Luận án tiến sỹ 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

Luận án tiến sỹ nghiên cứu phương pháp dạy học lập trình cho sinh viên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, phát triển tư duy điện toán.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2022

226
2
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. 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

1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1. Tư duy điện toán

1.2.2. Phát triển tư duy điện toán

1.2.3. Một số khái niệm khác

1.3. PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC

1.3.1. Đặc điểm của tư duy điện toán

1.3.2. Các thành tố của tư duy điện toán

1.3.3. Bản chất dạy học phát triển tư duy điện toán trong dạy học lập trình cho sinh viên

1.3.4. Đánh giá mức độ phát triển tư duy điện toán của sinh viên

1.3.5. Một số định hướng phát triển tư duy điện toán cho sinh viên

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

1.4.1. Mục đích, đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát

1.4.2. Kết quả khảo sát

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

2. CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH

2.1. PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH

2.1.1. Khái lược cấu trúc chương trình đào tạo ngành KTĐT - VT

2.1.2. Đặc điểm nội dung môn học Kĩ thuật lập trình

2.2. MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT

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

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

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

2.3. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT, VT

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

2.3.2. Một số giáo án minh họa trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

3. CHƯƠNG 3: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

3.1. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM

3.1.1. Phương pháp kiểm nghiệm

3.1.2. Đối tượng kiểm nghiệm

3.2. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA

3.2.1. Nội dung và tiến trình thực hiện

3.2.2. Đánh giá kết quả

3.3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

3.3.1. Nội dung và tiến trình thực nghiệm

3.3.2. Tiến hành thực nghiệm

3.3.3. Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm

3.3.4. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về dạy học lập trình phát triển tư duy điện toán cho sinh viên

Dạy học lập trình không chỉ đơn thuần là truyền đạt kiến thức về ngôn ngữ lập trình mà còn là một phương pháp hiệu quả để phát triển tư duy điện toán cho sinh viên. Tư duy điện toán giúp sinh viên hình thành khả năng giải quyết vấn đề, tư duy logic và sáng tạo. Việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại trong môn học này sẽ tạo ra môi trường học tập tích cực, khuyến khích sinh viên tham gia vào quá trình học tập một cách chủ động.

1.1. Khái niệm tư duy điện toán trong dạy học lập trình

Tư duy điện toán là khả năng sử dụng các nguyên tắc và kỹ thuật của lập trình để giải quyết vấn đề. Nó bao gồm các kỹ năng như phân rã vấn đề, nhận dạng mẫu và thiết kế thuật toán. Việc phát triển tư duy điện toán cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện tử - viễn thông là rất cần thiết trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển.

1.2. Vai trò của môn Kỹ thuật lập trình trong giáo dục

Môn Kỹ thuật lập trình đóng vai trò quan trọng trong việc trang bị cho sinh viên các kỹ năng cần thiết để làm việc trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Nó không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức về lập trình mà còn phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề.

II. Thách thức trong việc dạy học lập trình cho sinh viên

Dạy học lập trình gặp nhiều thách thức, từ việc sinh viên thiếu động lực học tập đến việc giáo viên chưa áp dụng hiệu quả các phương pháp dạy học hiện đại. Những thách thức này cần được nhận diện và giải quyết để nâng cao chất lượng dạy học.

2.1. Thiếu động lực học tập của sinh viên

Nhiều sinh viên cảm thấy khó khăn trong việc tiếp cận kiến thức lập trình, dẫn đến thiếu động lực học tập. Việc tạo ra các bài tập thực tiễn và dự án thực tế có thể giúp sinh viên thấy được giá trị của việc học lập trình.

2.2. Khó khăn trong việc áp dụng phương pháp dạy học mới

Giáo viên thường gặp khó khăn trong việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại, như học tập dựa trên dự án hay học tập hợp tác. Cần có sự hỗ trợ và đào tạo cho giáo viên để họ có thể áp dụng hiệu quả các phương pháp này.

III. Phương pháp dạy học hiệu quả phát triển tư duy điện toán

Để phát triển tư duy điện toán cho sinh viên, cần áp dụng các phương pháp dạy học hiệu quả. Những phương pháp này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức mà còn khuyến khích họ tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề.

3.1. Học tập dựa trên dự án

Học tập dựa trên dự án là một phương pháp hiệu quả giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Qua đó, sinh viên có thể phát triển tư duy điện toán thông qua việc giải quyết các vấn đề thực tế.

3.2. Phương pháp giảng dạy tương tác

Phương pháp giảng dạy tương tác khuyến khích sinh viên tham gia vào quá trình học tập. Việc thảo luận nhóm và làm việc theo cặp giúp sinh viên phát triển kỹ năng giao tiếp và tư duy phản biện.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tư duy điện toán trong lập trình

Tư duy điện toán không chỉ có giá trị trong học tập mà còn trong thực tiễn công việc. Sinh viên có thể áp dụng các kỹ năng này để giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực công nghệ thông tin và điện tử viễn thông.

4.1. Giải quyết vấn đề trong lập trình

Kỹ năng tư duy điện toán giúp sinh viên phân tích và giải quyết các vấn đề phức tạp trong lập trình. Họ có thể áp dụng các thuật toán và cấu trúc dữ liệu để tối ưu hóa giải pháp.

4.2. Phát triển phần mềm hiệu quả

Tư duy điện toán giúp sinh viên thiết kế và phát triển phần mềm một cách hiệu quả. Họ có thể áp dụng các nguyên tắc lập trình tốt để tạo ra các sản phẩm chất lượng cao.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Việc dạy học lập trình theo hướng phát triển tư duy điện toán là một xu hướng tất yếu trong giáo dục hiện đại. Cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các phương pháp dạy học mới để nâng cao chất lượng đào tạo.

5.1. Tầm quan trọng của việc phát triển tư duy điện toán

Phát triển tư duy điện toán không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lập trình mà còn trang bị cho họ các kỹ năng cần thiết để làm việc trong môi trường công nghệ hiện đại.

5.2. Định hướng phát triển trong tương lai

Cần có các chương trình đào tạo và hỗ trợ cho giáo viên để họ có thể áp dụng hiệu quả các phương pháp dạy học hiện đại, từ đó nâng cao chất lượng dạy học lập trình cho sinh viên.

16/08/2025
Luận án tiến sỹ 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

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu các hoạt động tư duy thuật giải; (b) Gợi động cơ và hướng đích trong khi tiến hành các hoạt động tư duy thuật giải; (c) Gợi động cơ kết thúc hoạt động tư duy thuật giải. - Truyền thụ cho HS những tri thức phương pháp về tư duy thuật giải trong khi tổ chức, điều khiển tập luyện các hoạt động tư duy thuật giải. - Phân bậc các hoạt động tư duy thuật giải dựa vào những căn cứ như: (a) Bình diện nhận thức; (b) Nội dung của hoạt động tư duy thuật giải; (c) Sự phức hợp của hoạt động tư duy thuật giải; (d) Chất lượng của hoạt động tư duy thuật giải; (e) Sự phức tạp của đối tượng hoạt động tư duy thuật giải. Tác giả Nguyễn Chí Trung cũng đã đề xuất khái niệm về tư duy thuật toán trong luận án [42].

Tác giả nhận định và phân tích các biểu hiện và các cấp độ của sự phát triển tư duy thuật toán; đưa ra một số cách tiếp cận mới trong dạy học phát triển tư duy thuật toán cho HS trung học phổ thông và thực nghiệm dạy một số thuật toán trong tin học cho HS lớp 10. 14 Việc phát triển tư duy thuật toán cho sinh viên cao đẳng kĩ thuật cũng được tác giả Nguyễn Đức Thành nghiên cứu, định hướng và đề xuất một số biện pháp theo định hướng đưa ra và thực nghiệm trong dạy học môn toán cao cấp [39]. Song song với tư duy thuật toán, tác giả cũng đề cập đến việc phát triển tư duy kĩ thuật cho sinh viên cao đẳng. Việc đơn giản hóa khái niệm thuật toán để tiệm cận với thuật toán giải bài toán trên máy tính đã được nhóm tác giả Bùi Văn Nghị, Vương Dương Minh, Nguyễn Anh Tuấn [31] đưa ra và nêu ra được các đặc điểm của thuật toán.

Họ cũng đưa ra khái niệm về tư duy thuật toán khi giải quyết một vấn đề nào đó. Tóm lại, trong những thế kỷ qua, các công trình khoa học và những thành tựu của loài người được tạo nên bằng tư duy. Đã có nhiều cách tiếp cận để nghiên cứu, khám phá cả chiều sâu ý thức và trình độ, phương pháp kích thích tư duy và hiện nay vẫn phải tiếp tục nghiên cứu. Từ trước đến nay, vấn đề tư duy được quan tâm ở nhiều phương diện như Triết học, Lôgic, Xã hội học, Sinh lý học, Tâm lý học, Lý luận dạy học,… Triết học nghiên cứu tư duy dưới góc độ lý luận nhận thức.

Lôgic học nghiên cứu tư duy dưới góc độ các quy tắc tư duy đúng. Xã hội học nghiên cứu tư duy ở sự phát triển của quá trình nhận thức trong các chế độ xã hội khác nhau. Sinh lý học nghiên cứu cơ chế hoạt động thần kinh cao cấp với tư cách là nền tảng vật chất của các quá trình tư duy ở con người. Điều khiển học nghiên cứu tư duy để có thể tạo ra “Trí tuệ nhân tạo”.

Tâm lý học nghiên cứu diễn biến của quá trình tư duy, mối quan hệ qua lại cụ thể của tư duy với các khía cạnh khác của nhận thức [39]. Với những thành tựu đó đã nhanh chóng được áp dụng vào xây dựng các mô hình dạy học và đào tạo.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy điện toán trong dạy học Tư duy điện toán (Computational Thinking) là tư duy mới của thế kỷ. Tư duy điện toán dành cho mọi người, có thể điều chỉnh tư duy điện toán theo nhu cầu của con người và bất kỳ ai cũng nên học một chút về tư duy điện toán.1 Những nghiên cứu trên thế giới về tư duy điện toán Sự phát triển của khoa học – công nghệ, cụ thể là máy tính, với nhiều tiện ích như trí tuệ nhân tạo, trợ lý ảo, xe tự vận hành, phân tích dữ liệu lớn, vv. đã làm cho con người phải thừa nhận sự ưu việt trong cách giải quyết vấn đề của máy tính.

Đối với các nhà khoa học, kỹ sư và các chuyên gia khác, tư duy điện toán có thể giúp họ vận dụng các phương pháp điện toán mới để giải quyết vấn đề. Hoặc giúp họ cải cách các vấn đề phù hợp theo các chiến lược điện toán. Họ khám phá “khoa học” mới thông qua việc phân tích kho dữ liệu lớn. Tư duy điện toán còn giúp họ trả lời những câu hỏi mới mà đã từng nghĩ là không thể hoặc không dám trả lời vì phạm vi giải quyết theo tư duy điện toán dễ dàng.

Tư duy điện toán giúp họ giải thích vấn đề hoặc giải quyết vấn đề trong khuôn khổ tư duy điện toán. "Gần đây, tư duy điện toán đang có sức ảnh hưởng đến việc nghiên cứu trong hầu hết các lĩnh vực, cả trong khoa học và nhân văn" (Bundy 2007) [50]. Bằng chứng về ảnh hưởng tư duy điện toán đến các lĩnh vực khác rất nhiều: tư duy điện toán đang làm thay đổi khoa học thống kê, khi mà việc học máy tự động hóa các phương pháp Bayesian và việc sử dụng các mô hình đồ họa có xác suất cho phép xác định các mẫu và những dị thường trong các tập hợp dữ liệu lớn như các bản đồ thiên văn , máy quét ảnh cộng hưởng MRI, sử dụng thẻ tín dụng để mua hàng và biên lai cửa hàng tạp hóa (ví dụ: Bộ phận Học máy 2008 - Machine Learning Department 2008). Tư duy điện toán đang làm biến đổi sinh vật học, trước tiên với thuật toán sắp xếp “Shotgun” để sắp 16 xếp bộ gen người, và bây giờ với sự trừu tượng (abstraction) miêu tả cho các tiến trình năng động được tìm thấy trong tự nhiên, từ chu kỳ tế bào đến nếp gấp protein (ví dụ Fisher & Henzinger 2007).

Tư duy điện toán cũng đang chuyển biến chuyển biến, tạo ra một lĩnh vực mới về kinh tế vi mô điện toán, với các ứng dụng như đặt quảng cáo, bán đấu giá trực tuyến, dịch vụ danh tiếng (Abraham et al. Trong khoa học nhân văn và nghệ thuật, các thư viện số của sách, sưu tập và đồ tạo tác tạo ra các cơ hội nhờ vào các phương pháp điện toán như khai phá dữ liệu và liên kết dữ liệu để khám phá các xu hướng mới, mẫu mới và liên kết mới trong sự hiểu biết và đánh giá của chúng ta đối với nhân loại ([84], [85]). Đối với việc nghiên cứu tư duy điện toán trong giáo dục, có nhiều công trình nghiên cứu và bài báo được các tác giả quan tâm. Chẳng hạn, Aman Yadav, và các cộng sự đưa ra những nhận định về tư duy điện toán trong giáo dục đào tạo giáo viên dạy trung học phổ thông, phân tích rõ quan điểm về tư duy điện toán, nêu ra những nhận định sai lầm về tư duy điện toán đối với giáo dục.

Mạnh dạn đưa ra những giải pháp trong việc kết hợp tư duy điện toán vào trong chương trình giảng dạy đối với bậc trung học phổ thông [88]. Tư duy điện toán đang nhanh chóng trở thành một khái niệm thiết yếu đối với những người học hiện đại (Wright, Rich & Leatham, 2012). Đến thời điểm này, tư duy điện toán đã trở thành chủ đề bắt buộc trong trường học tại hơn sáu chục quốc gia khác nhau, với hơn một chục cam kết thực hiện đến năm 2020 (Balanskat & Englehardt, 2015). Với sự quan tâm ngày càng tăng này đến nhu cầu về giảng dạy điện toán ở những độ tuổi khác nhau từ mầm non đến trung học phổ thông và bậc đại học, cao đẳng, đến nay đã có nhiều nghiên cứu về tư duy điện toán đối với bậc phổ thông K-12 như D’Alba và Huett chia sẻ kết quả làm việc với học sinh tiểu học; Jones-Harris và Chamblee trình bày kết quả với nhóm sinh viên Mỹ gốc Phi; Delcker và 17 Ifenthaler mô tả cách dạy tư duy điện toán trong khóa học khoa học máy tính bắt buộc tại các trường trung học phổ thông ở Liên bang Đức; Tatar, Harrison, Stewart, Frisina và Musaeus khám phá ra kiểu tư duy liên quan đến học sinh trung học;…[74] Các chương trình giáo dục đại học giới thiệu tư duy điện toán được tích hợp với các khóa học trong nhiều lĩnh vực đa dạng để cải thiện việc giảng dạy [74].

Musaeus, Tatar, và Rosen khám phá những tư duy điện toán trong giáo dục y tế. Rambally chứng minh cách tư duy điện toán có thể cải thiện khả năng của SV để hiểu các cấu trúc rời rạc. Quaye và Dasuki đề xuất một phương pháp để giảng dạy điện toán trong một khóa học giới thiệu ở Nigeria sử dụng một bối cảnh thế giới ảo. Kaya và Cagiltay cho thấy làm thế nào tập trung vào tư duy điện toán trong một khóa học giới thiệu cho các chuyên ngành không phải là khoa học máy.

Liu, Perera, và Klein báo cáo về những nỗ lực giảng dạy tư duy điện toán trong khi giải quyết vấn đề, và chia sẻ các tài nguyên giáo dục. Đối với chương trình đào tạo ngành sư phạm, nhiều tác giả cũng nghiên cứu những khía cạnh của tư duy điện toán khi thực hiện trong thực tế [74]. Có thể thấy, Hester-Croff và Buss and Gamboa nói về những nỗ lực để đào tạo giáo viên giúp họ nhận ra các mô hình tư duy điện toán trong học tiểu học. Cả hai Yadav, Gretter, Good, và Mclean và Sadik, Ottenbreit-Leftwich, và Nadiruzzaman tập trung vào việc làm thế nào để chuẩn bị cho các giáo viên, định hướng cho giáo viên về tư duy điện.

Toikkanen và Leinonen báo cáo về việc thiết kế và thực hiện MOOC với hơn 1000 giáo viên khi họ thực hiện tích hợp bắt buộc tư duy điện toán toán trong giáo dục tiểu học ở Phần Lan. Một số tổ chức chuyên nghiệp và các tổ chức tư vấn như Mỹ, Anh và Hà Lan đã kêu gọi chú ý nhiều hơn đến tư duy điện toán trong chương trình giảng dạy. Tại EDUSUMMIT 2013, các nhà khoa học đã thảo luận tập trung 18 vào các thành phần cốt lõi của tư duy điện toán, mối liên hệ và sự khác biệt của nó với các năng lực khác của thế kỷ 21 (Voogt và cộng sự 2015), và vị trí của nó trong chương trình giảng dạy [82]. Ngoài việc nghiên cứu về phương pháp tiến hành kết hợp rèn luyện tư duy điện toán trong giáo dục, cũng có những công trình nghiên cứu về việc đánh giá, đo lường về tư duy điện toán khi áp dụng trong thực tế [74].

Mueller, Becket, Hennessey, và Shodiev đã phân tích năng lực cốt lõi của tư duy điện toán để liên kết với thực tiễn, đánh giá và thảo luận những vấn đề phát sinh. Grover đề xuất một hệ thống đánh giá vượt xa chỉ đo lường kết quả nhận thức về nền tảng của tư duy điện toán và chứng minh hệ thống này qua khóa học trung học cơ sở.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ