Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Nguyễn Thị Anh Thi có tiêu đề "Dạy học Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán", được bảo vệ tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội năm 2022, thuộc chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Kĩ thuật công nghiệp (mã số ghi trong văn bản: 9.11), dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Nghĩa và TS. Nguyễn Hùng Chính.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Nghiên cứu xuất phát từ định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo theo Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI, trong đó nhấn mạnh yêu cầu chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện sang chú trọng hình thành năng lực hành động, phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo, tập trung "dạy cách học, cách nghĩ" và ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông trong dạy học.

Về mặt kinh tế - xã hội, ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông (KTĐT-VT) cùng với Công nghệ thông tin (CNTT) đóng vai trò then chốt trong cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, tạo nền tảng kết nối, xử lý và lưu trữ thông tin. Số liệu thống kê từ Trung tâm Dự báo nhu cầu nhân lực và Thông tin thị trường lao động Thành phố Hồ Chí Minh chỉ ra nhu cầu tuyển dụng lao động ngành KTĐT-VT giai đoạn 2020 - 2025 đạt khoảng 1,6 vạn người mỗi năm và đến năm 2030 dự kiến tăng gấp 2,5 lần so với năm 2015. Tuy nhiên, theo số liệu từ Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, trong số 1,4 triệu kỹ sư tham gia vào lực lượng lao động hằng năm tại Việt Nam, chỉ có 15% được đào tạo nghề chính quy, dẫn đến thực trạng thiếu hụt nhân lực kỹ thuật chất lượng cao.

Trong cấu trúc các thiết bị điện tử - viễn thông và hệ thống tự động, bộ xử lý hoặc bộ vi điều khiển đóng vai trò trung tâm điều khiển. Do đó, học phần Kĩ thuật lập trình là môn học cơ sở bắt buộc đối với sinh viên ngành KTĐT-VT. Dựa trên quan điểm của Niklaus Wirth ("Chương trình = Cấu trúc dữ liệu + Thuật toán"), việc làm chủ cấu trúc dữ liệu và thuật toán là điều kiện tiên quyết để sinh viên giải quyết các bài toán kỹ thuật như điều khiển, tối ưu hóa liên lạc, phủ sóng và kết nối mạng. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ ra là: mặc dù tư duy điện toán (Computational Thinking) đã được đưa vào chương trình giáo dục ở nhiều quốc gia trên thế giới, nhưng tại Việt Nam, vấn đề này chủ yếu mới dừng lại ở các cuộc thảo luận hoặc hoạt động ngoại khóa STEM, chưa có công trình nghiên cứu nào được công bố về việc xây dựng biện pháp sư phạm cụ thể nhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên ngành KTĐT-VT trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình.

Mục tiêu và giả thuyết khoa học

  • 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 sư phạm 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.
  • Giả thuyết khoa học: 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 sinh viên ngành KTĐT-VT thì sẽ phát triển tư duy điện toán cho sinh viên, góp phần nâng cao chất lượng dạy học và đào tạo kỹ sư ngành KTĐT-VT ở các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản luận án xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu chính:

  1. 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.
  2. Khảo sát thực trạng dạy và học ở ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông theo cách tiếp cận phát triển tư duy điện toán; phân tích nội dung, đề cương chi tiết, đặc điểm và phương pháp dạy học môn Kĩ thuật lập trình dưới góc độ phát triển tư duy điện toán.
  3. Xây dựng khái niệm, tiến trình dạy học và đề xuất biện pháp dạy học theo định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên; xây dựng giáo án minh họa thuộc học phần Kĩ thuật lập trình.
  4. 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.

Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học học phần Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông.
  • 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 cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông.
  • Phạm vi khảo sát 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 sư phạm: Sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông tại Trường Đại học Quy Nhơn.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu về tư duy và tư duy kỹ thuật, tư duy thuật toán

Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về nhiều loại hình tư duy khác nhau trong giáo dục:

  • Nghiên cứu quốc tế về tư duy nói chung: Luận án dẫn lại quan điểm của X. Rubinstêin về bản chất nhận thức của tư duy; phân loại 4 loại hình tư duy của V. Cruchetxki (tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo, lý luận); 4 loại hình của Itenxơn (tư duy hình tượng, thực hành, khoa học, logic); cách phân chia của Piaget (tư duy cụ thể và tư duy hình thức); Đavưđôv (tư duy lý luận và tư duy kinh nghiệm). Về kích thích tư duy sáng tạo, tác giả dẫn các công trình của G. Giuravliov, Kapitxa, Richard Feynman; phương pháp giải quyết vấn đề sáng tạo TRIZ phổ biến từ những năm 1960; phương pháp kích thích tư duy bằng màu sắc của Edward de Bono và sơ đồ tư duy của Tony Buzan.
  • Tư duy kỹ thuật và tư duy thuật toán: Faraponova cùng các cộng sự nghiên cứu con đường hình thành tư duy kỹ thuật; T. Xcacun khẳng định dạy học nêu vấn đề và dạy học thuật toán hóa (angôrit hóa) là phương thức hiệu quả để phát triển tư duy kỹ thuật. Về tư duy thuật toán, tác giả dẫn các nghiên cứu của A. Ralston, Gal-Ezer và Orna Lichtenstein về việc đưa tư duy thuật toán vào giảng dạy toán học.
  • Nghiên cứu trong nước: Trong môn Toán, các tác giả đã nghiên cứu tư duy sáng tạo, tư duy logic, tư duy phê phán, tư duy hàm, tư duy biện chứng, tư duy thuận nghịch và rèn luyện thao tác tư duy. Trong môn Vật lý, Ngô Diệu Nga nghiên cứu tư duy khoa học kỹ thuật khi dạy phần Quang học lớp 8. Về tư duy kỹ thuật và lao động kỹ thuật, các công trình của Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Đức Thành đã vận dụng lý luận vào bối cảnh Việt Nam. Về tư duy thuật toán và thuật giải, Vương Dương Minh (1998) nghiên cứu phát triển tư duy thuật giải cho học sinh qua hệ thống số (Toán lớp 6) với 5 tư tưởng chủ đạo và 5 hoạt động thành phần (T1 đến T5); Nguyễn Chí Trung nghiên cứu tư duy thuật toán qua môn Tin học lớp 10; Nguyễn Đức Thành nghiên cứu phát triển tư duy thuật toán cho sinh viên cao đẳng kỹ thuật qua môn Toán cao cấp; Bùi Văn Nghị, Vương Dương Minh và Nguyễn Anh Tuấn đơn giản hóa khái niệm thuật toán để tiệm cận với việc lập trình trên máy tính.

Các hướng nghiên cứu quốc tế và trong nước về tư duy điện toán

  • Bối cảnh quốc tế: Cụm từ "Computational Thinking" được Seymour Papert đề cập lần đầu năm 1980 trong cuốn sách Mindstorms khi dạy lập trình LOGO cho trẻ em. Năm 2006, Jeannette Wing định hình lại khái niệm này trong bài báo trên tạp chí Communications of the ACM, tiếp tục hiệu chỉnh định nghĩa vào các năm 2011 và 2014. Bundy (2007) chỉ ra ảnh hưởng của tư duy điện toán đến hầu hết các ngành khoa học tự nhiên và nhân văn (thống kê Bayesian, thuật toán Shotgun trong sinh học phân tử của Fisher & Henzinger, kinh tế vi mô điện toán của Abraham et al.). Denning (2009) liên hệ tư duy điện toán với lịch sử phát triển của tư duy thuật toán từ thập niên 1950 - 1960. Hemmendinger (2010), Furber (2012), Yadav và cộng sự (2014) đóng góp các góc nhìn về việc ứng dụng tư duy điện toán để tự động hóa giải pháp.
  • Triển khai trong giáo dục: Hiệp hội Giáo viên Khoa học Máy tính (CSTA) và Hiệp hội Công nghệ Giáo dục Quốc tế (ISTE) năm 2011 đã hợp tác xây dựng chuẩn tư duy điện toán cho giáo dục phổ thông K-12 (Barr và cộng sự). Lu và Fletcher (2009) đề xuất tách biệt tư duy điện toán khỏi công cụ lập trình đơn thuần; trong khi Kazimoglu và cộng sự (2012) cho rằng tư duy điện toán nên được tiếp cận thông qua khóa học giới thiệu lập trình. Lye và Koh (2014) tổng hợp 27 nghiên cứu thực nghiệm sử dụng Scratch. Về công cụ đo lường và đánh giá, Repenning và cộng sự đề xuất khung đánh giá 3 giai đoạn; Lawanto và cộng sự sử dụng công cụ Dr. Scratch; Brasiel và cộng sự phát triển công cụ FUN! trên nền tảng Python; Mueller và cộng sự cùng Grover đề xuất các khung tiêu chí đo lường năng lực tư duy điện toán.
  • Nghiên cứu tại Việt Nam: Thuật ngữ được dịch dưới nhiều tên gọi: Hồ Sĩ Đàm dùng "tư duy máy tính" trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018; Học viện STEAM dùng song song "tư duy máy tính" hoặc "tư duy điện toán"; một số tác giả dùng "tư duy tính toán". Tuy nhiên, việc giảng dạy tư duy điện toán chủ yếu lồng ghép trong các câu lạc bộ hoặc mô hình STEM ngoại khóa, chưa có nghiên cứu chuyên sâu về phương pháp dạy học phát triển tư duy điện toán trong học phần lập trình dành riêng cho khối ngành kỹ thuật công nghệ như KTĐT-VT.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết khoảng trống giữa lý luận về tư duy điện toán và thực tiễn đào tạo chuyên môn tại trường đại học: xác định hệ thống thành tố cốt lõi của tư duy điện toán phù hợp với đặc thù môn Kĩ thuật lập trình của ngành KTĐT-VT, khảo sát thực trạng nhận thức tại các trường đại học miền Trung - Tây Nguyên, và thiết kế các biện pháp sư phạm cùng tiến trình dạy học cụ thể nhằm nâng cao năng lực giải quyết bài toán kỹ thuật thông qua lập trình.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các khái niệm cốt lõi

  • Tư duy: Luận án tiếp cận khái niệm tư duy từ góc độ sư phạm của Nguyễn Trọng Khanh: tư duy là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ và quan hệ bên trong có tính quy luật của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan mà trước đó chủ thể chưa biết. Các đặc điểm của tư duy bao gồm: tính "có vấn đề", tính gián tiếp, tính trừu tượng và khái quát, mối quan hệ mật thiết với ngôn ngữ và sự gắn kết với nhận thức cảm tính.
  • Quá trình và thao tác tư duy: Dẫn theo sơ đồ các giai đoạn hành động tư duy của Platonov, quá trình tư duy diễn ra qua 5 bước: (1) Nhận thức vấn đề và biểu đạt thành nhiệm vụ tư duy; (2) Huy động tri thức, kinh nghiệm và xuất hiện liên tưởng; (3) Sàng lọc liên tưởng và hình thành giả thuyết; (4) Kiểm tra giả thuyết (chính xác hóa, khẳng định hoặc phủ định để lập giả thuyết mới); (5) Giải quyết vấn đề và kiểm tra kết quả. Các thao tác trí tuệ chủ đạo gồm: phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa và khái quát hóa.
  • Thuật toán và tư duy thuật toán: Thuật toán được định nghĩa là một dãy hữu hạn các thao tác sắp xếp theo trình tự xác định, thực hiện đơn trị, biến đổi dữ liệu vào (INPUT) thành dữ liệu ra (OUTPUT) sau một số hữu hạn bước. Tư duy thuật toán gắn liền với quy trình 3 thao tác của Knuth (xây dựng giải pháp, chứng minh tính đúng đắn, phân tích độ phức tạp) và 5 dạng hoạt động theo Vương Dương Minh (thực hiện theo thuật toán cho trước, phân tích quá trình, mô tả chính xác hoạt động, khái quát hóa hoạt động trên một lớp đối tượng, so sánh tìm giải pháp tối ưu).
  • Khái niệm tư duy điện toán do tác giả xác định: Luận án kế thừa định nghĩa của Jeannette Wing và đề xuất định nghĩa sử dụng xuyên suốt:

    "Tư duy điện toán là một loại tư duy nhằm giải quyết một bài toán thông qua các hoạt động phân rã, nhận dạng để hình thành bài toán và hoạt động xây dựng từng bước thực hiện bài toán theo hướng xử lý tự động của máy tính."

  • Khái niệm phát triển tư duy điện toán: Là quá trình chuyển biến khả năng giải quyết vấn đề hoàn thiện hơn thông qua sự rèn luyện, học tập theo các kỹ năng hoạt động của tư duy điện toán.

Các thành tố của tư duy điện toán

Luận án tổng hợp cấu trúc thành tố của các nhóm tác giả quốc tế trong Bảng 1.1:

Thành tố / Tác giả Barr & Stephenson (2011) Selby & Woollard (2013) Lee và cộng sự (2011) Grover & Pea (2013) Angeli và cộng sự (2016)
Phân tích / Phân rã Phân rã vấn đề Phân rã Phân rã theo cấu trúc (modul hóa) Phân rã vấn đề Phép phân tích
Thuật toán Thuật toán và thủ tục Thuật toán Thuật toán (luồng điều khiển) Thuật toán (Trình tự và luồng điều khiển) Tư duy thuật toán
Tự động hóa / Thực thi Sự tự động hóa - Sự tự động hóa - Biểu thức điều kiện
Gỡ lỗi / Đánh giá - Đánh giá - Phát hiện và gỡ lỗi hệ thống Đánh giá hiệu quả và những hạn chế
Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa và khái quát mẫu Trừu tượng hóa
Tổng quát hóa Tổng quát hóa Tổng quát hóa - - Khái quát hóa
Tư duy nâng cao khác Song song hóa - Mô hình hóa Tư duy lặp lại, đệ quy, song song Hệ thống ký hiệu, xử lý thông tin hệ thống

Dựa trên việc đối sánh, tác giả xác định mô hình tư duy điện toán của luận án gồm 4 thành tố cốt lõi:

  1. Phân rã vấn đề: Tách bài toán phức tạp thành các phần nhỏ hơn, dễ hiểu hơn theo nguyên lý "chia để trị", giúp giảm áp lực và tăng tính khả thi khi xử lý.
  2. Nhận dạng mẫu: Xác định những điểm tương đồng và khác biệt giữa các vấn đề, nhận diện các cấu trúc lặp lại để tránh xử lý phân mảnh.
  3. Thiết kế thuật toán: Xây dựng trình tự các bước xác định, rõ ràng và có điểm dừng để giải quyết bài toán một cách tự động.
  4. Trừu tượng hóa và tổng quát hóa: Trừu tượng hóa nhằm loại bỏ các chi tiết không cần thiết, giữ lại các đặc trưng bản chất; tổng quát hóa nhằm mở rộng tham số và áp dụng giải pháp đã xây dựng cho một lớp bài toán tương tự.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp và khái quát hóa tài liệu, công trình khoa học trong và ngoài nước về tâm lý học, giáo dục học, lý luận dạy học kỹ thuật công nghiệp và tư duy điện toán.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
    • Điều tra bằng phiếu hỏi và phỏng vấn trực tiếp giảng viên và sinh viên ngành KTĐT-VT tại các trường đại học khu vực miền Trung và Tây Nguyên về nhận thức sự cần thiết của tư duy điện toán, phong cách học tập, tình hình sử dụng phương pháp dạy học và các biện pháp kích thích tư duy.
    • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các chuyên gia, giảng viên giàu kinh nghiệm để thẩm định tính khoa học và tính khả thi của các biện pháp dạy học đã đề xuất.
    • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm có đối chứng (lớp Thực nghiệm - TN và lớp Đối chứng - ĐC) trên đối tượng sinh viên ngành KTĐT-VT tại Trường Đại học Quy Nhơn để đánh giá hiệu quả của biện pháp đề xuất.
  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lý dữ liệu định lượng thu được từ phiếu khảo sát và kết quả các bài kiểm tra thực nghiệm (lập bảng phân phối tần số, tần suất tích lũy, tính các tham số đặc trưng thống kê).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn về phát triển tư duy điện toán trong dạy học

Chương này tập trung giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu thứ nhất và thứ hai của luận án qua các nội dung trọng tâm:

  • Tổng quan lý luận: Phân tích sự tiến hóa của các khái niệm tư duy, tư duy kỹ thuật, tư duy thuật toán và tư duy điện toán; làm rõ các đặc điểm bản chất của tư duy điện toán (tư duy khái niệm hóa chứ không đơn thuần là kỹ năng viết mã lập trình; tư duy dựa trên cách giải quyết vấn đề của con người có sự hỗ trợ của máy tính; sự kết hợp và bổ trợ giữa tư duy toán học và tư duy kỹ thuật).
  • Khung thành tố và định hướng phát triển: Thiết lập mô hình 4 thành tố tư duy điện toán (phân rã vấn đề, nhận dạng mẫu, thiết kế thuật toán, trừu tượng hóa và tổng quát hóa). Luận án đề xuất 5 định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên trong dạy học đại học và vận dụng thang đo SOLO (Structure of Observed Learning Outcomes) để đánh giá mức độ hiểu biết của sinh viên khi học lập trình.
  • Khảo sát thực trạng tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên: Tác giả tiến hành điều tra thực trạng tại các trường đại học có đào tạo ngành KTĐT-VT. Dữ liệu khảo sát phản ánh: phần lớn giảng viên và sinh viên đều nhận thức được tầm quan trọng của tư duy điện toán đối với ngành nghề, song việc giảng dạy thực tế vẫn chủ yếu tập trung truyền thụ cú pháp ngôn ngữ lập trình hơn là rèn luyện phương pháp tư duy; các biện pháp kích thích tư duy giải quyết vấn đề chưa được thực hiện đồng bộ; sinh viên gặp khó khăn trong thao tác phân rã bài toán và tối ưu hóa thuật toán.

Chương 2. Phát triển tư duy điện toán cho sinh viên trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình

Chương 2 trình bày các giải pháp sư phạm cụ thể được xây dựng dựa trên cơ sở lý luận của Chương 1:

  • Phân tích môn học Kĩ thuật lập trình trong ngành KTĐT-VT: Phân tích chuẩn đầu ra, cấu trúc chương trình đào tạo và mối liên hệ giữa tư duy điện toán với các học phần chuyên ngành (xử lý tín hiệu, hệ thống vi xử lý, vi điều khiển, mạng truyền thông). Xác định các nội dung lập trình có tiềm năng phát triển tư duy điện toán.
  • Hệ thống 3 biện pháp dạy học sư phạm:
    • Biện pháp 1: Lựa chọn nội dung chứa đựng cơ hội để hình thành và phát triển tư duy điện toán cho sinh viên. Tập trung lựa chọn và tái cấu trúc hệ thống bài tập, bài toán kỹ thuật gắn liền với chuyên ngành KTĐT-VT nhằm tạo ra các tình huống có vấn đề, kích thích sinh viên huy động các thao tác tư duy điện toán.
    • Biện pháp 2: Hướng dẫn sinh viên 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. Hướng dẫn sinh viên thực hiện quy trình "chia để trị", bóc tách một chương trình lớn thành các hàm, khối chức năng độc lập (modul hóa), xác định rõ luồng dữ liệu vào/ra và thứ tự thực thi.
    • 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. Rèn luyện cho sinh viên kỹ năng gỡ lỗi, kiểm thử chương trình với nhiều bộ dữ liệu biên, so sánh độ phức tạp giữa các thuật toán cùng giải quyết một yêu cầu để lựa chọn phương án tối ưu, đồng thời tổng quát hóa mã nguồn cho các bài toán mở rộng.
  • Thiết kế tiến trình dạy học và giáo án minh họa: Luận án xây dựng sơ đồ tiến trình tổ chức hoạt động dạy học tổng thể, tiến trình tiếp cận cấu trúc cụ thể của ngôn ngữ lập trình và tiến trình rèn luyện kỹ năng sử dụng cấu trúc (minh họa qua cấu trúc rẽ nhánh if-else có hoặc không có mệnh đề else). Tác giả thiết kế chi tiết 2 giáo án thực nghiệm phục vụ giảng dạy môn Kĩ thuật lập trình.

Chương 3. Kiểm nghiệm và đánh giá

Chương 3 trình bày quy trình và kết quả kiểm chứng tính khoa học và tính khả thi của các đề xuất sư phạm:

  • Đánh giá qua phương pháp chuyên gia: Tác giả tiến hành xin ý kiến các chuyên gia giáo dục và giảng viên chuyên ngành thông qua phiếu hỏi và trao đổi trực tiếp. Kết quả đánh giá khẳng định các biện pháp sư phạm đề xuất có cơ sở khoa học, phù hợp với mục tiêu đào tạo kỹ sư KTĐT-VT và có tính khả thi trong thực tế giảng dạy đại học.
  • Thực nghiệm sư phạm tại Trường Đại học Quy Nhơn:
    • Thực nghiệm được tiến hành trên nhóm sinh viên ngành KTĐT-VT, phân chia thành lớp Thực nghiệm (áp dụng các biện pháp dạy học phát triển tư duy điện toán, trọng tâm là biện pháp 2 và giáo án minh họa số 1) và lớp Đối chứng (học theo phương pháp truyền thống).
    • Kết quả kiểm tra sau thực nghiệm được thống kê và phân tích qua các bảng số liệu và đồ thị phân phối tần suất điểm số ($X_i$) và tần suất tích lũy lùi ($X_i$ trở xuống).
    • Các tham số đặc trưng thống kê toán học (điểm trung bình, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên) cho thấy kết quả học tập và năng lực giải quyết vấn đề lập trình của sinh viên lớp Thực nghiệm có sự cải thiện rõ rệt so với sinh viên lớp Đối chứng, xác nhận tính hiệu quả của các biện pháp đã đề xuất và chứng minh tính đúng đắn của giả thuyết khoa học.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn

Căn cứ theo tuyên bố của tác giả trong phần Mở đầu, luận án có các đóng góp cụ thể sau:

  1. Tổng quan hệ thống khái niệm tư duy điện toán từ các công trình nghiên cứu trên thế giới và kế thừa để xác lập một khái niệm tư duy điện toán phù hợp với quá trình dạy học kỹ thuật.
  2. Xác định mô hình cấu trúc tư duy điện toán gồm 4 thành tố cốt lõi: phân rã vấn đề, nhận dạng mẫu, thiết kế thuật toán, trừu tượng hóa và tổng quát hóa.
  3. Đề xuất 5 định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên trong quá trình dạy học.
  4. Xây dựng hệ thống 3 biện pháp sư phạm nhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên ngành KTĐT-VT trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình.
  5. Thiết lập tiến trình tổ chức hoạt động dạy học môn Kĩ thuật lập trình theo định hướng phát triển tư duy điện toán.
  6. Thiết kế và vận dụng thành công 2 giáo án minh họa trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT, đã được kiểm chứng thông qua phương pháp chuyên gia và thực nghiệm sư phạm.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đề nghị các cơ sở giáo dục đại học khối kỹ thuật rà soát đề cương môn học Kĩ thuật lập trình, chuyển dịch trọng tâm từ việc dạy cú pháp sang rèn luyện tư duy thuật toán và các kỹ năng tư duy điện toán.
  • Khuyến nghị giảng viên áp dụng các tiến trình dạy học phân rã và tối ưu hóa bài toán kỹ thuật thực tế để sinh viên gắn kết kiến thức lập trình với các bài toán chuyên ngành viễn thông, điều khiển tự động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát thực trạng chủ yếu tại các trường đại học có đào tạo ngành KTĐT-VT ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên. Địa bàn thực nghiệm sư phạm mới được triển khai trong phạm vi sinh viên ngành KTĐT-VT tại một trường đại học cụ thể là Trường Đại học Quy Nhơn, chưa mở rộng ra các cơ sở đào tạo kỹ thuật ở các vùng miền khác.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng việc ứng dụng các biện pháp phát triển tư duy điện toán sang các học phần chuyên ngành tiếp theo của ngành KTĐT-VT (như Lập trình nhúng, Vi xử lý, Xử lý tín hiệu số); xây dựng bộ công cụ phần mềm tự động đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán của sinh viên theo các chuẩn đầu ra chi tiết.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Giảng viên đại học và cao đẳng: Trực tiếp tham khảo 3 biện pháp sư phạm, quy trình tổ chức dạy học cấu trúc lập trình và 2 giáo án minh họa để đổi mới phương pháp giảng dạy môn Kĩ thuật lập trình, Tin học đại cương cho sinh viên khối kỹ thuật.
  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tham khảo khung lý thuyết tổng quan về tư duy điện toán, hệ thống trích dẫn các nghiên cứu quốc tế từ năm 1980 đến 2016, phương pháp so sánh các thành tố tư duy điện toán và kỹ thuật thiết kế thực nghiệm sư phạm có đối chứng.
  • Cán bộ quản lý chương trình đào tạo: Tham khảo cơ sở lý luận và kết quả khảo sát thực trạng để thiết kế chuẩn đầu ra và điều chỉnh chương trình đào tạo ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông đáp ứng yêu cầu cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án định nghĩa khái niệm tư duy điện toán như thế nào?

Theo luận án, tư duy điện toán là một loại tư duy nhằm giải quyết một bài toán thông qua các hoạt động phân rã, nhận dạng để hình thành bài toán và hoạt động xây dựng từng bước thực hiện bài toán theo hướng xử lý tự động của máy tính.

2. Tư duy điện toán gồm những thành tố cốt lõi nào theo đề xuất của tác giả?

Tác giả xác định mô hình tư duy điện toán gồm 4 thành tố cốt lõi:

  1. Phân rã vấn đề (chia nhỏ bài toán theo nguyên tắc chia để trị);
  2. Nhận dạng mẫu (tìm kiếm điểm tương đồng và lặp lại của bài toán);
  3. Thiết kế thuật toán (xây dựng các bước giải quyết tuần tự, xác định);
  4. Trừu tượng hóa và tổng quát hóa (loại bỏ chi tiết vụn vặt để xây dựng mô hình chung, mở rộng áp dụng cho lớp bài toán tương tự).

3. Tác giả đề xuất những biện pháp dạy học cụ thể nào trong môn Kĩ thuật lập trình?

Tác giả đề xuất 3 biện pháp sư phạm:

  • Biện pháp 1: Lựa chọn nội dung chứa đựng cơ hội để hình thành và phát triển tư duy điện toán cho sinh viên.
  • Biện pháp 2: Hướng dẫn sinh viên 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.
  • 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.

4. Phạm vi khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm của đề tài được thực hiện ở đâu?

  • Khảo sát thực trạng được thực hiện tại các trường đại học có đào tạo ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông thuộc khu vực miền Trung và Tây Nguyên.
  • Thực nghiệm sư phạm được tiến hành trực tiếp trên sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông tại Trường Đại học Quy Nhơn.

5. Dữ liệu thực tế nào được tác giả sử dụng để chứng minh nhu cầu nhân lực ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông?

Tác giả trích dẫn số liệu của Trung tâm Dự báo nhu cầu nhân lực và Thông tin thị trường lao động TP.HCM cho biết nhu cầu tuyển dụng ngành KTĐT-VT giai đoạn 2020 - 2025 khoảng 1,6 vạn người/năm và đến năm 2030 tăng gấp 2,5 lần so với năm 2015. Đồng thời, số liệu từ Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội chỉ ra mỗi năm có 1,4 triệu kỹ sư gia nhập lực lượng lao động nhưng chỉ 15% được đào tạo nghề chính quy.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Anh Thi đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về tư duy điện toán và xây dựng mô hình 4 thành tố cốt lõi phù hợp với dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành Kĩ thuật điện tử - viễn thông. Nghiên cứu đã đề xuất hệ thống 3 biện pháp sư phạm gắn liền với tiến trình dạy học cụ thể và thiết kế 2 giáo án minh họa phục vụ trực tiếp công tác giảng dạy. Các kết quả kiểm nghiệm thông qua phương pháp chuyên gia và thực nghiệm sư phạm tại Trường Đại học Quy Nhơn đã khẳng định tính khả thi của giải pháp, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo kỹ thuật công nghệ trong bối cảnh đổi mới giáo dục đại học.