Cơ Sở Lý Luận Và Thực Tiễn Về Phát Triển Tư Duy Điện Toán Trong Dạy Học

6.3 Phương pháp thống kê toán học:

Xử lý số liệu trong khảo sát thực trạng và kiểm nghiệm, đánh giá các biện pháp dạy học đã đề xuất.

7. Đóng góp mới của luận án

+ Tổng quan được các khái niệm tư duy điện toán từ các tác giả khác và kế thừa để đưa ra khái niệm tư duy điện toán.

+ Đưa ra được các thành tố của tư duy điện toán gồm 4 thành phần: phân rã vấn đề, nhận dạng mẫu, thiết kế thuật toán, trừu tượng hóa và tổng quát hóa.

+ Đề xuất được năm định hướng phát triển tư duy điện toán trong dạy học.

+ Đề xuất được ba biện pháp phát triển tư duy điện toán trong dạy học môn Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT.

+ Đã đề xuất được tiến trình tổ chức dạy học môn Kĩ thuật lập trình nhằm phát triển tư duy điện toán cho sinh viên KTĐT-VT

+ Vận dụng soạn được hai giáo án minh họa trong dạy học học phần Kĩ thuật lập trình cho sinh viên ngành KTĐT-VT.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 235 trang tài liệu này.

8. Cấu trúc luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận chung và khuyến nghị, phụ lục, cấu trúc của luận án bao gồm 3 chương như sau:

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

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

Chương 3. Kiểm nghiệm và đánh giá

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

Phát triển tư duy nói chung trong quá trình dạy học đã được coi trọng và nghiên cứu từ lâu. Ngay từ những bước phát triển đầu tiên của xã hội loài người cũng nghư trong lĩnh vực giáo dục, các nước, các tổ chức xã hội cũng như nhiều nhà nghiên cứu đã luôn quan tâm đến đào tạo con người có khả năng suy nghĩ và giải quyết vấn đề đặt ra và tìm tòi những giải pháp mới hiệu quả hơn trong công việc và đời sống. Khoa học Kĩ thuật phát triển với tốc độ ngày càng cao, mức độ ngày càng sâu, phạm vi ngày càng rộng; thực tiễn sản xuất, đời sống luôn đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Tất cả những yếu tố đó khiến con người luôn luôn phải suy nghĩ, tính toán, tìm tòi các giải quyết. Do đó, ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, người học không chỉ được lĩnh hội kiến thức mà còn phải được hình thành, rèn luyện và phát triển các thao tác trí tuệ, các hoạt động trí tuệ. Để thực hiện được điều đó, nhà trường cần phải nghiên cứu để tìm cách phát triển tư duy cho người học. Trong dạy học, phải đưa cho học sinh những câu hỏi sao cho kích thích tính tò mò, khả năng tự phát hiện, suy luận, tính độc lập của tư duy, phát hiện các ý tưởng bất ngờ.

Theo một số dự báo khoa học, người ta tin rằng, sau thời đại tin học (hay còn gọi là làn sóng văn minh thứ tư sau nông nghiệp, công nghiệp và tin học) là thời đại sáng tạo mang tính quần chúng rộng rãi nhờ việc sử dụng các phương pháp tư duy sáng tạo một cách khoa học. Khoa học sáng tạo sẽ góp phần không nhỏ giúp chúng ta tìm con đường tắt để phát triển bền vững, thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và sự nghiệp “trồng người” [5].

1.1.1 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học

Tư duy là một loại hoạt động đặc thù của con người. Chính nhờ có tư duy mà con người không những có khả năng khám pháp và chinh phục thế giới mà không ngừng cải tiến và phát triển hệ thống công cụ sản xuất nhằm đạt được năng suất lao động ngày càng cao, sức lao động của con người ngày càng được giải phóng. Nhờ có tư duy mà khoa học Kĩ thuật không ngừng tiến bộ, sản xuất ngày càng phát triển làm cho các nhu cầu vật chất và tinh thần của đời sống xã hội ngày càng được thỏa mãn [42]. Việc phát triển năng lực tư duy của người học từ lâu đã được xem là một trong những yếu tố then chốt có ý nghĩa quyết định trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội.

1.1.1.1 Những nghiên cứu quốc tế về tư duy

Nói về tầm quan trọng của tư duy đối với con người, nhiều nhận định được những nhà bác học, nhà nghiên cứu đưa ra như: “Ai không muốn suy nghĩ là người cuồng tín, ai không thể suy nghĩ là gã đần, ai không dám suy nghĩ là kẻ nô lệ” (W. Drummond); Hay Gauss nói “Trí tuệ là kết quả của hoạt động bộ não. Lười tư duy sẽ dẫn đến sự ngừng hoạt động của cơ quan này, tức là sự teo não”; Emerson phát biểu: “Tư duy là hạt giống của hành động”; Pascal cũng cho rằng: “Tư duy tạo ra sự cao cả của con người”; “Tôi tư duy tức là tôi tồn tại”.

Trên thế giới, từ cổ xưa đã có nhiều bậc tiền nhân đánh giá cao việc rèn luyện và phát triển tư duy trong dạy học. Theo ngạn ngữ cổ Hy Lạp thì “Dạy học không phải là rót kiến thức vào một chiếc thùng rỗng mà là thắp sáng lên những ngọn lửa”. Trong những thời kỳ sau này, “ông tổ” của hơn ngàn sáng chế cho nhân loại, Thomas Edison cũng phát biểu rằng: “Nhiệm vụ quan trọng nhất của nền văn minh là dạy con người biết suy nghĩ”.

Trong thời kỳ hiện đại, vấn đề phát triển tư duy và năng lực sáng tạo ngày càng được quan tâm, đặc biệt là các nhà tâm lý học, giáo dục học. Các

công trình nghiên cứu của X. L. Rubinstêin cho rằng: “Tư duy – đó là sự khôi phục trong ý nghĩ của chủ thể và khách thể với mức độ đầy đủ hơn, toàn diện hơn so với các tư liệu cảm tính xuất hiện do tác động của khách thể” [17].

Tùy theo căn cứ và nhận định của từng tác giả, họ tiến hành phân loại các loại tư duy khác nhau. Chẳng hạn, theo V. A. Cruchetxki, căn cứ vào tính độc lập của chủ thể tư duy để chia ra làm bốn loại tư duy:“Tư duy tích cực, tư duy độc lập, tư duy sáng tạo, tư duy lý luận” [4]. Theo A. V. Pêtrovxki và L.

B. Itenxơn đưa ra bốn loại tư duy: Tư duy hình tượng, tư duy thực hành, tư duy khoa học và tư duy lôgic [46]. Theo J. Piaget thường nói đến hai loại tư duy: “Tư duy cụ thể và tư duy hình thức”[34]. Với tác giả V. V. Đavưđôv đã dựa vào bản chất để phân ra hai loại tư duy: “Tư duy lý luận, tư duy kinh nghiệm” [7].

Bàn về việc dạy học sáng tạo, kích thích tư duy, nhiều nhà nghiên cứu cũng đưa ra những kết luận. Trong bài báo của nhà tâm lý học G. E. Giuravliov nhận định đối với việc dạy học sáng tạo ở trường đại học có ba mặt là: dạy có thể xem là một trong các dạng của quá trình lao động; trường đại học cần đặt ra nhiệm vụ dạy học sáng tạo; ở trường đại học SV cần phải được chuẩn bị để trở thành người chủ trì sản xuất, người lãnh đạo các tập thể sản xuất, kĩ thuật, các tập thể khoa học [21]. Theo P. L. Kapitxa: “Giáo dục các khả năng sáng tạo trong con người dựa trên sự phát triển của tư duy tự lập…” [47].

Nhà tâm lý học, giáo dục học xuất sắc người Mỹ, Richard Feynman đã đề xuất việc giảng dạy phương pháp tư duy mới trong các tổ chức giáo dục thay cho phương pháp tư duy lặp lại [40].

Những công trình nghiên cứu liên quan về kích thích tư duy trong dạy học đã được công bố [40] như:

- Nghiên cứu về ứng dụng các thủ thuật sáng tạo trong Khoa học kĩ thuật, viết tắt là TRIZ được phổ biến rộng rãi từ những năm 60 của thế kỷ XX tại các nước có nền công nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Nhật,… Tổ chức thường niên trên quy mô toàn cầu.

- Nghiên cứu về sử dụng màu sắc để kích thích tư duy của Eward De Bono.

- Nghiên cứu về sử dụng hiệu quả của sơ đồ hình ảnh của Tony Buzan.

Đến giai đoạn khoa học – kĩ thuật phát triển mạnh, lao động sản xuất đòi hỏi người lao động cần có phẩm chất, năng lực mới, kỹ năng tư duy mới phù hợp, nên có nhiều nhà tâm lý học, giáo dục học quan tâm nghiên cứu về tư duy kĩ thuật. Các tác giả E. A. Faraponova và các cộng sự [19] tập trung nghiên cứu đặc điểm của tư duy kĩ thuật, con đường hình thành và phát triển của tư duy kĩ thuật. Bên cạnh đó, các tác giả khác như T. V. Kudriasep, V. A. Xcacun [19] khẳng định “Dạy học nêu vấn đề là phương tiện chung để phát triển tư duy kĩ thuật”, và đưa quan điểm coi dạy học nêu vấn đề và dạy học angôrit hóa là hệ phương pháp dạy học có hiệu quả nhất trong việc hình thành và phát triển tư duy kĩ thuật cho HS. Ngoài ra, vấn đề này cũng được nhiều nhà nghiên cứu Liên Xô cũ và các nước Âu- Mĩ nghiên cứu vận dụng các phương pháp dạy học khác như dạy học chương trình hóa, dạy học theo tư tưởng công nghệ[19].

Bước sang giai đoạn bùng nổ thông tin, trên thế giới nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến loại hình tư duy thuật toán trong dạy học. Các tác giả đã nghiên cứu và đưa ra sáu đặc điểm chung của tư duy thuật toán và tư duy toán học, nêu ra các đặc điểm khác biệt giữa chúng. Loại hình tư duy này xuất hiện trong một số công trình nghiên cứu của A. Engel [51], D. E. Knuth [62],

S. B. Maurer và A. Ralston [55],… Với các tác giả Gal-Ezer và Orna Lichtenstein [64] đưa ra ba cách sử dụng tư duy thuật toán vào quá trình giảng dạy khái niệm toán học.

1.1.1.2 Những nghiên cứu trong nước về tư duy

Ở trong nước, đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến các loại hình tư duy khác nhau trong giảng dạy Toán học như: Tư duy sáng tạo ([35], [38], [49]), Tư duy logic ([16], [41]), Tư duy phê phán [27], Tư duy hàm [32], Tư duy biện chứng ([8], [17]), Tư duy thống kê [3], Tư duy thuận nghịch [26],… Bên cạnh đó, còn có một số công trình nghiên cứu về việc áp dụng các phương pháp kích thích tư duy cho HS ([15], [18], [40]), cũng như rèn luyện kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy cho học sinh trung học phổ thông trong dạy học môn Toán [13].

Trong giảng dạy Vật lý cũng đã có công trình nghiên cứu của Ngô Diệu Nga về tư duy khoa học kĩ thuật khi dạy phần “Quang học” cho HS lớp 8 THCS [30].

Trong vài chục năm gần đây, các nhà nghiên cứu ở trong nước cũng quan tâm và vận dụng vào dạy học tư duy kĩ thuật, dạy học lao động kĩ thuật. Dựa trên kết quả nghiên cứu của các nhà tâm lí học, giáo dục học ở nước ngoài, các tác giả như Nguyễn Trọng Khanh ([19], [20]), Nguyễn Văn Khôi [22], Nguyễn Đức Thành [39],… phân tích đặc điểm tâm – sinh lí của học sinh, điều kiện và môi trường giáo dục của đất nước,… Họ đã vận dụng sáng tạo các biện pháp hình thành và phát triển tư duy kĩ thuật cho học sinh vào quá trình dạy học kĩ thuật, giáo dục kĩ thuật tổng hợp, dạy nghề [19].

Một loại hình tư duy khác được đề cập nhiều trong những năm gần đây đó là tư duy thuật toán. Cũng đã có một số công trình nghiên cứu trong nước về chủ đề dạy học phát triển tư duy thuật toán cho HS phổ thông. Chẳng hạn như, trong luận án “Phát triển tư duy thuật giải của học sinh trong khi dạy học các hệ thống số ở trường phổ thông”, tác giả Vương Dương Minh đã nghiên cứu PPDH thuật toán trên các hệ thống số ở trường phổ thông và tiến hành xây dựng được một hệ thống bài tập chương “Các phép tính về phân

số” (Toán lớp 6). Tác giả đưa ra khái niệm thuật giải theo nghĩa trực giác như sau: “Thuật giải là một qui tắc chính xác và đơn trị qui định một số hữu hạn những thao tác sơ cấp theo một trình tự nhất định trên những đối tượng sao cho sau một số hữu hạn bước thực hiện các thao tác đó ta thu được kết quả mong muốn” [29]. Từ cách phát biểu giúp ta hình dung khái niệm, tác giả đã chỉ ra các bước đơn trị và xác định để giải quyết các bài toán số học và các bài toán giải bằng phương pháp số ở trường phổ thông. Trong luận án, tác giả cũng đã đưa ra hệ thống các tư tưởng chủ đạo về phát triển tư duy thuật giải trong môn Toán như sau:

- Rèn luyện cho học sinh các hoạt động tư duy thuật giải trong khi và nhằm vào thực hiện những yêu cầu toán học.

- Gợi động cơ và hướng đích cho các hoạt động tư duy thuật giải trong ba giai đoạn: (a) Gợi động cơ và hướng đích 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.

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.