Bài viết này đưa ra một số đặc trưng của dạy học lập trình có thể khai thác để dạy học tích hợp và đề xuất một số nội dung trong các môn học có thể tích hợp được với lập trình, từ đó đưa ra những minh họa cụ thể. Mời các bạn cùng tham khảo!
VJE Tạp chí Giáo dục, Số 496 (Kì - 2/2021), tr 35-38 ISSN: 2354-0753 DẠY HỌC LẬP TRÌNH THEO HƯỚNG TÍCH HỢP CHO HỌC SINH LỚP ĐÁP ỨNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG 2018 Vũ Thị Thi Article History Received: 09/11/2020 Accepted: 25/01/2021 Published: 20/02/2021 Keywords integrated curriculum, teach programming, new education curriculum Trường Cao đẳng Sư phạm Nam Định Email: thi.spt@gmail.com ABSTRACT According to the General Education Program 2018, Computing has a central role in connecting other subjects, exploiting the advantages of interdisciplinary integration by requiring students to create their own digital products and group learning to bridge the gap between academic and practical education The paper outlines some characteristics of programming teaching that can be exploited to teach integrated teaching for 8th graders and proposes some contents in the subjects that can be integrated with programming, from that gives specific illustrations Integrated programming teaching is one of the ways to help students solve specific problems in integrated subjects with programming, thereby helping students develop their ability to solve problems by using computers Mở đầu Chương trình giáo dục phổ thơng (GDPT) mơn Tin học 2018 đưa nội dung thuật tốn lập trình trải rộng xuyên suốt từ lớp đến lớp 12 thông qua chủ đề “Giải vấn đề với trợ giúp máy tính” (Bộ GD-ĐT, 2018d) Đặc biệt, phần kiến thức lập trình cấp trung học sở trọng khối lớp với ngơn ngữ lập trình trực quan sinh động, hấp dẫn Hiện nay, việc triển khai dạy học lập trình trường trung học sở quan tâm chưa phổ biến rộng rãi Tin học môn học tự chọn, không thi cấp học nào; chương trình mơn học module rời rạc; môn Tin học gồm mạch tri thức: Học vấn số hóa phổ thơng (DL), Cơng nghệ thông tin truyền thông (ICT) Khoa học máy tính (CS) Hiện tại, chương trình học trọng vào mạch Học vấn số hóa phổ thơng Công nghệ thông tin truyền thông mà chưa quan tâm đến mạch kiến thức Khoa học máy tính có ngơn ngữ lập trình theo kiểu dịng lệnh khơ khan, không bắt mắt, không hấp dẫn, hạn chế mặt diễn tả thuật toán Điều khiến học sinh (HS) lúng túng việc đưa toán toán học, tốn mơn học khác vấn đề thực tiễn đời sống để giải máy tính Theo Chương trình GDPT 2018, u cầu đổi quan trọng chương trình mơn Tin học lấy lực, kĩ hoàn thành cơng việc, kĩ giải vấn đề làm Vì vậy, dạy học lập trình theo hướng tích hợp Chương trình GDPT 2018 giúp HS hiểu ghi nhớ cách giải vấn đề cụ thể mơn học tích hợp với lập trình; giúp HS thấy ý nghĩa lập trình hứng thú với chủ đề kiến thức mơn học, có lập trình Hơn nữa, dạy học lập trình theo hướng tích hợp cịn nhằm góp phần phát triển cho HS lực giải vấn đề dựa máy tính Bài báo đưa số đặc trưng dạy học lập trình khai thác để dạy học tích hợp đề xuất số nội dung mơn học tích hợp với lập trình, từ đưa minh họa cụ thể Kết nghiên cứu 2.1 Một số vấn đề dạy học tích hợp 2.1.1 Dạy học tích hợp Chương trình giáo dục phổ thơng 2018 “Dạy học tích hợp” cách tiếp cận dạy học liên quan đến số khái niệm như: “chương trình tích hợp” (integrated curriculum), “khóa học tích hợp” (integrated course) “nghiên cứu tích hợp” (integrated study) Có nhiều nghiên cứu khác giới dạy học tích hợp, đáng ý định nghĩa Cater Good (1973) sau: “Chương trình tích hợp tổ chức chương trình gồm trục mạch kiến thức môn học nhằm tập trung vào vấn đề đời sống xã hội lĩnh vực học tập diện rộng Trong chương trình này, mạch kiến thức tổ chức với cho chúng tạo kết hợp có ý nghĩa” Theo Chương trình GDPT 2018, dạy học tích hợp thực theo định hướng sau (Bộ GD-ĐT, 2018a): - Tích hợp mảng kiến thức khác nhau, yêu cầu trang bị kiến thức với việc rèn luyện kĩ mơn học; - Tích hợp kiến thức mơn học, khoa học có liên quan với nhau; mức thấp liên hệ kiến thức 35 VJE Tạp chí Giáo dục, Số 496 (Kì - 2/2021), tr 35-38 ISSN: 2354-0753 dạy với kiến thức có liên quan dạy học; mức cao xây dựng mơn học tích hợp; - Tích hợp số chủ đề quan trọng vào nội dung chương trình nhiều mơn học Với định hướng trên, sâu vào khai thác việc dạy học cách tích hợp kiến thức mơn học, khoa học có liên quan với đưa ví dụ cụ thể nội dung 2.1.2 Những đặc trưng dạy học lập trình khai thác để dạy học tích hợp Chương trình GDPT mơn Tin học năm 2018 có cách tiếp cận, định hướng phát triển mới, với nhiều nội dung cập nhật tri thức Công nghệ số - yếu tố tảng Cách mạng công nghiệp 4.0 Có thể nhận thấy ưu dạy học lập trình khai thác để dạy học tích hợp như: - Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ thơng tin, trí tuệ nhân tạo (AI), mạng lưới vạn vật kết nối (IoT), Cách mạng công nghiệp 4.0 Vì vậy, Tin học trở thành mơn học khoa học logic chặt chẽ môn khoa học khác; - Ngơn ngữ lập trình trực quan, kéo thả sinh động, hấp dẫn, khiến mạch tư logic HS trở nên dễ dàng Từ đó, tăng khả vận dụng đưa toán thực tế để giải máy tính; - Khuyến khích HS tự làm sản phẩm số, trọng thực hành trải nghiệm sáng tạo Đây điểm môn Tin học môn học khác, dó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp với mơn học với để tạo sản phẩm đa dạng 2.1.3 Những dạng toán mơn học tích hợp dạy học lập trình Lập trình hoạt động chuyển giao thuật tốn cho máy tính hiểu thực Do đó, vấn đề (trong Tin học mơn học khác) xây dựng thuật tốn để giải lập trình thực máy tính Từ đây, thấy loại tốn sau tích hợp nội dung dạy học lập trình: - Liên quan đến tính tốn theo cơng thức; - Có bước giải xác định (có thuật tốn); - Có lời giải tựa thuật tốn, chuyển thuật toán Những loại toán xuất nhiều học môn học Khoa học tự nhiên Tốn học, tích hợp với mơn Thể dục, Âm nhạc, Mĩ thuật,… Do đó, lập trình nội dung mơn Tin học có nhiều hội thuận lợi để thiết kế chủ đề dạy học tích hợp với nhiều nội dung môn học khác 2.2 Đề xuất số nội dung mơn học tích hợp với lập trình 2.2.1 Một số u cầu cần đạt dạy học lập trình trực quan cho học sinh lớp Theo Chương trình GDPT 2018, yêu cầu cần đạt dạy học lập trình trực quan cho HS lớp thể chủ đề F: “Giải vấn đề với trợ giúp máy tính” sau: - Mơ tả kịch đơn giản dạng thuật toán tạo chương trình đơn giản; - Hiểu chương trình dãy lệnh điều khiển máy tính thực thuật toán; - Thể cấu trúc tuần tự, rẽ nhánh lặp chương trình mơi trường lập trình trực quan; - Nêu khái niệm hằng, biến, kiểu liệu, biểu thức sử dụng khái niệm chương trình đơn giản mơi trường lập trình trực quan; - Chạy thử, tìm lỗi sửa lỗi cho chương trình Chúng tơi sử dụng phần mềm Scratch (lập trình trực quan) để giải tốn ví dụ đưa 2.2.2 Một số nội dung mơn học tích hợp dạy học lập trình 2.2.2.1 Tích hợp Tin học - Khoa học tự nhiên Trục mạch kiến thức môn Khoa học tự nhiên tích hợp với lập trình gồm: - Mol tỉ khối chất khí: Tính khối lượng mol (M); chuyển đổi số mol (n) khối lượng (m); tính tỉ khối chất khí; - Tính theo phương trình hóa học: Tính lượng chất phương trình hóa học theo số mol, khối lượng thể tích điều kiện bar 250C; - Nồng độ dung dịch: Tính độ tan, nồng độ phần trăm; nồng độ mol theo công thức; - Khối lượng riêng áp suất: Xác định khối lượng riêng qua khối lượng thể tích tương ứng; điều kiện định tính vật nổi, vật chìm; Định luật Archimedes (Acsimet); tính áp suất sinh có áp lực tác dụng lên diện tích bề mặt Ví dụ 1: Chủ đề chung: Tính tốn tự động theo công thức để chuyển đổi mol, khối lượng thể tích chất Trục mạch kiến thức: Khoa học tự nhiên: Tính tốn yếu tố (số mol, khối lượng, thể tích) chất A biết yếu tố cịn lại theo cơng thức: nA = mA/MA V = 22.4*n; Trong đó, nA số mol, mA khối lượng chất A (g), MA khối lượng mol (hay nguyên tử khối) chất A; 22.4 thể tích mol chất khí điều kiện tiêu chuẩn (00C atm) 36 VJE Tạp chí Giáo dục, Số 496 (Kì - 2/2021), tr 35-38 ISSN: 2354-0753 Tin học: Cấu trúc cho phép tính tốn yếu tố chất A dựa vào cơng thức biến: nA = mA/A VA = dktc*nA; (dktc=22.4); Trong biến A biểu thị khối lượng mol chất A Nội dung dạy học: Tính tốn tự động số mol khối lượng thể tích chất biết yếu tố lại theo công thức liên hệ ba yếu tố mol, khối lượng thể tích Bài tập: Tính thể tích CO2 O2 biết số mol CO2 a mol khối lượng O2 b gam Xác định toán Input: O2 = 32; ĐKTC = 22.4; a; b; Output: VCO2? VO2? Để tạo chương trình giải tốn Scratch, ta thực ba bước sau đây: Bước 1: Nhập liệu Tạo hội thoại người - máy để thực công việc nhập liệu cho hằng, biến cách dùng cặp lệnh ask set Ví dụ, đoạn chương trình nhập giá trị cho biến a tạo sau: Lệnh ask lưu giá trị gõ dòng nhập liệu bên sân khấu vào biến answer Lệnh set gán giá trị biến answer cho biến chọn để gán Bước 2: Tính tốn giá trị cho biến Tính tốn giá trị cho biến cách tạo biểu thức dùng lệnh set để gán biểu thức cho biến Ví dụ, thể tích chất tính theo cơng thức V = 22.4*n Do chương trình có lệnh tính giá trị cho biến VCO2 sau: Bước 3: Đưa liệu kết hình Sau bước 2, biến chứa liệu cần tìm tính tốn Ta sử dụng kết hợp biểu thức join với lệnh say say for secs để đưa hình liệu Ví dụ, để đưa hình thể tích CO2 O2 ta dùng hai lệnh sau: Chương trình giải tập: Lời giải Khoa học tự nhiên Ta có: Khối lượng mol O2 = 32 Thể tích mol chất khí điều kiện tiêu chuẩn là: ĐKTC = 22.4 Gọi a, b số mol CO2 khối lượng O2 Ta có: Số mol O2 là: nO2 = b/O2 Thể tích CO2 là: VCO2 = ĐKTC * a Thể tích O2 là: VO2 = ĐKTC *nO2 Hình Chương trình Scratch thể lời giải Khoa học tự nhiên Ví dụ 2: Chủ đề chung: Giải máy tính tốn lực đẩy Acsimet Trục mạch kiến thức: Khoa học tự nhiên: Định luật Acsimet: Lực đẩy Acsimet tính theo cơng thức FA = d.V; Trong đó, V thể tích chất lỏng/khí bị vật chiếm chỗ (m3); d trọng lượng riêng chất lỏng/khí (N/m3) Nếu vật có trọng lượng P (N) vật chìm, lơ lửng hay phụ thuộc vào quan hệ P >, =, hay < F (d1>, =, hay < d); d1 trọng lượng riêng vật Tin học: Các câu lệnh theo cấu trúc rẽ nhánh giải tốn xoay quanh công thức FA = dA*VA mối quan hệ P FA Nội dung dạy học: Tính tốn tự động lực đẩy Acsimet thể tích và/hoặc khối lượng chất lỏng/khí mà vật chiếm chỗ Bài tập: Một khối kim loại có trọng lượng P = a (N), treo vật vào lực kế thả vào nước lực kế F = b (N) 37 VJE Tạp chí Giáo dục, Số 496 (Kì - 2/2021), tr 35-38 ISSN: 2354-0753 a) Cho biết vật hay chìm nước; b) Tính lực đẩy Acsimet lên vật; c) Tính thể tích vật (biết dnước = 10000 N/m3) Xác định toán Input: P; F; dn = 10000; Output: FA? V? Kết luận vật hay chìm Chương trình giải tập (hình 2) 2.2.2.2 Tích hợp Tin học - Tốn học Trục mạch kiến thức mơn Tốn học tích hợp với lập trình gồm: - Biểu thức đại số: Tính giá trị đa thức biết giá trị biến; - Phương trình bậc nhất: Giải phương trình bậc ẩn; - Hàm số đồ thị: Tính giá trị hàm số; - Hình học trực quan: Tính diện tích xung quanh, thể tích hình chóp tam giác hình chóp tứ giác đều, vẽ hình khối; - Hình học phẳng: Tính độ dài cạnh tam giác vuông cách sử dụng định lí Pythagore, vẽ tam giác, tứ giác Ngồi ra, dạy học lập trình, giáo viên tích hợp với mơn học Âm nhạc, Mĩ thuật, Thể dục Ví dụ: Có thể sử dụng lệnh tuần tự, câu lệnh làm việc với âm lập trình để soạn hát, nhạc hồn chỉnh; sử dụng vịng lặp để vẽ hình khối, thiết kế sân khấu cho nhân vật; sử dụng câu lệnh cảm biến để mơ trị chơi thi chạy Marathon sau: Kết luận Việc dạy học lập trình nên tích hợp với mơn khoa học tự nhiên, Tốn, Âm nhạc, Thể dục Hiện nay, việc dạy học lập trình cho HS trường phổ thông theo cách tiếp cận dạy học đơn mơn Do đó, nội dung giảng dạy bậc THCS liên quan đến lập trình nên đổi theo hướng tích hợp để giúp HS hiểu kết nối từ kiến thức, kĩ mà em học tập, nghiên cứu với tình thực tiễn, thơng qua phát triển lực giải vấn đề dựa máy tính Hi vọng phân tích đề xuất báo góp phần tích cực hóa hoạt động dạy học lập trình theo hướng tích hợp nhằm giúp giáo viên có chuẩn bị tốt triển khai Chương trình GDPT 2018 Tài liệu tham khảo Bộ GD-ĐT (2014) Tài liệu tập huấn Dạy học tích hợp trường trung học sở, trung học phổ thông NXB Đại học Sư phạm Bộ GD-ĐT (2018a) Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Tốn (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TTBGDĐT ngày 26/12/2018 Bộ trưởng Bộ GD-ĐT) Bộ GD-ĐT (2018b) Chương trình giáo dục phổ thơng - Chương trình tổng thể (Ban hành kèm theo Thơng tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 Bộ trưởng Bộ GD-ĐT) Bộ GD-ĐT (2018c) Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Khoa học tự nhiên (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 Bộ trưởng Bộ GD-ĐT) Bộ GD-ĐT (2018d) Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Tin học (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TTBGDĐT ngày 26/12/2018 Bộ trưởng Bộ GD-ĐT) Cater Good (Ed.) (1973) Dictioary of Education, Third Edition New York: McGraw Hill (Ref from Kathy Lake, 1994) Huỳnh Công Minh Hùng, Nguyễn Kim Hồng (2013) Dạy học tích hợp trường phổ thơng Australia (Integrated teaching in Australian schools) Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, 42(76), tr 7-17 Lê Đức Long, Phan Văn Huy (2017) Educational programming language đổi dạy học lập trình trường phổ thơng Tạp chí Khoa học Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, số 1, tr 5-15 38 ... GD-ĐT (2018b) Chương trình giáo dục phổ thơng - Chương trình tổng thể (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/20 18/ TT-BGDĐT ngày 26/12/20 18 Bộ trưởng Bộ GD-ĐT) Bộ GD-ĐT (2018c) Chương trình giáo dục phổ. .. học tích hợp trường trung học sở, trung học phổ thông NXB Đại học Sư phạm Bộ GD-ĐT (2018a) Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Tốn (Ban hành kèm theo Thơng tư số 32/20 18/ TTBGDĐT ngày 26/12/20 18. .. trình 2.2.1 Một số yêu cầu cần đạt dạy học lập trình trực quan cho học sinh lớp Theo Chương trình GDPT 20 18, yêu cầu cần đạt dạy học lập trình trực quan cho HS lớp thể chủ đề F: “Giải vấn đề với