Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán

Chia sẻ: Cố Linh Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:226

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Dạy học kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán" nhằm 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2022
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: LL&PPDH bộ môn KTCN Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHĨA 2: TS. NGUYỄN HÙNG CHÍNH HÀ NỘI – 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất cứ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Thị Anh Thi
ii LỜI CẢM ƠN Tôi muốn tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án này theo nhiều cách thức khác nhau. Trước hết, tôi xin chân thành nhớ ơn sâu sắc đến PGS. TS Đặng Văn Nghĩa và TS Nguyễn Hùng Chính – các Thầy đã trực tiếp hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn các Thầy Cô thuộc bộ môn Phương pháp dạy học, khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, cùng với các Thầy Cô trong Hội đồng khoa học khoa Sư phạm Kĩ thuật đã có những góp ý quý báu trong suốt quá trình sinh hoạt nghiên cứu tại bộ môn, giúp luận án được hoàn thiện tốt hơn. Tôi trân trọng cảm ơn Quý phòng ban ở trường Đại học Sư phạm Hà Nội và các nhà khoa học ở một số Viện nghiên cứu, Trường Đại học đã quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, quá trình khảo sát và kiểm nghiệm kết quả cũng như quá trình hoàn thành luận án của mình. Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ thông tin, Khoa Sư phạm và Quý phòng ban Trường Đại học Quy Nhơn đã cho phép tôi và hỗ trợ kinh phí đào tạo cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo Tiến sỹ. Chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và các bạn sinh viên đã chia sẻ và động viên tôi trong thời gian học tập. Đặc biệt nhất, tôi xin dành sự biết ơn đến Ba Mẹ và Gia đình đã sát cánh chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Thị Anh Thi
iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu ........................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 5 3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................... 5 4. Giả thuyết khoa học của luận án ................................................................... 5 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 6 6. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 6 7. Đóng góp mới của luận án ............................................................................ 7 8. Cấu trúc luận án ............................................................................................ 7 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC ................................................ 8 1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC .............................................................................. 8 1.1.1 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học ................................... 9 1.1.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy điện toán trong dạy học.................. 15 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................. 23 1.2.1 Tư duy ................................................................................................ 23 1.2.2 Điện toán ............................................................................................ 27 1.2.3 Tư duy điện toán ................................................................................ 27 1.2.4 Phát triển tư duy điện toán ................................................................. 30 1.2.5 Một số khái niệm khác ....................................................................... 31 1.3 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC ....................................................................................................... 34 1.3.1 Đặc điểm của tư duy điện toán........................................................... 34 1.3.2 Các thành tố của tư duy điện toán ...................................................... 37
iv 1.3.3 Bản chất dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học lập trình cho sinh viên ....................................................................................... 41 1.3.4 Đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán của sinh viên .............. 50 1.3.5 Một số định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên ........... 55 1.4 THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT TẠI CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN ......................................................................... 58 1.4.1 Mục đích, đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát ................. 58 1.4.2 Kết quả khảo sát ................................................................................. 60 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .............................................................................. 69 Chương 2. PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH ............................... 70 2.1 PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH .......... 70 2.1.1 Khái lược cấu trúc chương trình đào tạo ngành KTĐT - VT ............ 70 2.1.2 Đặc điểm nội dung môn học Kĩ thuật lập trình.................................. 71 2.2 MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT ............................................................. 75 2.2.1 Biện pháp 1: Lựa chọn nội dung chứa đựng cơ hội để hình thành và phát triển tư duy điện toán cho SV......................................................... 75 2.2.2 Biện pháp 2: Hướng dẫn SV phân rã hoạt động lập trình thành những hoạt động thành phần, phân chia vấn đề phức tạp thành đơn giản hơn theo trình tự xác định. .......................................................................... 96 2.2.3 Biện pháp 3: Hình thành thói quen khái quát hóa bài toán, kiểm tra, đánh giá các chương trình kết quả và xây dựng chương trình với nhiều thuật toán khác nhau sao cho chương trình hiệu quả hơn ............... 104 2.3 TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT, VT .......... 109
v 2.3.1 Tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trình nhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên KTĐT-VT ................................................ 109 2.3.2 Một số giáo án minh họa trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình ...... 118 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................ 127 Chương 3. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .......................................... 129 3.1. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM ... 129 3.1.1. Mục đích.......................................................................................... 129 3.1.2. Phương pháp kiểm nghiệm ............................................................. 129 3.1.3. Đối tượng kiểm nghiệm .................................................................. 129 3.2. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA ................................................................................... 130 3.2.1. Nội dung và tiến trình thực hiện ..................................................... 130 3.2.2. Đánh giá kết quả.............................................................................. 131 3.3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM................... 134 3.3.1. Nội dung và tiến trình thực nghiệm ................................................ 134 3.3.2. Tiến hành thực nghiệm.................................................................... 135 3.3.3. Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm ................................... 136 3.3.4. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm .................................... 137 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................ 143 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN............................................................. 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 148 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT Công nghệ thông tin CNTT – TT Công nghệ thông tin và truyền thông GV Giảng viên HS Học sinh KTĐT – VT Kĩ thuật điện tử - viễn thông NNLT Ngôn ngữ lập trình PPDH Phương pháp dạy học SV Sinh viên TDĐT Tư duy điện toán
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Yếu tố cấu thành tư duy điện toán của các nhà nghiên cứu khác nhau ..................................................................................... 37 Bảng 1.2. Năng lực và kiểu tư duy cần thiết cho SV ngành KTĐT – VT ........ 61 Bảng 1.3. Nhận thức của GV và SV về sự cần thiết của sự phát triển TDĐT cho SV ........................................................................................... 62 Bảng 1.4. Tổng hợp ý kiến khảo sát SV về phong cách học của SV ............... 64 Bảng 2.1. Chuẩn đầu ra của học phần Kĩ thuật lập trình ............................. 73 Bảng 3.1. Thống kê số lượng chuyên gia được xin ý kiến ......................... 130 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát bằng phiếu hỏi ................................................ 131 Bảng 3.3. Thống kê kết quả bài kiểm tra lớp ĐC và TN sau thực nghiệm biện pháp 2 ................................................................................. 139 Bảng 3.4. Bảng kết quả kiểm tra lớp ĐC sau thực nghiệm biện pháp 2 .... 140 Bảng 3.5. Bảng kết quả kiểm tra lớp TN sau khi thực nghiệm biện pháp 2 ........... 140 Bảng 3.6. Tổng hợp tham số đặc trưng lớp TN và ĐC khi thực nghiệm biện pháp 2 ................................................................................. 141
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Các giai đoạn của một hành động tư duy ....................................... 26 Hình 1.2. Các yếu tố cấu thành tư duy điện toán ........................................... 39 Hình 1.3. Quá trình tư duy điện toán ............................................................. 40 Hình 1.4. Mô phỏng giai đoạn hình thành một chương trình (trên máy tính) từ một bài toán ....................................................................... 44 Hình 1.5. Biểu diễn mối quan hệ giữa TDĐT với ngành KTĐT - VT .......... 47 Hình 1.6. Thang đo SOLO về mức độ hiểu biết của SV học lập trình .......... 55 Hình 1.7. Biểu đồ khảo sát tình hình GV sử dụng PPDH .............................. 62 Hình 1.8. Mức độ GV sử dụng biện pháp kích thích tư duy trong quá trình dạy học ........................................................................................... 63 Hình 2.1. Mô hình minh họa quần thể ........................................................... 93 Hình 2.2. Lưu đồ hoạt động cấu trúc lệnh if (a) có mệnh đề else và (b) không có mệnh đề else ................................................................. 100 Hình 2.3. Tiến trình chung tổ chức hoạt động dạy học ................................ 113 Hình 2.4. Tiến trình dạy học cho việc tiếp cận cấu trúc cụ thể của ngôn ngữ lập trình ................................................................................. 115 Hình 2.5. Tiến trình dạy học rèn luyện kỹ năng sử dụng cấu trúc ............... 118 Hình 3.1. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi khi thực nghiệm giáo án số 1 . 141 Hình 3.2. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi trở xuống thực nghiệm giáo án số 1 .......................................................................................... 142
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu 1.1 Định hướng của Đảng và Nhà nước trong đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo trong thời đại mới Nghị quyết số 29-NQ/TW – Nghị quyết Hội nghị TW 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo có nêu rõ nhiệm vụ và giải pháp: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học” [1]. Một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học. Định hướng quan trọng trong đổi mới phương pháp dạy học là phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học. Đó cũng là những xu hướng quốc tế trong cải cách phương pháp ở nhà trường phổ thông cũng như ở bậc đại học, cao đẳng [5]. 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.
2 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 1.2.1 Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhu cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người không ngừng tăng cao, hầu như mọi công việc đều giải quyết dựa trên cơ sở các quá trình trao đổi thông tin nhiều chiều, nhiều nguồn, với nhiều hình thức khác nhau từ giọng nói, âm thanh, hình ảnh,… Ngành KTĐT-VT đã hiện thực hóa khả năng liên kết của mỗi người, mỗi quốc gia bằng việc sử dụng các Kĩ thuật công nghệ tiên tiến theo nhiều phương thức khác nhau. Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay - cuộc cách mạng về sản xuất thông minh dựa trên các thành tựu đột phá trong lĩnh vực khoa học công nghệ đang diễn ra khắp nơi, ngành KTĐT – VT cũng như ngành CNTT đóng vai trò quan trọng. Đây là hai ngành Kĩ thuật mũi nhọn cho phép tạo ra cơ sở hạ tầng kết nối, trao đổi, thu thập, lưu trữ và xử lý nguồn thông tin rất lớn của thế giới số. Bên cạnh đó, theo kết quả thống kê từ Trung tâm Dự báo nhu cầu nhân lực và Thông tin thị trường lao động thành phố Hồ Chí Minh cho biết nhu cầu tuyển dụng lao động làm việc trong ngành KTĐT – VT giai đoạn 2020 – 2025 lên đến khoảng 1,6 vạn người/năm và đang có xu hướng tăng lên. Dự báo đến năm 2030, nhu cầu nhân lực ngành Kĩ thuật điện, KTĐT – VT tăng gấp 2,5 lần so với năm 2015. Nhưng với thực trạng phổ biến trong thị trường lao động hiện nay là nguồn cung cấp nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực Kĩ thuật còn thiếu hụt lớn. Theo số liệu từ Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, hiện nay tại Việt Nam, mỗi năm có 1,4 triệu kỹ sư tham gia vào lực lượng lao động, nhưng chỉ có 15% trong số đó được đào tạo nghề một cách chính quy. Vì vậy, việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng, đáp ứng được yêu cầu của cuộc cách mạng là nhiệm vụ cấp bách hơn bao giờ hết. Để đào tạo được nguồn nhân lực này đặt ra rất nhiều thách thức cho các nhà giáo dục, cần phải
3 có sự cải tiến và đổi mới phù hợp với thời đại ngày nay, kể cả nội dung, chương trình môn học và phương pháp giảng dạy. 1.2.2 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 [36]. Trong đó, các thành phần của tư duy có thể kể đến như biết cách suy luận, phát hiện, giải quyết vấn đề, biết cách học, cách tự học, có tư duy sáng tạo,... Thông qua dạy kiến thức và kỹ năng để đạt được mục tiêu là hình thành và phát triển năng lực, đặc biệt là phát triển tư duy - trí tuệ của sinh viên, thông qua việc dạy và học tư duy, chúng ta sẽ tạo được nền móng trí tuệ - cách suy nghĩ để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn sau này cho mỗi sinh viên khi làm việc trong môi trường thực tế. Vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình dạy và học là giúp cho sinh viên phát triển được tư duy. Ngày nay, song song với trang bị kiến thức và kỹ năng, việc phát triển tư duy điện toán cho sinh viên, đặc biệt là sinh viên ngành KTĐT - VT, là rất cần thiết và phù hợp với mục tiêu đào tạo ngành KTĐT - VT. Tư duy điện toán bao gồm những kỹ năng thiết yếu cho sinh viên như kỹ năng tư duy thuật toán, kỹ năng tư duy giải quyết vấn đề, kỹ năng tư duy suy luận logic, kỹ năng tư duy trừu tượng, kỹ năng đánh giá vấn đề,… Các trường đại học đào tạo ngành này cần chú trọng trang bị cho sinh viên ngành KTĐT–VT kỹ năng thiết kế hệ thống, phân tích, làm việc nhóm, tương tác, hòa nhập và đặc biệt là khả năng học tập suốt đời bắt kịp và thích nghi với sự thay đổi cực kỳ nhanh chóng của khoa học công nghệ. 1.3 Tầm quan trọng của môn Kĩ thuật lập trình đối với sinh viên học ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông Trong nghị quyết của Đảng [1] đã chỉ rõ đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học cũng có nghĩa trang bị cho sinh viên kiến thức và kĩ
4 năng lập trình. Có thể thấy rằng trong các thiết bị điện tử - viễn thông hiện đại không thể thiếu trái tim của chúng là bộ xử lý, ngay cả những hệ thống tự động ứng dụng cũng có bộ vi điều khiển là nhiệm vụ xử lý trung tâm. Chính vì vậy việc trang bị cho sinh viên kĩ thuật lập trình là rất cần thiết. Trong chương trình đào tạo ngành KTĐT – VT, học phần Kĩ thuật lập trình là một trong những học phần cơ bản dành cho sinh viên. Cấu trúc dữ liệu và Thuật toán được xem như là hai yếu tố quan trọng nhất trong lập trình, đúng như câu nói của nổi tiếng của Niklaus Wirth: “Programs = Data Structures + Algorithms” (Chương trình = Cấu trúc dữ liệu + Thuật toán). Việc nắm vững các cấu trúc dữ liệu và các thuật toán là cơ sở để sinh viên tiếp cận với việc thiết kế và xây dựng phần mềm cũng như sử dụng các công cụ lập trình hiện đại [14]. Các nội dung học tập trong các học phần điện tử - viễn thông hiện đại luôn gắn chặt với lập trình với các bài toán về điều khiển, các lựa chọn tối ưu trong liên lạc, phủ sóng, kết nối mạng càng nâng cao vai trò của kĩ thuật lập trình. Hơn nữa, nội dung học phần này có nhiều bài toán đặt ra có thể khai thác được để kích thích tư duy cho SV. Quá trình thao tác theo thuật toán và đánh giá thuật toán, vận dụng thuật toán và giải quyết vấn đề trong thực tiễn sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực và hình thành, phát triển TDĐT cho SV [39]. 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”
5 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý luận về phát triển tư duy, tư duy điện toán, trên cơ sở đó, xây dựng các biện pháp để phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông. 3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học học phần Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông. 3.2. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống khái niệm, khung lý luận về tư duy và tư duy điện toán. - Lý luận về phát triển tư duy và tư duy điện toán trong dạy học. - Quá trình dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông. 3.3 Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu thực trạng: Các trường đại học có đào tạo ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên. - Phạm vi thực nghiệm: sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông của trường Đại học Quy Nhơn. 4. Giả thuyết khoa học của luận án Nếu trên cơ sở nghiên cứu lý luận về tư duy, xây dựng khái niệm và các yếu tố cấu thành tư duy điện toán, đề xuất được các định hướng và biện pháp phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho SV ngành KTĐT-VT thì sẽ phát triển tư duy điện toán cho SV, góp phần nâng cao chất lượng dạy học và đào tạo kĩ sư ngành KTĐT-VT ở các trường Đại học, Cao đẳng kĩ thuật.
6 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận về tư duy điện toán và phát triển tư duy điện toán trong dạy học cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông; - Khảo sát thực trạng dạy và học ở ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông với cách tiếp cận phát triển tư duy điện toán; Phân tích nội dung, đề cương chi tiết, đặc điểm và PPDH môn Kĩ thuật lập trình dưới góc độ phát triển TDĐT; - Xây dựng khái niệm, tiến trình dạy học và đề xuất biện pháp dạy học theo định hướng phát triển TDĐT cho sinh viên; xây dựng giáo án minh họa thuộc học phần Kĩ thuật lập trình; - Tiến hành thực nghiệm sư phạm và phương pháp chuyên gia để đánh giá hiệu quả sử dụng giải pháp, kiểm nghiệm giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1 Các phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa những kinh nghiệm quốc tế và trong nước, các công trình có liên quan về tư duy điện toán, lí luận dạy học về dạy học phát triển tư duy điện toán để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài. 6.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn: - Phương pháp điều tra viết, phỏng vấn để khảo sát thực trạng dạy và học định hướng phát triển tư duy điện toán ở một số trường đại học có đào tạo ngành KTĐT-VT khu vực miền Trung. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm một số biện pháp dạy học Thuật toán ở một số nội dung nhằm kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của biện pháp đề ra. - Phương pháp chuyên gia: trao đổi, điều tra, phỏng vấn các chuyên gia có trình độ, kinh nghiệm để đánh giá thực trạng dạy học định hướng phát triển tư duy điện toán và đánh giá tính khả thi của các biện pháp dạy học đã đề xuất.
7 6.3 Phương pháp thống kê toán học: Xử lý số liệu trong khảo sát thực trạng và kiểm nghiệm, đánh giá các biện pháp dạy học đã đề xuất. 7. Đóng góp mới của luận án + Tổng quan được các khái niệm tư duy điện toán từ các tác giả khác và kế thừa để đưa ra khái niệm tư duy điện toán. + Đưa ra được 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 đề xuất được tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trình nhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên KTĐT-VT + Vận dụng soạn được hai giáo án minh họa trong dạy học học phần Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT. 8. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận chung và khuyến nghị, phụ lục, cấu trúc của luận án bao gồm 3 chương như sau: Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn về phát triển tư duy điện toán trong dạy học Chương 2: Phát triển tư duy điện toán cho sinh viên trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình Chương 3. Kiểm nghiệm và đánh giá
8 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC 1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN TRONG DẠY HỌC Phát triển tư duy nói chung trong quá trình dạy học đã được coi trọng và nghiên cứu từ lâu. Ngay từ những bước phát triển đầu tiên của xã hội loài người cũng nghư trong lĩnh vực giáo dục, các nước, các tổ chức xã hội cũng như nhiều nhà nghiên cứu đã luôn quan tâm đến đào tạo con người có khả năng suy nghĩ và giải quyết vấn đề đặt ra và tìm tòi những giải pháp mới hiệu quả hơn trong công việc và đời sống. Khoa học Kĩ thuật phát triển với tốc độ ngày càng cao, mức độ ngày càng sâu, phạm vi ngày càng rộng; thực tiễn sản xuất, đời sống luôn đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Tất cả những yếu tố đó khiến con người luôn luôn phải suy nghĩ, tính toán, tìm tòi các giải quyết. Do đó, ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, người học không chỉ được lĩnh hội kiến thức mà còn phải được hình thành, rèn luyện và phát triển các thao tác trí tuệ, các hoạt động trí tuệ. Để thực hiện được điều đó, nhà trường cần phải nghiên cứu để tìm cách phát triển tư duy cho người học. Trong dạy học, phải đưa cho học sinh những câu hỏi sao cho kích thích tính tò mò, khả năng tự phát hiện, suy luận, tính độc lập của tư duy, phát hiện các ý tưởng bất ngờ. Theo một số dự báo khoa học, người ta tin rằng, sau thời đại tin học (hay còn gọi là làn sóng văn minh thứ tư sau nông nghiệp, công nghiệp và tin học) là thời đại sáng tạo mang tính quần chúng rộng rãi nhờ việc sử dụng các phương pháp tư duy sáng tạo một cách khoa học. Khoa học sáng tạo sẽ góp phần không nhỏ giúp chúng ta tìm con đường tắt để phát triển bền vững, thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và sự nghiệp “trồng người” [5].
9 1.1.1 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học Tư duy là một loại hoạt động đặc thù của con người. Chính nhờ có tư duy mà con người không những có khả năng khám pháp và chinh phục thế giới mà không ngừng cải tiến và phát triển hệ thống công cụ sản xuất nhằm đạt được năng suất lao động ngày càng cao, sức lao động của con người ngày càng được giải phóng. Nhờ có tư duy mà khoa học Kĩ thuật không ngừng tiến bộ, sản xuất ngày càng phát triển làm cho các nhu cầu vật chất và tinh thần của đời sống xã hội ngày càng được thỏa mãn [42]. Việc phát triển năng lực tư duy của người học từ lâu đã được xem là một trong những yếu tố then chốt có ý nghĩa quyết định trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội. 1.1.1.1 Những nghiên cứu quốc tế về tư duy Nói về tầm quan trọng của tư duy đối với con người, nhiều nhận định được những nhà bác học, nhà nghiên cứu đưa ra như: “Ai không muốn suy nghĩ là người cuồng tín, ai không thể suy nghĩ là gã đần, ai không dám suy nghĩ là kẻ nô lệ” (W. Drummond); Hay Gauss nói “Trí tuệ là kết quả của hoạt động bộ não. Lười tư duy sẽ dẫn đến sự ngừng hoạt động của cơ quan này, tức là sự teo não”; Emerson phát biểu: “Tư duy là hạt giống của hành động”; Pascal cũng cho rằng: “Tư duy tạo ra sự cao cả của con người”; “Tôi tư duy tức là tôi tồn tại”. Trên thế giới, từ cổ xưa đã có nhiều bậc tiền nhân đánh giá cao việc rèn luyện và phát triển tư duy trong dạy học. Theo ngạn ngữ cổ Hy Lạp thì “Dạy học không phải là rót kiến thức vào một chiếc thùng rỗng mà là thắp sáng lên những ngọn lửa”. Trong những thời kỳ sau này, “ông tổ” của hơn ngàn sáng chế cho nhân loại, Thomas Edison cũng phát biểu rằng: “Nhiệm vụ quan trọng nhất của nền văn minh là dạy con người biết suy nghĩ”. Trong thời kỳ hiện đại, vấn đề phát triển tư duy và năng lực sáng tạo ngày càng được quan tâm, đặc biệt là các nhà tâm lý học, giáo dục học. Các
10 công trình nghiên cứu của X. L. Rubinstêin cho rằng: “Tư duy – đó là sự khôi phục trong ý nghĩ của chủ thể và khách thể với mức độ đầy đủ hơn, toàn diện hơn so với các tư liệu cảm tính xuất hiện do tác động của khách thể” [17]. Tùy theo căn cứ và nhận định của từng tác giả, họ tiến hành phân loại các loại tư duy khác nhau. Chẳng hạn, theo V. A. Cruchetxki, căn cứ vào tính độc lập của chủ thể tư duy để chia ra làm bốn loại tư duy:“Tư duy tích cực, tư duy độc lập, tư duy sáng tạo, tư duy lý luận” [4]. Theo A. V. Pêtrovxki và L. B. Itenxơn đưa ra bốn loại tư duy: Tư duy hình tượng, tư duy thực hành, tư duy khoa học và tư duy lôgic [46]. Theo J. Piaget thường nói đến hai loại tư duy: “Tư duy cụ thể và tư duy hình thức”[34]. Với tác giả V. V. Đavưđôv đã dựa vào bản chất để phân ra hai loại tư duy: “Tư duy lý luận, tư duy kinh nghiệm” [7]. Bàn về việc dạy học sáng tạo, kích thích tư duy, nhiều nhà nghiên cứu cũng đưa ra những kết luận. Trong bài báo của nhà tâm lý học G. E. Giuravliov nhận định đối với việc dạy học sáng tạo ở trường đại học có ba mặt là: dạy có thể xem là một trong các dạng của quá trình lao động; trường đại học cần đặt ra nhiệm vụ dạy học sáng tạo; ở trường đại học SV cần phải được chuẩn bị để trở thành người chủ trì sản xuất, người lãnh đạo các tập thể sản xuất, kĩ thuật, các tập thể khoa học [21]. Theo P. L. Kapitxa: “Giáo dục các khả năng sáng tạo trong con người dựa trên sự phát triển của tư duy tự lập…” [47]. Nhà tâm lý học, giáo dục học xuất sắc người Mỹ, Richard Feynman đã đề xuất việc giảng dạy phương pháp tư duy mới trong các tổ chức giáo dục thay cho phương pháp tư duy lặp lại [40]. Những công trình nghiên cứu liên quan về kích thích tư duy trong dạy học đã được công bố [40] như: