở học phần đó. - Hầu hết GV và SV ĐHSP chưa được trang bị kiến thức, kỹ năng cần thiết để thiết lập phương thức đánh giá năng lực GT cho người học. Những hạn chế này cho thấy cần có sự đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu và cải tiến phương pháp giảng dạy, đánh giá năng lực GT nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và khả năng giảng dạy của SV trong tương lai. Từ những lí do nêu trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu “Đánh giá năng lực Giải thuật của sinh viên Đại học Sư phạm ngành Công nghệ thông tin trong dạy học cấu trúc dữ liệu và giải thuật”, với hy vọng góp phần nâng cao chất lượng đánh giá và chất lượng đào tạo học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật cũng như chất lượng đào tạo ngành CNTT ở các trường ĐHSP. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương thức đánh giá năng lực Giải thuật cho sinh viên đại học sư phạm ngành Công nghệ thông tin trong giảng dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật. 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu: Quá trình giảng dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật trong chương trình đào tạo ngành CNTT hệ ĐHSP. 3.2. Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động đánh giá năng lực giải thuật trong giảng dạy học phần Cấu trúc dữ
5 liệu và giải thuật của sinh viên ngành CNTT các trường Đại học Sư phạm. 4. Giả thuyết khoa học Trong quá trình giảng dạy học phần CTDL&GT trong ngành CNTT nếu xây dựng được phương thức đánh giá năng lực giải thuật khoa học và khả thi thì đảm bảo cung cấp kết quả đánh giá tin cậy và giá trị, từ đó giúp GV cải tiến hoạt động giảng dạy hiệu quả và sinh viên đạt được kết quả cao trong học tập. 5. Phạm vi, nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Phạm vi nghiên cứu đề tài - Chương trình đào tạo dành cho SV ĐHSP ngành CNTT bao gồm nhiều nội dung như: Cấu trúc dữ liệu và giải thuật, Lập trình và phát triển phần mềm, Hệ thống và mạng, Trí tuệ nhân tạo và học, An toàn thông tin và bảo mật mạng,…đều sử dụng năng lực Giải thuật tuy nhiên luận án lựa chọn tập trung nghiên cứu NL Giải thuật của học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật bởi nội dung này có nhiều cơ hội nhất để phát triển năng lực Giải thuật cho SV; - Vận dụng mô hình BEAR xây dựng phương thức đánh giá năng lực Giải thuật trong giảng dạy học phần CTDL&GT bao gồm: Mô hình phát triển năng lực (cấu trúc năng lực GT, khung đánh giá, đường phát triển năng lực GT); Phát triển bộ công cụ đánh giá (Tiêu chí kỹ thuật, Test, bài tập lớn); Thiết lập không gian kết quả (Rubric mã hóa, chấm điểm); mô hình đo lường sự phát triển năng lực GT (cổ điển và hiện đại); - Thử nghiệm phương thức đánh giá nói trên trong quá trình giảng dạy học phần CTDL&GT, thuộc chương trình đào tạo ngành CNTT tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội. 5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận về năng lực và đánh giá năng lực GT; - Khảo sát nhu cầu, thực trạng hoạt động đánh giá năng lực Giải thuật của SV ĐHSP ngành CNTT; - Xây dựng phương thức đánh giá năng lực GT trong dạy học học phần CTDL&GT;
6 - Thử nghiệm và điều chỉnh phương thức đánh giá năng lực GT trong dạy học học phần CTDL&GT; - Hướng dẫn quy trình đánh giá năng lực GT trong dạy học học phần CTDL&GT cho giảng viên. 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 6.1. Cách tiếp cận 6.1.1. Tiếp cận hệ thống Tiếp cận hệ thống là cách thức quản lý mọi yếu tố của hệ thống cùng hướng về mục đích chung. Để đánh giá sự phát triển năng lực của SV cần phải giải quyết các mối quan hệ giữa các yếu tố của hệ thống có tác động đến năng lực người học như chuẩn đầu ra, chương trình đào tạo, chương trình giảng dạy, quy chế đánh giá kết quả đào tạo, nhu cầu phát triển nghề nghiệp. - Nghiên cứu hiện tượng giáo dục trong mối quan hệ tương tác với các hiện tượng xã hội khác như kinh tế, văn hoá, xã hội. Tạo môi trường thuận lợi để phát triển giáo dục. 6.1.2. Tiếp cận Lịch sử - thực tiễn Đề tài được nghiên cứu theo cách tiếp cận lịch sử - thực tiễn, tức là vừa nghiên cứu thành tựu và xu thế đo lường, đánh giá năng lực người học trên thế giới, vừa đặt đánh giá năng lực người học là một thành tố quan trọng trong quá trình đổi mới giáo dục đại học Việt Nam. Vì vậy đề tài sẽ nỗ lực đáp ứng các yêu cầu sau: - Phát hiện những vấn đề bất cập, hạn chế cần giải quyết trong quá trình triển khai định hướng đổi mới đánh giá người học; - Phân tích hiện trạng điểm mạnh, điểm yếu và nguyên nhân, từ đó xây dựng phương thức đánh giá năng lực người học; - Dùng thực tiễn giáo dục (chương trình, bối cảnh giảng dạy, cơ sở vật chất,… của trường ĐHSP) để kiểm nghiệm tính khoa học và khả thi của kết quả nghiên cứu. 6.1.3. Tiếp cận chuẩn hóa Ở góc độ cơ sở đào tạo, tiếp cận chuẩn hóa được thực hiện trong suốt quá
7 trình tạo ra nhân cách người học. Muốn người học có nhân cách phù hợp với mục đích giáo dục, cần kiểm soát quá trình hình thành và phát triển nhân cách ngay từ đầu vào cho đến đầu ra, thông qua việc áp dụng bộ chuẩn đầu ra của chương trình. Ở góc độ đề tài, tiếp cận chuẩn hóa được áp dụng trong các việc: (i) Thực hiện phương thức đánh giá năng lực GT của SV chuẩn hóa (theo mô hình BEAR); (ii) Sử dụng các mô hình ước tính năng lực chuẩn hoá (Itanal, Rachs, IRT, EFA,…) 6.2. Phương pháp nghiên cứu 6.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận Phân tích và tổng hợp các kết quả nghiên cứu trong nước và quốc tế về các vấn đề thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài: phát triển năng lực người học; đánh giá năng lực GT của SV; chuẩn đầu ra của học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật trong chương trình đào tạo SV ĐHSP ngành CNTT. 6.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 6.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu định tính - Nghiên cứu định tính được sử dụng để phân tích các thông tin, dữ liệu định tính thông qua khảo cứu tài liệu, phỏng vấn trực tiếp hoặc gián tiếp các đối tượng khác nhau; - Phương pháp phỏng vấn: Phỏng vấn trực tiếp một số GV nhằm thu thập, bổ sung thêm thông tin cho việc phân tích thực trạng đánh giá NL Giải thuật của SV ĐHSP ngành CNTT . - Phương pháp điều tra bằng phiếu xin ý kiến: Sử dụng hệ thống câu hỏi dành cho GV, SV nhằm thu thập thông tin về NL Giải thuật, đánh giá NL Giải thuật của SV ĐHSP ngành CNTT. 6.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu định lượng - Nghiên cứu định lượng được sử dụng để phân tích ước tính độ khó của công cụ đánh giá, ước tính chỉ số phát triển năng lực của SV, kiểm định độ tin cậy và giá trị của phép đo theo các phương pháp Cronback’s Alpha, KMO, phân tích nhân tố EFA,... Sử dụng các phần mềm SPSS và ConQuest để xử lý, phân tích, tổng
8 hợp các kết quả này. 6.2.2.3. Phương pháp thử nghiệm khoa học - Thiết kế và giám sát tiến trình thử nhỏ bộ công cụ và thử nghiệm chính thức phương thức đánh giá năng lực GT trong giảng dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật, tại trường Đại học sư phạm Hà Nội; - Đánh giá kết quả thử nhỏ và thử nghiệm để điều chỉnh phương thức đánh giá năng lực GT, bảo đảm tính khoa học và khả thi. 7. Đóng góp mới của luận án 7.1. Về mặt lí luận - Tổng quan cơ sở lý luận về phát triển năng lực giải thuật; - Tổng quan lý thuyết ứng đáp câu hỏi và phương thức đánh giá năng lực giải thuật. 7.2. Về mặt thực tiễn - Đề xuất phương thức đánh giá năng lực GT của SV chuyên ngành CNTT hệ đại học trong giảng dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật; - Hướng dẫn GV thực hiện quy trình đánh giá năng lực GT. 8. Luận điểm bảo vệ 8.1. Khái niệm và cấu trúc năng lực GT; 8.2. Phương thức đánh giá NL Giải thuật trong dạy học phần CTDL&GT của SV ĐHSP ngành CNTT; 8.3. Kết quả thử nghiệm phương thức đánh giá NL Giải thuật trong dạy học phần CTDL&GT của SV ĐHSP ngành CNTT. 9. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, đề tài thành 3 chương Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn về đánh năng lực Giải thuật của sinh viên ngành Công nghệ thông tin; Chương 2 Phương thức đánh giá năng lực Giải thuật trong quá trình dạy học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật của SV Đại học Sư phạm ngành CNTT; Chương 3 Thử nghiệm phương thức đánh giá năng lực Giải thuật trong học phần Cấu trúc dữ liệu và giải thuật.
9 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ ĐÁNH NĂNG LỰC GIẢI THUẬT CỦA SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Trong phần này, luận án tập trung nghiên cứu hai nội dung: 1) Nghiên cứu về năng lực giải thuật ngành công nghệ thông tin; 2) Đánh giá năng lực giải thuật của sinh viên ngành công nghệ thông tin. 1.1.1. Những nghiên cứu về năng lực giải thuật của sinh viên ngành Công nghệ thông tin Các nghiên cứu về NLGT của SV ngành CNTT khá đa dạng, thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau như: Năng lực xác định vấn đề; năng lực phân tích giải thuật; năng lực xây dựng nội dung giải thuật; năng lực đánh giá giải thuật và năng lực tối ưu hóa GT. Các NLGT được đề cập ở hai vấn đề chính dưới đây 1.1.1.1. Năng lực giải thuật dựa trên mô hình tư duy tính toán (Computational thinking) Theo Anderson, tư duy tính toán là một cách giải quyết vấn đề, thiết kế hệ thống và hiểu hành vi của con người bằng cách sử dụng các khái niệm cơ bản của khoa học máy tính. Tư duy tính toán cần được xem như một năng lực trí tuệ tổng quát hơn, được định nghĩa theo cách có thể chuyển giao giúp mọi người hiểu và giải quyết các vấn đề phức tạp, các thành phần của mô hình tư duy tính toán gồm: 1) Phân chia vấn đề (Decomposition); 2. Nhận dạng mẫu (Pattern Recognition); 3. Trừu tượng hóa (Abstraction);4. Thiết kế giải thuật (Algorithm Design); 5. Tư duy đệ quy và lặp lại (Iterative and Recursive Thinking) [32]. Theo Hübscher Younger, Teresa và cộng sự, trong nghiên cứu về “Học tập mang tính xây dựng và hợp tác về thuật toán”, dựa trên kết quả khảo sát và thử nghiệm về hệ thống trực quan hóa các giải quyết các bài tập dựa trên các NLGT để tạo ra các cách trình bày thuật toán mang tính giải thích (biểu diễn thuật toán hợp tác của sinh viên để tự học nâng cao). Các NLGT được trình bày trong nghiên cứu: năng lực xác định nội dung; năng lực phân tích nội dung thuật toán; năng lực tư duy tính toán; năng lực đánh giá kết quả sử dụng thuật toán để giải quyết vấn
10 đề. Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt rõ nét về cách giải quyết một vấn đề trên cơ sở thuật toán cho kết quả nhanh và chính xác hơn so với việc thiết lập kế hoạch giải quyết vấn đề trên văn bản giấy “truyền thống” [70]. Các nghiên cứu của Wing, Jeannette M, Axmedova, Nilufa; Barr, David, Harrison về “Tư duy tính toán và năng lực giải thuật trong khoa học máy tính”, “Phân tích lý thuyết về năng lực giải thuật của sinh viên sư phạm công nghệ thông tin” đề cập đến các năng lực cơ bản nhất để giải quyết nhiệm vụ bằng thuật toán không chỉ áp dụng cho khoa học máy tính nói chung mà còn đóng vai trò quan trọng để giải quyết vấn đề chính xác, khoa học, nhờ vào các năng lực thành phần của NLGT. Các thành phần của NLGT được tác giả đề cập bao gồm: Năng lực tư duy tính toán; năng lực xác định vấn đề; năng lực phân tích giải thuật và dữ liệu; năng lực thiết kế lập trình và năng lực đánh giá kết quả sau khi thực thi thuật toán để giải quyết một nhiệm vụ đã đặt ra. Ngoài ra các tác giả còn đề cập đến các năng lực khác tác động đến NLGT của SV như: năng lực tư duy giải thuật (năng lực thuật toán phụ trợ; năng lực xác định thuộc tính thuật toán; năng lực triển khai thuật toán) các năng lực này là những phẩm chất thích hợp để giải quyết một phạm vi nhất định của các vấn đề [34],[39],[113],[114]. Các nghiên cứu của Bean, Nathan; Csernoch, Mária; Selby, Cynthia; Csernoch, Mária, János; Sherman, Mark và Martin, Fred; García.P, FJ, Reimann; Baker, Jamie J; Doleck, Tenzin, Bazelais và cộng sự; Yadav, Aman, Good, với nhiều khía cạnh nghiên cứu về “tư duy thuật toán thiết kế phần mềm”; “tư duy tính toán trong lập trình”; “mối quan hệ giữa giải thuật và tư duy tính toán” “Năng lực công nghệ thông tin trong xã hội thuật toán số”, đề cập đến mối quan hệ giữa năng lực tư duy tính toán trong toán – tin và NLGT, tư duy giải thuật trong việc tạo ra các sản phẩm phần mềm đều phải tuân theo những quy trình chặt chẽ của tư duy tính toán và tư duy giải thuật. Các nghiên cứu có đồng quan điểm cho rằng NLGT là rất quan trọng đối với SV ngành CNTT [40],[50],[98],[99][57],[35], [53],[116]. Nghiên cứu về NLGT của SV ngành CNTT tiếp tục có các nghiên cứu chi tiết hơn nhằm định hình các năng lực chuyên sâu về giải thuật với các nghiên cứu