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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -    - NGUYỄN THỊ ANH THI DẠY HỌC KĨ THUẬT LẬP TRÌNH CHO SINH VIÊN NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -    - NGUYỄN THỊ ANH THI DẠY HỌC KĨ THUẬT LẬP TRÌNH CHO SINH VIÊN NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TỐN Chun ngành: LL&PPDH mơn KTCN Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHĨA 2: TS NGUYỄN HÙNG CHÍNH HÀ NỘI – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Các thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Nguyễn Thị Anh Thi ii LỜI CẢM ƠN Tơi muốn tỏ lịng biết ơn đến tất người giúp đỡ tơi q trình thực luận án theo nhiều cách thức khác Trước hết, xin chân thành nhớ ơn sâu sắc đến PGS TS Đặng Văn Nghĩa TS Nguyễn Hùng Chính – Thầy trực tiếp hướng dẫn động viên tơi suốt q trình nghiên cứu Tôi chân thành cảm ơn Thầy Cô thuộc môn Phương pháp dạy học, khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, với Thầy Cô Hội đồng khoa học khoa Sư phạm Kĩ thuật có góp ý quý báu suốt q trình sinh hoạt nghiên cứu mơn, giúp luận án hồn thiện tốt Tơi trân trọng cảm ơn Quý phòng ban trường Đại học Sư phạm Hà Nội nhà khoa học số Viện nghiên cứu, Trường Đại học quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu, trình khảo sát kiểm nghiệm kết q trình hồn thành luận án Tơi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ thông tin, Khoa Sư phạm Quý phòng ban Trường Đại học Quy Nhơn cho phép hỗ trợ kinh phí đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thời gian học tập hồn thành chương trình đào tạo Tiến sỹ Chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè bạn sinh viên chia sẻ động viên thời gian học tập Đặc biệt nhất, xin dành biết ơn đến Ba Mẹ Gia đình sát cánh chia sẻ suốt thời gian học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Nguyễn Thị Anh Thi iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học luận án 5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6 Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Cấu trúc luận án Chương 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 1.1.1 Nghiên cứu phát triển tư dạy học 1.1.2 Nghiên cứu phát triển tư điện toán dạy học 15 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 23 1.2.1 Tư 23 1.2.2 Điện toán 26 1.2.3 Tư điện toán (tư máy tính) 27 1.2.4 Phát triển tư điện toán 31 1.2.5 Một số khái niệm khác 31 1.3 PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC 34 1.3.1 Đặc điểm tư điện toán 34 1.3.2 Các thành tố tư điện toán 37 iv 1.3.3 Bản chất dạy học phát triển tư điện toán dạy học lập trình cho sinh viên 41 1.3.4 Đánh giá mức độ phát triển tư điện toán sinh viên 51 1.3.5 Một số định hướng phát triển tư điện toán cho sinh viên 56 1.4 THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT TẠI CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN 58 1.4.1 Mục đích, đối tượng, nội dung phương pháp khảo sát 59 1.4.2 Kết khảo sát 60 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 Chương PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TỐN CHO SINH VIÊN TRONG DẠY HỌC MƠN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH 70 2.1 PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MƠN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH 70 2.1.1 Khái lược cấu trúc chương trình đào tạo ngành KTĐT - VT 70 2.1.2 Đặc điểm nội dung mơn học Kĩ thuật lập trình 71 2.2 MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TOÁN CHO SINH VIÊN KTĐT-VT 75 2.2.1 Biện pháp 1: Phân tích nội dung mơn học để chọn nội dung chứa đựng hội để hình thành phát triển tư điện toán cho SV 75 2.2.2 Biện pháp 2: Hướng dẫn SV phân rã hoạt động lập trình thành hoạt động thành phần, phân chia vấn đề phức tạp thành đơn giản theo trình tự xác định 78 2.2.3 Biện pháp 3: Hình thành thói quen khái qt hóa tốn, kiểm tra, đánh giá chương trình kết xây dựng chương trình với nhiều thuật tốn khác cho chương trình hiệu 86 2.3 TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH PHÁT TRIỂN TƯ DUY ĐIỆN TỐN CHO SINH VIÊN KTĐT, VT 91 v 2.3.1 Tiến trình tổ chức dạy học mơn Kĩ thuật lập trình nhằm phát triển tư điện toán cho sinh viên KTĐT-VT 91 2.3.2 Một số giáo án minh họa dạy học môn Kĩ thuật lập trình 101 KẾT LUẬN CHƯƠNG 110 Chương KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 111 3.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM 111 3.1.1 Mục đích 111 3.1.2 Phương pháp kiểm nghiệm 111 3.1.3 Đối tượng kiểm nghiệm 111 3.2 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA 112 3.2.1 Nội dung tiến trình thực 112 3.2.2 Đánh giá kết 113 3.3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 116 3.3.1 Nội dung tiến trình thực nghiệm 116 3.3.2 Tiến hành thực nghiệm 117 3.3.3 Phương pháp đánh giá kết thực nghiệm 117 3.3.4 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm 119 KẾT LUẬN CHƯƠNG 125 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT Công nghệ thông tin CNTT – TT Công nghệ thông tin truyền thông GV Giảng viên HS Học sinh KTĐT – VT Kĩ thuật điện tử - viễn thơng NNLT Ngơn ngữ lập trình PPDH Phương pháp dạy học SV Sinh viên TDĐT Tư điện toán vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Yếu tố cấu thành tư điện toán nhà nghiên cứu khác 37 Bảng 1.2 Năng lực kiểu tư cần thiết cho SV ngành KTĐT – VT 61 Bảng 1.3 Nhận thức GV SV cần thiết phát triển TDĐT cho SV 62 Bảng 1.4 Tổng hợp ý kiến khảo sát SV phong cách học SV 64 Bảng 2.1 Chuẩn đầu học phần Kĩ thuật lập trình 73 Bảng 3.1 Thống kê số lượng chuyên gia xin ý kiến 112 Bảng 3.2 Kết khảo sát phiếu hỏi 113 Bảng 3.3 Thống kê kết kiểm tra lớp ĐC TN sau thực nghiệm biện pháp 121 Bảng 3.4 Bảng kết kiểm tra lớp ĐC sau thực nghiệm biện pháp 122 Bảng 3.5 Bảng kết kiểm tra lớp TN sau thực nghiệm biện pháp 122 Bảng 3.6 Tổng hợp tham số đặc trưng lớp TN ĐC thực nghiệm biện pháp 123 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Các giai đoạn hành động tư 25 Hình 1.2 Các yếu tố cấu thành tư điện toán 40 Hình 1.3 Q trình tư điện tốn 41 Hình 1.4 Mơ giai đoạn hình thành chương trình (trên máy tính) từ tốn 44 Hình 1.5 Biểu diễn mối quan hệ TDĐT với ngành KTĐT - VT 47 Hình 1.6 Thang đo SOLO mức độ hiểu biết SV học lập trình 55 Hình 1.7 Biểu đồ khảo sát tình hình GV sử dụng PPDH 62 Hình 1.8 Mức độ GV sử dụng biện pháp kích thích tư trình dạy học 63 Hình 2.1 Lưu đồ hoạt động cấu trúc lệnh if (a) có mệnh đề else (b) khơng có mệnh đề else 81 Hình 2.2 Màn hình kết chương trình Tìm giá trị lớn chữ số 82 Hình 2.3 Màn hình kết chương trình xếp 85 Hình 2.4 Màn hình kết chương trình “Tính tổng n số tự nhiên kể từ số tự nhiên m” 88 Hình 2.5 Tiến trình chung tổ chức hoạt động dạy học 95 Hình 2.6 Tiến trình dạy học cho việc tiếp cận cấu trúc cụ thể ngơn ngữ lập trình 98 Hình 2.7 Tiến trình dạy học rèn luyện kỹ sử dụng cấu trúc 101 Hình 3.1 Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi thực nghiệm giáo án số 123 Hình 3.2 Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi trở xuống thực nghiệm giáo án số 124 32PL 111 } 112 printf("\n 113 for(i=0; i