Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học Xác suất và thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:229

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là đề xuất một số biện pháp dạy học Xác suất và thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng TH với LTTT nhằm rèn luyện các KNNN cho HV.

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 Xác suất và thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM ----------------------------------- NGUYỄN VĂN ĐẠI DẠY HỌC XÁC SUẤT VÀ THỐNG KÊ CHO HỌC VIÊN CHUYÊN NGÀNH TRINH SÁT KỸ THUẬT TẠI HỌC VIỆN KHOA HỌC QUÂN SỰ THEO HƢỚNG TÍCH HỢP VỚI LÝ THUYẾT THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2020
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM ----------------------------------- NGUYỄN VĂN ĐẠI DẠY HỌC XÁC SUẤT VÀ THỐNG KÊ CHO HỌC VIÊN CHUYÊN NGÀNH TRINH SÁT KỸ THUẬT TẠI HỌC VIỆN KHOA HỌC QUÂN SỰ THEO HƢỚNG TÍCH HỢP VỚI LÝ THUYẾT THÔNG TIN Chuyên ngành: Lý luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Toán Mã số: 9 14 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS ĐỖ TIẾN ĐẠT 2. TS PHAN THỊ LUYẾN HÀ NỘI - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận án “Dạy học Xác suất và thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin” là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là mới, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác trước đó. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Văn Đại
LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam, Trung tâm đào tạo và bồi dưỡng cùng các phòng ban chức năng của Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam đã hỗ trợ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tác giả làm nghiên cứu sinh. Tác giả xin gửi lời cảm ơn các thầy cô thuộc chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn toán, các thầy cô ở hội đồng các cấp đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án. Nhân dịp này, tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đỗ Tiến Đạt, TS. Phan Thị Luyến, TS. Đặng Chiểu, những thầy, cô đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt tác giả trong suốt thời gian qua. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám đốc, Ban Chủ nhiệm khoa Khoa học Cơ Bản của Học viện Khoa học Quân sự đã hết sức tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả chuyên tâm vào làm luận án. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Nguyễn Văn Đại
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài..................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu của luận án......................................................... 4 3. Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................. 4 4. Phạm vi nghiên cứu............................................................................... 4 5. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu..................................................... 4 6. Giả thuyết khoa học.............................................................................. 5 7. Các phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................. 5 8. Dự kiến những đóng góp mới của luận án........................................... 5 9. Các vấn đề đƣa ra bảo vệ....................................................................... 6 10. Cấu trúc luận án.................................................................................... 6 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN................................................ 7 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu........................................................... 7 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.................................................... 7 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam..................................................... 10 1.2. Những nét chính về học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật 13 1.2.1. Nhiệm vụ, mục tiêu đào tạo, định hướng đổi mới về nội dung và 13 phương pháp dạy học tại Học viện Khoa học Quân sự........................................... 1.2.2. Đặc điểm tâm sinh lý của học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật……. 14 1.2.3. Đặc điểm về học tập của học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật…….. 14 1.2.4. Đặc điểm nghề nghiệp của người lính Trinh sát Kỹ thuật……….. 15 1.2.5. Kỹ năng nghề nghiệp của người lính Trinh sát Kỹ thuật…………. 15 1.3. Một số vấn đề cơ bản về Lý thuyết thông tin và vai trò của Lý 21 thuyết thông tin trong Trinh sát Kỹ thuật 1.3.1. Một số khái niệm .............................................................................. 21 1.3.2. Mô hình thông tin liên lạc .................................................................. 27
1.3.3. Vai trò của Lý thuyết thông tin trong Trinh sát Kỹ thuật …………. 30 1.4. Nội dung, chƣơng trình giảng dạy Xác suất và thống kê cho học viên 31 chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự và vai trò của Xác suất và thống kê với lý thuyết thông tin 1.4.1. Nghiên cứu nội dung, chương trình giảng dạy Xác suất và 31 Thống kê ở một số Học viện đào tạo nghề nghiệp có Lý thuyết thông tin 1.4.2. Nội dung, chương trình giảng dạy Xác suất và thống kê cho học viên 32 chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự 1.4.3. Vai trò của Xác suất và thống kê trong Lý thuyết thông tin và trong 35 việc rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp cho người lính Trinh sát Kỹ thuật 1.5. Vấn đề dạy học tích hợp trong đào tạo nghề nghiệp cho học viên 43 chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật 1.5.1. Tích hợp........................................................................................... 43 1.5.2. Dạy học tích hợp............................................................................... 44 1.5.3. Căn cứ lựa chọn dạy học Xác suất và thống kê theo hướng tích hợp 47 với Lý thuyết thông tin cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật 1.5.4. Quan niệm và cách thức dạy học Xác suất và thống kê theo hướng 50 tích hợp với Lý thuyết thông tin cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật 1.5.5. Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học tích hợp Xác suất và thống kê 51 với Lý thuyết thông tin theo chủ đề 1.5.6. Kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của quá trình dạy học tich hợp 53 liên môn Xác suất và thống kê với Lý thuyết thông tin 1.5.7. Đề xuất các kỹ năng nghề nghiệp cần rèn luyện cho học viên 53 chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật thông qua dạy học Xác suất và thống kê theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin 1.6. Thực trạng dạy học Xác suất và Thống kê cho học viên chuyên 58 ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hƣớng tích hợp với Lý thuyết thông tin 1.6.1. Mục đích, nội dung, đối tượng và phương pháp khảo sát………… 58 1.6.2. Kết quả khảo sát và phân tích…………………………………….. 59 1.6.2.1. Thực trạng về việc dạy học Xác suất và Thống kê theo hướng tích 59 hợp với Lý thuyết thông tin của giảng viên 1.6.2.2. Thực trạng vấn đề lĩnh hội kiến thức Xác suất và Thống kê, nhận 60 thức của học viên về vai trò của Xác suất và Thống kê đối với các môn học về Lý thuyết thông tin và thực tiễn công việc
1.6.2.3. Đánh giá của giảng viên chuyên ngành về mức độ và hiệu quả sử 62 dụng Xác suất và Thống kê trong học tập các môn học về Lý thuyết thông tin của học viên 1.6.2.4. Thực trạng việc rèn luyện các kỹ năng nghề nghiệp của học viên 63 thông qua dạy học Xác suất và Thống kê KẾT LUẬN CHƢƠNG 1..................................................................................... 66 Chƣơng 2. BIỆN PHÁP DẠY HỌC XÁC SUẤT VÀ THỐNG KÊ CHO HỌC 67 VIÊN CHUYÊN NGÀNH TRINH SÁT KỸ THUẬT TẠI HỌC VIỆN KHOA HỌC QUÂN SỰ THEO HƢỚNG TÍCH HỢP VỚI LÝ THUYẾT THÔNG TIN 2.1. Định hƣớng xây dựng các biện pháp................................................ 67 2.2. Một số biện pháp dạy học Xác suất và Thống kê cho học viên 68 chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hƣớng tích hợp với Lý thuyết thông tin 2.2.1. Biện pháp 1: Trang bị cho HV vốn tri thức cơ bản về XSTK theo 69 hướng gắn với LTTT 2.2.2. Biện pháp 2: Tổ chức dạy học XSTK trên cơ sở TH với LTTT 83 theo định hướng rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT 2.2.3. Biện pháp 3: Tổ chức cho HV các hoạt động luyện tập, thực hành tại 98 các đơn vị quân đội gắn với CN đào tạo thông qua dự án học tập môn XSTK 2.2.4. Biện pháp 4: Điều chỉnh nội dung và cách thức kiểm tra, đánh giá 104 kết quả học tập theo hướng rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT 2.2.5. Biện pháp 5: Đổi mới sinh hoạt chuyên môn để bồi dưỡng cho GV 113 Toán những hiểu biết và KN cần thiết để dạy học XSTK gắn với LTTT KẾT LUẬN CHƢƠNG 2……………………………………………………… 122 Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM.......................................................... 123 3.1. Mục đích, yêu cầu, nhiệm vụ, nguyên tắc tổ chức thực nghiệm 123 3.1.1. Mục đích thực nghiệm……………………………………………... 123 3.1.2. Yêu cầu thực nghiệm………………………………………………. 123 3.1.3. Nhiệm vụ thực nghiệm…………………………………………….. 123 3.1.4. Các nguyên tắc tổ chức thực nghiệm 123 3.2. Thời gian, địa điểm và đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm…………. 124 3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm………………………………. 124 3.3.1. Phương pháp điều tra……………………………………………… 124 3.3.2. Phương pháp quan sát…………………………………………….. 124
3.3.3. Phương pháp thống kê Toán học....................................................... 124 3.3.4. Phương pháp nghiên cứu trường hợp................................................ 125 3.3.5. Xây dựng phương thức và tiêu chí đánh giá...................................... 125 3.4. Nội dung thực nghiệm........................................................................ 135 3.4.1. Tài liệu thực nghiệm sư phạm.......................................................... 135 3.4.2. Tập huấn cho giảng viên Toán tại Học viện Khoa học Quân sự về 135 dạy học Xác suất và Thống kê theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin (thực nghiệm biện pháp 5) 3.4.3. Cách thức tiến hành thực nghiệm sư phạm....................................... 135 3.5. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm.......................................................... 136 3.5.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1............................................. 136 3.5.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2............................................. 140 3.5.3. Đánh giá sự tiến bộ về nhận thức, khả năng vận dụng kiến thức 146 Xác suất và Thống kê vào trong chuyên ngành học và mức độ thành thạo các kỹ năng nghề nghiệp của học viên thông qua một số trường hợp điển hình. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3................................................ ................................... 152 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 153 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN 155 ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 156 PHỤ LỤC................................................ ............................................................ 160
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ BPSP Biện pháp sư phạm CN Chuyên ngành DHTH Dạy học tích hợp GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giảng viên HV Học viên HVKHQS Học viện Khoa học Quân sự KNNN Kỹ năng nghề nghiệp LTM Lý thuyết mã LTTT Lý thuyết thông tin NL Năng lực NN Nghề nghiệp PPDH Phương pháp dạy học TNSP Thực nghiệm sư phạm TH Tích hợp TSKT Trinh sát kỹ thuật XSTK Xác suất và thống kê
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Hệ thống các KNNN (cốt lõi) của người lính TSKT 18 Bảng 1.2. Quan hệ giữa độ bất định và xác suất 22 Bảng 1.3. Bảng thống kê tần số 24 Bảng 1.4. Kết quả khảo sát về số lượng ví dụ và bài tập XSTK có liên 32 quan với LTTT tại HVKTMM, HVKTQS, HVBCVT Bảng 1.5. Bảng phân phối tần suất xuất hiện các ký tự trong tiếng Anh 36 Bảng 1.6. Bảng phân phối tần suất xuất hiện các ký tự trong tiếng Việt 36 dạng Telex Bảng 1.7. Bảng phân phối tần suất xuất hiện các ký chữ cái trong bản mã 37 Bảng 1.8. Bảng phân phối tần suất xuất hiện các ký chữ cái trong bản mã 39 Bảng 1.9. Đầu các bức điện chiến dịch tháng 4 năm 1951 mạng Uni 41 Bảng 1.10. Mối quan hệ kiến thức liên môn XSTK – LTTT và những vấn đề 47 TH trong giảng dạy XSTK TH với LTTT. Bảng 1.11. Các KNNN cần rèn luyện cho HV CN TSKT thông qua dạy học 54 XSTK theo hướng TH với LTTT Bảng 1.12. Kết quả điều tra nhận thức của GV dạy XSTK về vai trò của 59 XSTK trong LTTT và thực trạng về việc dạy học môn XSTK theo hướng TH với LTTT. Bảng 1.13. Điều tra mức độ lĩnh hội kiến thức và kỹ năng vận dụng của HV 60 CN TSKT sau khi kết thúc học phần XSTK. Bảng 1.14. Vấn đề nhận thức của HV về vai trò của XSTK đối với các môn 61 học về LTTT và thực tiễn công việc. Bảng 1.15. Đánh giá của GV CN về mức độ và hiệu quả sử dụng XSTK 62 trong học tập các môn học về LTTT của HV Bảng 1.16. Kết quả khảo sát thực trạng việc rèn luyện các KNNN cho HV 63 CN TSKT thông qua dạy học XSTK Bảng 1.17. Kết quả khảo sát thực trạng việc rèn luyện các KNNN của HV CN 63 TSKT thông qua dạy học XSTK Bảng 2.1. Bảng phân phối tần suất xuất hiện các ký chữ cái trong bản mã 75 Bảng 2.2. Bảng mã hóa nguồn Fano 81 Bảng 3.1. Tiêu chí đánh giá kết quả rèn luyện KNNN của HV thông qua 126 dự án “Quy luật hành văn của một số văn bản đặc thù”. Bảng 3.2. Tiêu chí đánh giá kết quả rèn luyện KNNN của HV thông qua 130 dự án “khám phá mật mã Uni liên quân Mỹ - Hàn Quốc bằng
thống kê toán”. Bảng 3.3. Tiêu chí và kết quả đánh giá mức độ đạt được trong việc rèn 139 luyện KNNN của HV trong dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT (thông qua dự án “Quy luật hành văn của một số văn bản đặc thù”). Bảng 3.4. Tiêu chí và kết quả đánh giá mức độ đạt được trong việc rèn 145 luyện KNNN của HV trong dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT (thông qua dự án “khám phá mật mã Uni liên quân Mỹ - Hàn Quốc bằng thống kê toán”.). Bảng 3.5. Thông tin của 3 HV trong nghiên cứu trường hợp 147 Bảng 3.6. Kết quả rèn luyện và mức độ đạt được của các KNNN đối với HV 148 Hà Quang T Bảng 3.7. Kết quả rèn luyện và mức độ đạt được của các KNNN đối với HV 149 Trương Văn Th Bảng 3.8. Kết quả rèn luyện và mức độ đạt được của các KNNN đối với HV 149 Nguyễn Văn B DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Mô hình LTTT theo quan điểm Shannon………………………… 27 Hình 1.2. Mô hình LTTT đơn giản …………………………………………. 27 Hình 1.3. Mô hình tích hợp đa môn ................................................................ 45 Hình 1.4. Mô hình tích hợp liên môn ............................................................. 45 Hình 1.5 . Mô hình tích hợp xuyên môn .......................................................... 46 Hình 1.6. Mô hình TH liên môn giữa XSTK với LTTT ................................. 46
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 1.1. Giáo dục đào tạo có vai trò quan trọng bậc nhất đối với quá trình phát triển xã hội, là nhân tố quyết định sự thành bại của một quốc gia, nhất là trong giai đoạn khoa học công nghệ đang phát triển hết sức mạnh mẽ như hiện nay. Từ nhận thức đó, Đảng và Nhà nước ta đã coi “Phát triển giáo dục là quốc sách hàng đầu. Đổi mới căn bản, toàn diện nền giáo dục Việt Nam theo hướng chuẩn hoá, hiện đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hóa và hội nhập quốc tế, trong đó, đổi mới cơ chế quản lý giáo dục, phát triển đội ngũ giảng viên và cán bộ quản lý là khâu then chốt. Tập trung nâng cao chất lượng giáo dục, đào tạo, coi trọng giáo dục đạo đức, lối sống, NL sáng tạo, KN thực hành, khả năng lập nghiệp”. Điều 7 của Luật Giáo dục năm 2019 có nêu: “Phương pháp giáo dục phải khoa học, phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học. Đào tạo người học phát triển toàn diện về đức, trí, thể, mỹ; có tri thức, kỹ năng, trách nhiệm NN; có khả năng nắm bắt tiến bộ khoa học và công nghệ tương xứng với trình độ đào tạo, khả năng tự học, sáng tạo, thích nghi với môi trường làm việc; có tinh thần lập nghiệp, có ý thức phục vụ Nhân dân”. Quan điểm đó khẳng định rằng: Đào tạo phải được gắn với nhu cầu và sự phát triển của xã hội. Điều này đặt ra yêu cầu cho hệ thống giáo dục nói chung và hệ thống giáo dục cao đẳng, đại học nói riêng phải có sự thay đổi để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực có chất lượng phục vụ cho phát triển đất nước. 1.2. Trong giai đoạn hiện nay, tình hình thế giới và khu vực có nhiều biến động tiêu cực, nhất là tình hình trên biển Đông. Để giữ vững chủ quyền đất nước và chủ quyền biển đảo thì một trong những điều cần làm là phải hiện đại hóa Quân đội, tức là hiện đại hóa con người và hiện đại hóa trang thiết bị khí tài quân sự, mà trong đó lực lượng TSKT đóng góp một vai trò quan trọng. Nhiệm vụ chính của lực lượng TSKT là khám phá mã truyền tin, thám mã và giải mã để thu thập thông tin đối phương, từ đó xử lý số liệu, ra tin, kịp thời báo cáo, tư vấn cho cấp trên để cấp trên có đối sách hợp lý. Nhận thức rõ vai trò của lực lượng TSKT, Quân ủy Trung ương đã đề ra các Nghị quyết về công tác giáo dục và đào tạo, đặc biệt có nghị quyết về “Xây dựng lực lượng TSKT trong tình hình mới, trong đó nhấn mạnh tiếp tục đổi mới chương trình, nội dung đào tạo và nâng cao chất lượng đội ngũ cán bộ ngành TSKT”. Việc phát triển đội ngũ cán bộ, sỹ quan TSKT có NL đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ trong tình hình mới là một trong những nhiệm vụ quan trọng của HVKHQS. Trên cơ sở nhiệm vụ Quân đội giao cho, HVKHQS đã xây dựng và tích cực thực hiện đề án "Đổi mới quy trình, chương trình, nội dung đào tạo cán bộ các cấp tại Học viện, trong đó nòng cốt là đào tạo cán bộ CN TSKT". Học viện yêu cầu các GV, cán bộ tham gia giảng dạy phải cải tiến nội dung chương trình và phương pháp giảng
2 dạy cho phù hợp với đối tượng đào tạo, cần chú ý đến các hoạt động NN của HV, tăng cường gắn lý thuyết và thực hành với thực tiễn liên quan đến NN để HV hiểu rõ hơn các thuật ngữ, các sự việc và hiện tượng trong công việc sau khi ra trường. 1.3. HVKHQS có nhiệm vụ đào tạo HV các ngành về Khoa học quân sự, TSKT và ngoại ngữ phục vụ cho Quân đội. Một trong những nhiệm vụ hàng đầu của trường HVKHQS trong giai đọan hiện nay là đào tạo và phát triển ngành TSKT. Mục tiêu đào tạo đội ngũ HV, cán bộ chiến sỹ CN TSKT có phẩm chất bản lĩnh chính trị vững vàng, tuyệt đối trung thành sự lãnh đạo của Đảng và Quân đội, giỏi về chuyên môn nghiệp vụ, có NL giải quyết các vấn đề thực tiễn, nhất là thực tiễn chiến đấu và làm chủ được trang thiết bị, khí tài quân sự, sẵn sàng nhận và hoàn thành mọi nhiệm vụ được giao để đáp ứng ngày càng cao công cuộc xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Công việc chính của người lính TSKT là thu thập thông tin đối phương, thám mã, giải mã tin tức thu thập được, phân tích số liệu, ra tin, báo cáo kết quả cho chỉ huy cấp trên. Để làm tốt công việc đó, HV CN TSKT cần được trang bị đầy đủ, hệ thống các kiến thức cần thiết và có sự kết hợp đồng bộ, có khoa học của nhiều môn học, từ các môn học đại cương đến các môn học CN để nâng cao hiệu quả đào tạo. Điển hình như kiến thức về Lý thuyết thông tin (Lý thuyết truyền tin, mật mã, thám mã, giải mã), kiến thức về trang thiết bị, kiến thức về toán học, ngôn ngữ học, công nghệ thông tin,... mà trong đó XSTK là một trong những học phần đóng vai trò quan trọng để thực hiện yêu cầu nói trên. XSTK là công cụ chủ yếu nhất để khám phá mật mã, nhưng đặc thù của những hệ mã khác nhau lại có cách khám phá khác nhau, do đó đòi hỏi người dạy XSTK phải có phương pháp giảng dạy phù hợp cho từng đối tượng và dạy cho người học biết cách làm thống kê. Tuy nhiên hiện nay, việc dạy và học XSTK tại HVKHQS vẫn còn một số hạn chế, chưa đáp ứng được những mục tiêu trên, quá trình giảng dạy chưa phát huy được tính chủ động sáng tạo của HV, nội dung kiến thức XSTK chưa có sự gắn kết với kiến thức LTTT và thực tế NN, làm cho người học không nhận thấy được ý nghĩa thực tiễn của môn học. 1.4. Lý thuyết thông tin (theo mục tiêu đào tạo tại HVKHQS) bao gồm các lĩnh vực: Lý thuyết truyền tin, thu tin, mật mã, thám mã, giải mã. LTTT là một trong những học phần học quan trọng và có vai trò hỗ trợ đắc lực cho công việc của người lính TSKT. Trong LTTT nói chung và lý thuyết mã hóa nói riêng, thì lý thuyết về XSTK có vai trò hết sức quan trọng, đóng vai trò là nền móng. Để minh chứng cho điều này, ta xét một số tình huống sau: Giả sử có một bản tin cần gửi đến nơi nhận, để đảm bảo tối ưu trong truyền tin, người ta thường sử dụng mã nén, tuy nhiên trước khi nén, nếu kết quả khảo sát xác suất các tin của nguồn là khá giống nhau thì có nghĩa việc nén sẽ không có tác dụng. Hoặc xét một bản mã thuộc một hệ mã mật nào đó, khảo sát xác suất xuất hiện của các ký tự thuộc bản mã là khá sàn đều thì có thể tạm kết luận hệ mã có độ mật rất cao. Nhờ những ứng dụng của lý thuyết XSTK mà ta có thể
3 đánh giá được chất lượng của một hệ thống mã hóa, hoặc khảo sát, đánh giá nguồn tin trước khi có những bước xử lý tiếp theo. Một số ứng dụng trực tiếp của lý thuyết XSTK trong LTTT đó là: Sử dụng XSTK để tính tần suất xuất hiện các chữ cái trong mỗi ngôn ngữ phục vụ cho công việc thám mã, tính chỉ số trùng hợp của xâu văn bản để tìm ra quy luật hành văn và nhận dạng thể loại văn bản, sử dụng XSTK để tính độ bất định của thông tin (Entropy), ứng dụng XSTK vào lập mã nguồn (mã nén dữ liệu) như mã nguồn thống kê tối ưu của Shannon và Huffman, ứng dụng XSTK để tham mã và giải mã mật, … Trong vài thập kỷ trở lại đây, nhờ những ứng dụng mạnh mẽ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực truyền thông mà nhiều chuẩn truyền tin mới ra đời. Việc ứng dụng những chuẩn truyền tin mới của các đối tượng trinh sát (địch) đã gây không ít khó khăn cho ngành TSKT. Để thu thập, xử lý số liệu và ra tin với các nguồn sử dụng những chuẩn truyền tin thì phải khám phá được các lớp mã truyền tin trên đó. Khám phá mã truyền tin nằm trong khâu xử lý của lực lượng TSKT, công tác khám phá mã truyền tin là quá trình tập hợp, phân tích, giải điều chế các tín hiệu để xác định các đồng bộ, khởi điểm bản mã và khám phá các lớp mã truyền tin được thực hiện trên đó. Kết quả khám phá mã truyền tin là bản rõ hoặc bản mã mật nào đó. Công tác khám phá mã truyền tin có vai trò quan trọng đối với lực lượng TSKT, vì nếu không khám phá được mã truyền tin thì không có số liệu cho công tác xử lý, ra tin và không có dữ liệu cho công tác thám mã. Nghiên cứu khám phá mã truyền tin là nhiệm vụ quan trọng, không thể thiếu trong TSKT. Tuy nhiên, đây là công việc vô cùng khó khăn đối với lực lượng TSKT trên cả phương diện lý thuyết và thực hành, công việc khám phá mã truyền tin liên quan đến nhiều lĩnh vực như tin học, ngôn ngữ học, ngoại ngữ và toán học, trong đó có lý thuyết về XSTK. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về dạy học XSTK cho cả đối tượng THPT, cao đẳng và đại học. Một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu như: “Dạy học Xác suất – Thống kê ở Đại học Y”; “Dạy học Thống kê ở Trường Đại học Cảnh sát nhân dân theo hướng gắn với thực tiễn NN”; “Dạy học Xác suất – Thống kê theo hướng tăng cường vận dụng toán học vào thực tiễn cho sinh viên khối Kinh tế, Kỹ thuật”; “Dạy học Xác suất và thống kê cho sinh viên ngành Kế toán của các trường Cao đẳng Công nghiệp theo hướng phát triển NL NN”,...Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu về dạy học XSTK gắn với thực tiễn NN cho HV CN TSKT tại HVKHQS. Mặt khác từ thực tiễn đào tạo NN cho HV CN TSKT tại HVKHQS và đặc điểm NN của HV đã xuất hiện một số đòi hỏi cần giải quyết, đó là dạy cái gì cho HV, dạy như thế nào, HV cần trang bị kiến thức gì, những hiểu biết gì để họ làm tốt hơn công việc thực tế được giao tại đơn vị. Những yêu cầu đó liên quan trực tiếp đến XSTK và LTTT; kiến thức về XSTK là nền tảng, là công cụ phục vụ cho các môn học về LTTT và có nhiều ứng dụng trong công việc thực tiễn. Với yêu cầu NN của HV, việc lựa chọn dạy học
4 XSTK theo hướng TH với LTTT là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu đưa vào giảng dạy nhằm rèn luyện các KNNN cho HV. Từ những lí do đó, với mong muốn góp phần nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập XSTK tại HVKHQS, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Dạy học Xác suất và thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin”. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Đề xuất một số biện pháp dạy học XSTK cho HV CN TSKT tại HVKHQS theo hướng TH với LTTT nhằm rèn luyện các KNNN cho HV. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được thể hiện qua việc trả lời các câu hỏi nghiên cứu sau: - Đặc điểm NN của HV và các chuyên gia CN TSKT như thế nào? - XSTK và LTTT có vai trò gì trong TSKT? Những kiến thức XSTK và LTTT nào cần thiết cho CN TSKT? - Căn cứ nào để lựa chọn dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT cho HV CN TSKT? - Với đặc điểm NN của HV CN TSKT thì TH giữa XSTK với LTTT như thế nào? Cách thức TH? Vấn đề TH? - Thực trạng dạy học XSTK ở HVKHQS theo hướng TH với LTTT như thế nào? - Có thể đề xuất được những BPSP nào trong việc dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT nhằm rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT ở HVKHQS? - Những biện pháp đề xuất có khả thi và hiệu quả không? Có đáp ứng mục tiêu giáo dục và đào tạo ở HVKHQS hay không? 4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu việc dạy học XSTK cho HV CN TSKT tại HVKHQS. 5. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu 5.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học XSTK tại HVKHQS. 5.2. Đối tượng nghiên cứu Quá trình dạy học XSTK tại HVKHQS theo hướng TH với LTTT để rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT. 6. Giả thuyết khoa học Trên cơ sở mục tiêu, nhiệm vụ của học phần XSTK đối với CN TSKT tại HVKHQS, nếu xây dựng được các biện pháp dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT và sử dụng hợp lí các biện pháp đó trong quá trình dạy học sẽ góp phần rèn luyện các KNNN cho HV CN TSKT được tốt hơn.
5 7. Các phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: 7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận Thu thập, tổng hợp, phân tích, so sánh, nghiên cứu, hệ thống hóa các nguồn tài liệu về giáo dục đại học, giáo dục NN và các kết quả nghiên cứu liên quan tới đề tài. Các văn kiện của Đảng, Nhà nước và Quân đội liên quan tới đề tài. 7.2. Phương pháp điều tra, quan sát - Thu thập, khai thác và xử lí dữ liệu nhằm tìm hiểu thêm về CN TSKT được đào tạo tại HVKHQS. - Khảo sát, dự giờ, phân tích thực trạng việc dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT tại HVKHQS trước, trong và sau khi thực hiện các BPSP. - Phỏng vấn các chuyên gia, các GV và HV của HVKHQS có liên quan đến CN đào tạo về tình hình dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT và tính hiệu quả của PPDH đó. 7.3. Phương pháp tổng kết kinh nghiệm Tổng kết kinh nghiệm của các đồng nghiệp và bản thân trong quá trình dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT cho HV CN TSKT. 7.4. Phương pháp chuyên gia Xin ý kiến các chuyên gia nhằm làm sáng tỏ một số nhận định về hệ thống các KNNN của người lính TSKT, chất lượng dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT cho HV CN TSKT và tính đúng đắn của những biện pháp dạy học đã được đề xuất trong luận án. 7.5. Phương pháp nghiên cứu trường hợp Chọn một số HV hoặc nhóm HV CN TSKT để theo dõi sự phát triển KNNN trong dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT thông qua việc sử dụng các biê pháp sư phạm đã đề xuất. 7.6. Thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm nhằm khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các BPSP đã đề xuất trong luận án. 8. Những đóng góp mới của luận án Dạy học XSTK gắn với LTTT phục vụ yêu cầu đào tạo NN cho HV CN TSKT tại HVKHQS. 8.1. Về mặt lý luận - Luận án phân tích, làm rõ hệ thống các KNNN cần thiết của người lính TSKT và đề xuất hệ thống 9 KNNN cần được rèn luyện thông qua dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT. - Luận án làm rõ về mối liên hệ và vai trò của XSTK với LTTT, vai trò của LTTT với CN TSKT. - Đề ra cách thức TH, vấn đề TH XSTK với LTTT.
6 - Làm rõ thêm vai trò quan trọng của việc dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT cho HV CN TSKT trong giai đoạn hiện nay. 8.2. Về mặt thực tiễn - Xây dựng hệ thống lý thuyết và bài tập tình huống về XSTK gắn với LTTT, góp phần nâng cao NL thực hành, NL vận dụng và rèn luyện các KNNN cho HV. - Đề xuất cách thức, quy trình thiết kế và tổ chức dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT nhằm rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT và thiết kế một số chủ đề, dự án học tập minh họa cách thức, quy trình nói trên. - Luận án đề xuất một số biện pháp dạy học XSTK ở HVKHQS theo hướng TH với LTTT, những biện pháp này được kiểm nghiệm qua thực nghiệm sư phạm. - Nâng cao chất lượng dạy học XSTK tại HVKHQS, đáp ứng chuẩn đầu ra của HV. 9. Các vấn đề đƣa ra bảo vệ - Quan niệm về dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT nhằm rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT. - Các KNNN cần rèn luyện cho HV CN TSKT thông qua dạy học XSTK theo hướng TH với LTTT như đã đề xuất là có cơ sở khoa học và khả thi. - Các BPSP đã đề xuất trong chương 2 là có tính khả thi trong quá trình dạy học XSTK tại HVKHQS và hiệu quả trong việc rèn luyện KNNN cho HV CN TSKT. 10. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, các phụ lục và danh mục tài liệu tham khảo, luận án gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn Chương 2. Biện pháp dạy học Xác suất và Thống kê cho học viên chuyên ngành Trinh sát Kỹ thuật tại Học viện Khoa học Quân sự theo hướng tích hợp với Lý thuyết thông tin Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
7 Chƣơng 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài a) Một số công trình nghiên cứu về DHTH trong đào tạo NN ở nước ngoài Các nghiên cứu tổng hợp, đôi khi được gọi là nghiên cứu TH hay nghiên cứu liên ngành, kết hợp nhiều hoạt động khác nhau một cách toàn diện, cho phép sinh viên phát triển sự hiểu biết sâu rộng về một chủ đề nào đó. Các nhà giáo dục trên thế giới, đặc biệt là ở các nước tiên tiến như: Mỹ, Anh, Đức, Thụy Điển, Bỉ, Australia, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, Singapore... đã nghiên cứu về giảng dạy TH cho cả đối tượng học sinh phổ thông và sinh viên đào tạo nghề. Chẳng hạn như: Tại Ấn Độ, năm 2010, trong bài báo “introducing integrated teaching in undergraduate medical curriculum” [55], các tác giả: Dr. Madhuri S. Kate, Ujjwala J. Kulkarni, Dr. Avinash Supe, Dr. Y.A.Deshmukh đã công bố kết quả nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm phương pháp DHTH kiến thức theo chiều dọc khóa học cho sinh viên đại học y khoa. Chương trình giảng dạy TH được thử nghiệm cho 23 sinh viên từ năm thứ 2 trong CN đái tháo đường của trường đại học Y MGM, Navi Mumbai, Ấn Độ. Các sinh viên được dạy về khoa học cơ bản, sinh lý học, chẩn đoán, thực hành trong phòng thí nghiệm và các khía cạnh lâm sàng khác của bệnh đái tháo đường. Kết quả là phương pháp giảng dạy TH có hiệu quả hơn so với phương pháp truyền thống, được các GV cũng như sinh viên chấp nhận, sinh viên nắm bệnh lý lâm sàng tốt hơn và nâng cao kỹ năng chẩn đoán của sinh viên. Ở Trung Quốc, tại hội nghị Quốc tế lần 3 về quản lý, giáo dục, thông tin và kiểm soát năm 2015, tác giả Dayong Huo đã trình bày nghiên cứu của mình về phương pháp giảng dạy TH dựa trên mô phỏng ứng dụng trong đào tạo nghề cho sinh viên CN kỹ thuật thông qua bài báo “Integrated Teaching Methods based on Simulation Applied in Technical Colleges” [42]. Theo tác giả, để phát triển NL chuyên môn của sinh viên, các trường dạy nghề sử dụng phương pháp giảng dạy dựa trên mô phỏng kết hợp lý thuyết với thực hành thực tiễn, địa điểm giảng dạy có thể trong phòng thí nghiệm hoặc xuống các cơ sở sản xuất của các công ty. Trong bài báo “Learning by doing in the integrated teaching and learning program” [59], tác giả Lawrence E. Carlson của trường Đại học Colorado Hoa Kỳ đã trình bày nghiên cứu về một chương trình DHTH được bắt đầu vào năm 1992 với sự tham gia của đội ngũ GV và sinh viên tại trường với tham vọng cải cách giáo dục đại học theo hướng tạo môi trường học tập đa ngành đa lĩnh vực, kết hợp lý thuyết với kỹ thuật thực hành thực tiễn, thúc đẩy những kỹ năng GQVĐ sáng tạo và làm việc theo nhóm. Dự án có sự tham gia của 2400 sinh viên theo học 10 CN của 6 ngành: Khoa học
8 kỹ thuật hàng không vũ trụ; Kỹ thuật hóa học; Dân dụng, môi trường và kiến trúc; Khoa học máy tính; Kỹ thuật Điện và Máy tính; Kỹ thuật cơ khí. b) Một số nghiên cứu về Lý thuyết thông tin trên thế giới. LTTT là một nhánh của toán học ứng dụng và kỹ thuật điện nghiên cứu về đo đạc lượng thông tin. Ngay từ những ngày đầu, nó đã mở rộng phạm vi ứng dụng ra nhiều lĩnh vực khác, bao gồm suy luận thống kê, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, mật mã học,.. Người đặt viên gạch đầu tiên để xây dựng LTTT là Hartley Ralph V.L. Năm 1928, trong bài báo “Transmission of information” [58], ông đã đưa ra số đo lượng thông tin là một khái niệm trung tâm của LTTT. Dựa vào khái niệm này, ta có thể so sánh định lượng các hệ truyền tin với nhau. Năm 1933, V.A Kachenhicov chứng minh một loạt những luận điểm quan trọng của LTTT trong bài báo “Về khả năng thông qua của không trung và dây dẫn trong hệ thống liên lạc điện”. Năm 1935, D.V Ageev đưa ra công trình “Lý thuyết tách tuyến tính”, trong đó ông phát biểu những nguyên tắc cơ bản về lý thuyết tách các tín hiệu. Năm 1940, Alan Turing, nhà toán học người Anh đã sử dụng những ý tưởng về phân tích thống kê và kết quả nghiên cứu trước đó của nhà toán học người Ba lan Marian Rejewski để phá bộ mã Enigma của Đức trong chiến tranh thế giới thứ hai, Alan Turing đã giải mã được các thông tin tình báo của Không quân, Hải quân Đức và từ đó thúc đẩy kết thúc sớm chiến tranh. Ngày ấy người Đức coi máy mã Enigma là tuyệt đối an toàn. Năm 1946, V.A Kachenhicov thông báo công trình “Lý thuyết thế chống nhiễu‟ đánh dấu một bước phát triển rất quan trọng của LTTT. Tuy nhiên, LTTT thường được xem là xuất phát từ bài báo quan trọng của Claude Elwood Shannon (1948) mang tên "A Mathematical Theory of Communication" [50]. Mô hình trung tâm của LTTT cổ điển là vấn đề kỹ thuật của việc truyền dẫn thông tin trên một kênh nhiễu. Kết quả cơ bản trong lý thuyết này là định lý mã hóa nguồn của Shannon, khẳng định rằng tính trung bình số bit cần dùng để mô tả kết quả của một sự kiện ngẫu nhiên chính là entropy của nó; định lý mã hóa trên kênh nhiễu cũng của Shannon, khẳng định rằng việc liên lạc không lỗi trên một kênh nhiễu là có thể miễn là tốc độ truyền dữ liệu là nhỏ hơn một giới hạn nhất định, gọi là dung lượng kênh. Có thể đạt đến gần dung lượng kênh trong thực tế bằng cách sử dụng các hệ thống mã hóa và giải mã thích hợp. Trước Shannon chưa tác giả nào đưa ra được định nghĩa tổng quát về hệ mật, nhưng Shannon đã đưa ra được định nghĩa tổng quát về một hệ mật và khóa mã, từ đó ông đã đưa ra khái niệm về độ mật hoàn thiện, là hệ mật mà con người không thể khám phá ra được cho dù biết không gian bản rõ và không gian khóa mã.
9 Lý thuyết Entropy của Shannon đưa ra nói lên rằng dãy ngôn ngữ không phải là dãy ngẫu nhiên mà là nó xuất hiện có quy luật, ví dụ trong tiếng Việt thì sau chữ Q chắc chắn phải là chữ U, hoặc sau chữ A thì không thể là chữ K mà là những chữ nào đó xuất hiện với một xác suất không hẳn là ngẫu nhiên,…, cái đó gọi là entropy hay độ bất định, cho nên là đã là ngôn ngữ, ngoài độ bất định thì nó còn có một độ xác định của nó. Trong hai năm 1948 – 1949, C.E Shanon công bố một loạt các công trình vĩ đại, đưa sự phát triển của LTTT lên một bước tiến mới chưa từng có. Trong các công trình này, nhờ việc đưa vào khái niệm lượng thông tin và tính đến cấu trúc thống kê của tin, ông đã chứng minh một loạt định lý về khả năng thông qua của kênh truyền tin khi có nhiễu và các định lý mã hoá. Định lý mã hóa của Shannon dựa trên nguyên tắc dùng các từ mã có độ dài nhỏ để mã hóa cho tin có xác suất xuất hiện cao hơn, từ đó sẽ làm cho số các ký hiệu cần thiết để mã hóa cho một chuỗi các tin nhỏ hơn và tính kinh tế cũng cao hơn. Những công trình này là nền tảng vững chắc của LTTT. Năm 1949, Robert M. Fano công bố bài báo “Transmission of information” trên Mit Press, Cambridge, Mass nói về sự truyền tải thông tin và phương pháp mã hóa Fano. Thuật toán mã hóa của Fano về cơ bản tương tự như thuật toán mã hóa của Shannon. Cho đến năm 1950, thuật toán mật mã chỉ được sử dụng cho quân sự và giao tiếp ngoại giao. Việc giải mã tin nhắn dựa hoàn toàn vào phương pháp thống kê và các kỹ thuật mật mã cụ thể. Về cơ bản, các bí mật của mật mã mà người gửi dự định giữ bí mật được áp dụng các phương pháp thống kê sang ngôn ngữ học. Chìa khóa để giải mã các hệ thống là sử dụng hệ thống chữ cái thay thế đơn giản và chuyển vị. Năm 1952, David A. Huffman đã phát minh ra mã Huffman, đó là một thuật toán mã hóa dựa trên xác suất xuất hiện của các ký hiệu. Thuật toán tối ưu theo nghĩa số ký hiệu nhị phân trung bình để mã hóa cho một ký hiệu của nguồn là cực tiểu. Phương pháp mã hóa này cho một bộ mã có tính prefix và tất nhiên quá trình giải mã là duy nhất. Năm 1955, Peter Elias giới thiệu mã xoắn, là một loại mã sửa lỗi, trong đó mỗi symbol m bit (chuỗi m bit) được mã hóa thành một symbol n bit, với m/n là tỉ lệ mã hóa. Mã xoắn thường được dùng để nâng cao chất lượng của hệ thống vô tuyến số, điện thoại di động, thông tin vệ tinh và Bluetooth. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặt biệt là sự phát triển của mạng Internet, cùng với sự xuất hiện của công nghệ xử lý dữ liệu, mã hóa các tin nhắn được thực hiện bằng máy mã hóa, cấu trúc hay dùng là đại số Galois của trường số nguyên tố. Đồng hành với sự phát triển của xã hội, ngày càng có nhiều thông tin được lưu giữ trên máy vi tính và gửi đi trên mạng Internet, do đó xuất hiện nhu cầu về an toàn và bảo mật thông tin trên máy tính cũng như các thiết bị truyền dẫn thông tin.