Dạy học kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành kĩ thuật điện tử viễn thông theo hướng phát triển tư duy điện toán

Tài liệu nghiên cứu Dạy học kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành kĩ thuật điện tử viễn thông theo hướng cải thiện, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Nguyễn Thị Anh Thi
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Phát Triển Tư Duy Điện Toán Trong Dạy Học Kỹ Thuật Lập Trình Cho Sinh Viên Ngành Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phát Triển Tư Duy Điện Toán Trong Dạy Học

Phát triển tư duy điện toán trong dạy học là một xu hướng quan trọng trong giáo dục hiện đại. Nó không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề. Việc áp dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy là cần thiết để nâng cao chất lượng đào tạo. Theo Nghị quyết số 29-NQ/TW, việc đổi mới phương pháp dạy học là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhằm phát huy tính tích cực của người học.

1.1. Khái Niệm Về Tư Duy Điện Toán

Tư duy điện toán là khả năng sử dụng các phương pháp và kỹ thuật của kỹ thuật 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 giúp sinh viên có thể tiếp cận và giải quyết các vấn đề phức tạp trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử - viễn thông.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Tư Duy Điện Toán Trong Giáo Dục

Tư duy điện toán không chỉ giúp sinh viên trong việc học tập mà còn trong việc làm việc sau này. Nó trang bị cho sinh viên khả năng tư duy logic và sáng tạo, điều này rất cần thiết trong môi trường làm việc hiện đại. Việc phát triển tư duy điện toán cũng góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực trong ngành kỹ thuật điện tử - viễn thông.

II. Thách Thức Trong Việc Phát Triển Tư Duy Điện Toán

Mặc dù việc phát triển tư duy điện toán là cần thiết, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình thực hiện. Các giảng viên cần phải thay đổi phương pháp dạy học truyền thống để phù hợp với yêu cầu mới. Ngoài ra, sinh viên cũng cần có sự chủ động trong việc học tập và rèn luyện kỹ năng. Việc thiếu hụt tài liệu và nguồn lực cũng là một vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Thay Đổi Phương Pháp Dạy Học

Nhiều giảng viên vẫn giữ thói quen dạy học truyền thống, dẫn đến việc sinh viên không được khuyến khích phát triển tư duy sáng tạo. Cần có sự đào tạo và hỗ trợ cho giảng viên để họ có thể áp dụng các phương pháp dạy học mới hiệu quả hơn.

2.2. Thiếu Tài Liệu Hỗ Trợ

Việc thiếu tài liệu và nguồn lực hỗ trợ cho việc dạy học kỹ thuật lập trình là một thách thức lớn. Các trường cần đầu tư vào việc phát triển tài liệu học tập và các công cụ hỗ trợ để giúp sinh viên có thể tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng hơn.

III. Phương Pháp Dạy Học Phát Triển Tư Duy Điện Toán

Để phát triển tư duy điện toán, cần áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại. Các phương pháp này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức mà còn khuyến khích họ phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề. Việc sử dụng công nghệ trong giảng dạy cũng là một yếu tố quan trọng.

3.1. Phương Pháp Học Tập Tích Cực

Phương pháp học tập tích cực khuyến khích sinh viên tham gia vào quá trình học tập. Điều này giúp họ phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề. Các hoạt động nhóm và dự án thực tế cũng là những cách hiệu quả để phát triển tư duy điện toán.

3.2. Sử Dụng Công Nghệ Trong Dạy Học

Việc áp dụng công nghệ thông tin trong dạy học giúp sinh viên tiếp cận kiến thức một cách nhanh chóng và hiệu quả. Các công cụ lập trình trực tuyến và phần mềm mô phỏng có thể hỗ trợ sinh viên trong việc học tập và thực hành.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Tư Duy Điện Toán Trong Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

Tư duy điện toán có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành kỹ thuật điện tử - viễn thông. Nó giúp sinh viên giải quyết các vấn đề phức tạp trong thiết kế hệ thống và phát triển phần mềm. Việc áp dụng tư duy điện toán vào thực tiễn sẽ giúp sinh viên nâng cao khả năng làm việc và sáng tạo trong môi trường công việc.

4.1. Giải Quyết Vấn Đề Trong Thiết Kế Hệ Thống

Tư duy điện toán giúp sinh viên phân tích và thiết kế các hệ thống phức tạp. Việc áp dụng các thuật toán và cấu trúc dữ liệu trong thiết kế sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

4.2. Phát Triển Phần Mềm Hiệu Quả

Sinh viên có thể áp dụng tư duy điện toán để phát triển các ứng dụng phần mềm hiệu quả. Việc sử dụng các phương pháp lập trình hiện đại sẽ giúp họ tạo ra các sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của thị trường.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Tư Duy Điện Toán Trong Giáo Dục

Tương lai của tư duy điện toán trong giáo dục là rất hứa hẹn. Việc phát triển tư duy điện toán sẽ giúp sinh viên có khả năng thích ứng với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ. Các trường đại học cần tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đầu tư vào công nghệ để nâng cao chất lượng đào tạo.

5.1. Định Hướng Phát Triển Tư Duy Điện Toán

Các trường cần xây dựng chương trình đào tạo phù hợp với yêu cầu của thị trường lao động. Việc phát triển tư duy điện toán cần được tích hợp vào tất cả các môn học, không chỉ riêng môn kỹ thuật lập trình.

5.2. Tăng Cường Hợp Tác Giữa Các Trường Đại Học Và Doanh Nghiệp

Hợp tác giữa các trường đại học và doanh nghiệp sẽ giúp sinh viên có cơ hội thực hành và áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Điều này cũng giúp doanh nghiệp có được nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của thị trường.

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.